基于CY7C68013的液晶驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

Abstract:Demonstration of static image and dynamic date information are need frequently in intelligent instrument and industry control. Display drive of TFT-LCD was realized using Slave FIFO interface technology of Universal Serial Bus (USB) interface controller CY7C68013 in this design. The high speed of the technology ensured realization of video display. Real-time hot swap was achieved through USB interface technology. This design is used for device with USB interface, instrument and digital video.

Key words : slave FIFO interface;  TFT True Color LCD;  Three Color Synchronization

引言

在智能儀表和工業(yè)控制設(shè)計(jì)中常常會(huì)使用TFT液晶屏,現(xiàn)在常用的屏大部分都是高性能的。因?yàn)門(mén)FT液晶屏的生產(chǎn)廠(chǎng)商很多,標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一, TFT液晶屏往往不能與TFT液晶控制器無(wú)粘合連接,所以在使用TFT液晶屏?xí)r,廠(chǎng)家還會(huì)推薦使用其專(zhuān)為T(mén)FT液晶屏設(shè)計(jì)的時(shí)序芯片。TFT液晶屏價(jià)格很高,控制器成本也非常高^[1]。而在很多智能儀表和工業(yè)控制中并不需要?jiǎng)討B(tài)畫(huà)面，除一些數(shù)據(jù)或局部圖象變化外，背景圖像基本不變。本設(shè)計(jì)選用的是Cypress公司的EZ-USB FX2系列芯片中的CY7C68013和SHARP 6.4英寸液晶顯示屏LQ064V3DG01。CY7C68013是一種帶USB接口的單片機(jī)芯片，雖然采用低價(jià)的8051單片機(jī)，但仍然能獲得很高的速度；LQ64D343液晶顯示屏是一款6.4英寸640×480的TFT-LCD。采用USB接口控制芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶屏的顯示無(wú)疑是一個(gè)很好的解決方案。

1芯片簡(jiǎn)介：

1.1 CY7C68013芯片^[2]

CY7C68013是Cypress公司推出的USB2.0集成微處理芯片，片上集成了一個(gè)串行接口引擎（SIE）、一個(gè)USB收發(fā)器、增強(qiáng)型8051單片機(jī)（其指令系統(tǒng)與普通8051單片機(jī)完全兼容）及一個(gè)8.5kB片上RAM、一個(gè)4 KB FIFO存儲(chǔ)器及一個(gè)通用可編程接口（GPIF），這2個(gè)通用外部接口可實(shí)現(xiàn)USB2.0的高速傳輸。SIE負(fù)責(zé)和USB收發(fā)器、USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，大大簡(jiǎn)化固件編程。SIE執(zhí)行基本的2.0協(xié)議操作，釋放MCU（這里是8051芯片）去處理應(yīng)用程序的請(qǐng)求，使得68013雖使用低價(jià)格的8051芯片，但獲得了USB2.0協(xié)議允許的最大帶寬。GPIF和FIFO可與大部分ASIC或DSP進(jìn)行“無(wú)縫粘接” 。

1.2  LQ064V3DG01液晶屏^[3]

LQ064V3DG01是市面上較為常用的液晶顯示芯片，是一款6.4英寸480×234的TFT-LCD，具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等特點(diǎn)，同時(shí)該屏是一片真彩顯示屏，并屬于透光型的TFT、其亮度高、視角寬、背光燈的壽命也很長(zhǎng)（該背光燈比較容易更換），并且采用的是AG涂層和260K的彩色顯示。可廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表及各種視頻顯示的場(chǎng)合。LQ64D343的主要參數(shù)如下：

 2  硬件原理設(shè)計(jì)：

CY7C68013提供三種接口模式：PORT（默認(rèn)）、Slave FIFO和GPIF，由寄存器IFCFG決定。當(dāng)它工作于Slave FIFO模式時(shí)，外部邏輯可像普通FIFO那樣對(duì)它的端點(diǎn)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)與控制，通過(guò)FX2的內(nèi)部端點(diǎn)FIFO，USB數(shù)據(jù)在主機(jī)和外部邏輯之間傳輸，而不需FX2設(shè)備CPU的任何干預(yù)。這時(shí)僅將FX2設(shè)備作為USB與外部邏輯間的一個(gè)通道。在GPIF模式下，CY7C68013作為一個(gè)內(nèi)部控制器，可由軟件編程輸出讀寫(xiě)控制。CY7C68013作為USB接口實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏顯示驅(qū)動(dòng)，提供了FIFO接口實(shí)現(xiàn)與LQ064V3DG01連接，并實(shí)現(xiàn)上位PC機(jī)經(jīng)USB接口控制芯片到液晶顯示屏的快速圖像傳輸顯示的過(guò)程。系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 基于CY7C68013的液晶驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖

CY7C68013共有4個(gè)支持USB2.0高速傳輸?shù)摹按蟆倍它c(diǎn)（2個(gè)IN端點(diǎn)和2個(gè)OUT端點(diǎn)）和4KB片內(nèi)RAM，該RAM 可配置為4個(gè)“大”端點(diǎn)的FIFO，其中2個(gè)“大”端點(diǎn)可以配置為雙、三、四緩沖區(qū)（FIFO），一個(gè)“大”端點(diǎn)最大可配置為2KB FIFO，更重要的是該芯片提供了兩個(gè)用于實(shí)現(xiàn)USB2.0高速傳輸?shù)目删幊掏獠吭O(shè)備接口以及Slave FIFO和GPIF，這2個(gè)通用外部接口可通過(guò)與4個(gè)“大”端點(diǎn)協(xié)調(diào)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)USB2.0的高速傳輸,本設(shè)計(jì)只討論Slave FIFO可編程外部設(shè)備接口在設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)液晶屏的應(yīng)用。

本設(shè)計(jì)為了便于顯示中文信息和常用圖片，采用了一片32K×8的高速靜態(tài)RAM（型號(hào)為CY7C1399BN）作為數(shù)據(jù)暫存器。 可存放容量比較大的字庫(kù)和一些常用小圖標(biāo)等數(shù)據(jù)信息（如儀表中的一些常用圖標(biāo)和工控中的設(shè)備圖標(biāo)），這樣在顯示的過(guò)程當(dāng)中不僅可以顯示背景圖像，還可以動(dòng)態(tài)顯示數(shù)字、中文和小圖標(biāo)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器CY7C1399BN的原理圖如圖2所示（因CY7C68013原理圖太大，這里省略）。

設(shè)計(jì)中程序存儲(chǔ)器選用24LCxx序列，可通過(guò)跳線(xiàn)選擇，這里以24LC64為例。24LC64是8K×8位電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，能進(jìn)行在線(xiàn)修改，并能在斷電的情況下保持修改結(jié)果。24LC64的讀操作與普通的E²PROM的讀出相同，在寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的指令碼或數(shù)據(jù)前，自動(dòng)地對(duì)所要寫(xiě)入的單元進(jìn)行擦除，因而無(wú)需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的字節(jié)/芯片擦除操作，從這個(gè)意義上講，使用24LC64這E²PROM就如同使用靜態(tài)RAM一樣，程序存儲(chǔ)器的原理圖如圖3所示。

圖2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器CY7C1399BN的工作連接圖        

 圖3 程序存儲(chǔ)器連接圖

這些外圍的器件設(shè)計(jì)完之后，最后實(shí)現(xiàn)液晶顯示屏與控制器CY7C68013之間的連接，在連接過(guò)程中要考慮的問(wèn)題就是要使紅綠藍(lán)三色數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)上的數(shù)據(jù)同步，并且保持相互獨(dú)立。至于同步我們可以根據(jù)軟件的設(shè)計(jì)或者是對(duì)CY7C68013進(jìn)行設(shè)置。為了把管腳配置為Slave FIFO模式，需使IFCFG1:0＝11。要是使其工作在同步模式下就需使IFCONFIG.3=0。外部邏輯通過(guò)一條8位或16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)FIFO。每個(gè)FIFO的控制寄存器(EPxFIFOCFG.0)的WORDWIDE位控制數(shù)據(jù)總線(xiàn)的位數(shù)是8位還是16位：

①當(dāng)WORDWIDE=0時(shí)數(shù)據(jù)總線(xiàn)為8位模式，F(xiàn)D[7:0]占用B端口。

②當(dāng)WORDWIDE=1時(shí)數(shù)據(jù)總線(xiàn)為16位模式，F(xiàn)D[15:8]、FD[7:0]分別占用D、B端口。當(dāng)FIFO端口中有一個(gè)設(shè)置為16位數(shù)據(jù)線(xiàn)模式，不管當(dāng)前的FIFOADR[1:0]是多少，端口D都不能用作I/O口。

雖然將FIFO數(shù)據(jù)總線(xiàn)設(shè)置為16位模式，但是還不能夠滿(mǎn)足LQ064V3DG01的6bit×3 =18bits 顏色顯示的的需求。設(shè)計(jì)中通過(guò)降低顏色性能來(lái)簡(jiǎn)化電路，就將LQ064V3DG01三色數(shù)字信號(hào)線(xiàn)的最低位與低電平相連接，因?yàn)槿珨?shù)字信號(hào)線(xiàn)的低位對(duì)顏色的影響不大，實(shí)際上將262K的顯示顏色變成32K的顯示顏色，同時(shí)可以節(jié)約三根數(shù)據(jù)總線(xiàn)，可用FIFO的16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)三色數(shù)字信號(hào)的傳輸。這樣三色數(shù)字信號(hào)的同步性和獨(dú)立性問(wèn)題都得以解決了。

設(shè)計(jì)當(dāng)中選用的液晶屏LQ064V3DG01的顯示頻率要求最高不得高于28.33MHZ。在這樣條件之下，可以通過(guò)對(duì)8051設(shè)置CPUCS.1=1達(dá)到CLKOUT端口輸出頻率為24MHZ，此時(shí)與典型的顯示頻率比較接近。如果送入液晶屏的時(shí)鐘頻率過(guò)低的話(huà)就會(huì)導(dǎo)致顯示畫(huà)面的質(zhì)量下降，還可能會(huì)出現(xiàn)閃爍等不理想的現(xiàn)象。

橫縱向同步信號(hào)可以決定行同步和場(chǎng)同步，如果將H_sync、V_sync兩引腳同為負(fù)極性時(shí)顯示屏工作在480行顯示模式下。在這里將H_sync、V_sync與CY7C68013的數(shù)據(jù)線(xiàn)D0和D1相連，可以通過(guò)軟件設(shè)計(jì)達(dá)到所需目的。該液晶屏還可以實(shí)現(xiàn)上下翻轉(zhuǎn)、左右鏡像的功能，本設(shè)計(jì)中沒(méi)有用到這些功能，將U/D、R/L兩腳懸空即可。液晶屏原理圖如圖4所示。

圖4 液晶屏在工作連接圖

3  固件程序設(shè)計(jì)

固件程序是所有基于微控制器及其外圍電路的功能設(shè)備正常工作必不可少的部分，其作用就是輔助硬件完成相應(yīng)的功能，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、輔助硬件完成設(shè)備的重新列舉過(guò)程、模擬設(shè)備的斷開(kāi)與重新連接、對(duì)中斷的處理、數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送以及外圍電路的控制等功能^[5]。CY7C68013帶有加強(qiáng)的8051內(nèi)核性能，可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)8051的5-10倍，且與標(biāo)準(zhǔn)8051的指令完全兼容，固件程序通過(guò)執(zhí)行8051代碼完成相應(yīng)的功能。Cypress公司的網(wǎng)站提供了CY7C68013芯片的開(kāi)發(fā)工具包下載，該開(kāi)發(fā)包提供了開(kāi)發(fā)固件程序的所需的一些資源，如Keil μVision2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(限制版)、Cypress C51固件框架程序以及一些例子程序。CY7C68013的固件主要有兩種引導(dǎo)方式，一種是存儲(chǔ)在EEPROM上，通過(guò)上電后的自檢自動(dòng)將固件程序加在CY7C68013上；另一種方式是通過(guò)主機(jī)將固件程序下載到CY7C68013。在設(shè)計(jì)中我們采用了前一種方式，其工作流程如圖5所示。

圖5 固件程序工作流程

4  小結(jié)

本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于智能儀表和工業(yè)控制，但從設(shè)計(jì)中可以看出，由于使用了CY7C68013的Slave FIFO，數(shù)據(jù)傳輸速率相當(dāng)快，完全可以滿(mǎn)足視頻應(yīng)用的要求，這也是選用CY7C68013的原因，只是顏色只有32K，但對(duì)于普通的視頻應(yīng)用也足夠了，有興趣的技術(shù)人員可以做深入的研究。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn):通過(guò)利用CY7C68013的USB接口技術(shù)和Slave FIFO實(shí)現(xiàn)TFT液晶屏的快速驅(qū)動(dòng)，可理解為USB接口芯片的巧妙應(yīng)用。