基于MAX II系列CPLD的LCD控制器

0前言

液晶顯示屏(LCD)是薄型平面顯示設(shè)備，由排列在光源或者反射器之前一定數(shù)量的彩色或者單色象素構(gòu)成。這類顯示屏已經(jīng)成為大部分嵌入式系統(tǒng)不可缺少的組成部分。但是在嵌入式系統(tǒng)中八位和十六位微處理器大多沒有內(nèi)置的LCD控制器，又由于LCD屏的分辨率很高，即使有內(nèi)置的LCD控制器，也較難進(jìn)行控制；另外內(nèi)置LCD控制器對內(nèi)存帶寬的占用較高，使控制器所能支配的資源也會變得非常有限。因此在微處理器和LCD屏之間加上一個(gè)LCD控制器是非常必要的。常用的LCD控制器主要有兩種：專用的控制芯片和基于可編程器件的控制器。本文采用Altera公司的MAX II系列CPLD器件來實(shí)現(xiàn)LCD控制器。CPLD一般使用外加的串行EEPROM來存儲非易失信息，而MAX II CPLD是唯一具有用戶閃存(UFM)的CPLD，它支持用戶存儲高達(dá)8Kbits的非易失信息，因此不需要采用外部存儲器，并且在實(shí)現(xiàn)LCD控制器時(shí)還可以利用CPLD的內(nèi)部UFM振蕩器來滿足時(shí)鐘需求，從而避免了采用外部時(shí)鐘信號。這些獨(dú)特的功能使MAX II CPLD成為實(shí)現(xiàn)LCD控制器最好的目標(biāo)器件。

1 嵌入式系統(tǒng)的LCD接口電路結(jié)構(gòu)

基于MAX II CPLD的LCD接口電路一般采用圖1所示結(jié)構(gòu)。圖中LCD接口電路負(fù)責(zé)接受微處理器的配置，通過總線把DRAM上保存的顯示數(shù)據(jù)讀出，然后按照屏類型和顯示設(shè)置轉(zhuǎn)換為需要的格式，并按照屏?xí)r序要求發(fā)送出去。在設(shè)計(jì)顯示控制器時(shí)，需要注意如下幾個(gè)方面：支持的屏類型、總線類型的選擇、同微處理器之間的交互方式、動態(tài)圖像顯示和中斷設(shè)計(jì)。基于CPLD的LCD控制器可以提供合適的顯示單元，它產(chǎn)生需要的時(shí)序信號，滿足LCD的時(shí)序要求，同時(shí)卸載了微處理器和控制器繁重的LCD處理任務(wù)，從而提高了處理器和控制器執(zhí)行其他操作的效率。

2 LCD 控制器組成與接口信號

2.1 LCD 控制器組成

由圖1可知,LCD控制器有三個(gè)主要模塊：有限狀態(tài)機(jī)(FSM)、時(shí)鐘分頻器和用戶閃存(UFM)模塊。

1、初始化LCD和有限狀態(tài)機(jī)模塊

FSM模塊有8個(gè)不同的狀態(tài)。它用于初始化LCD，初始化完成后顯LCD進(jìn)行讀寫操作。圖2所示為LCD模塊的初始化步驟。為簡化初始化過程，每次發(fā)送一條命令后，延時(shí)15ms(而不是檢查忙標(biāo)志的狀態(tài))。但是向LCD模塊寫入數(shù)據(jù)時(shí)，每一數(shù)據(jù)寫操作之后，要檢查忙標(biāo)志的狀態(tài)。這樣就加速了寫操作過程。

2、時(shí)鐘分頻器模塊

時(shí)鐘分頻器模塊主要是降低內(nèi)部振蕩器輸出頻率，從而滿足了LCD模塊的時(shí)序要求以及控制器的性能要求。該模塊把振蕩器輸出信號osc的頻率由.5MHz降低到43kHz左右。降低頻率以后的信號（即Clk信號）從時(shí)鐘分頻器模塊輸出（見圖3）。該模塊主要代碼為：
module divider (osc, clk);
input osc;
output clk;
reg clk;
reg [6:0]count;
initial
begin
count = 7"b0000000;
end
always @ (posedge(osc))
begin
count = count + 7"b0000001;
clk = count[6];
end
endmodule

3、用戶閃存模塊

MAX II CPLD中的用戶閃存UFM模塊主要用于存儲LCD控制器打開之后，需要在LCD屏上顯示的信息。采用十六進(jìn)制(Intel格式)文件(.hex)對UFM進(jìn)行設(shè)置，并利用UFM宏功能進(jìn)行例化。

UFM模塊接口信號主要有addr、nread、do、dv、osc和clk信號：

Addr為9位地址總線，用于選擇UFM的某一存儲位置。
nread 若該信號設(shè)置為0，以讀取地址總線所指向存儲器的內(nèi)容。
do 為數(shù)據(jù)輸出信號。8位數(shù)據(jù)總線，保持地址總線所指向16位存儲器的高8位。
dv 為數(shù)據(jù)有效信號。該信號指示8位數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效并且可讀。
osc 為UFM模塊內(nèi)部振蕩器輸出。輸出信號到時(shí)鐘分頻器，輸出頻率為5.5MHz。

2.2 LCD 控制器接口信號

1、LCD控制器與LCD屏之間的接口信號

LCD控制器與LCD模塊之間的接口信號有E、RS、RW 、DB0-DB7：