基于SPCE3200的彩色液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計

1 引言
    本文介紹了凌陽公司的嵌入式32位多媒體微處理器SPCE3200與Sharp公司的LQ057Q3DC02彩色TFT LCD的軟硬件接口。由于SPCE3200內(nèi)置LCD控制器，故硬件電路簡單，兩者可直接相連。

2 器件簡介
2．1 多媒體微處理器SPCE3200
    多媒體微處理器SPCE3200以凌陽公司開發(fā)的S+core7為內(nèi)核,內(nèi)置MPEG4硬件編解碼模塊和多種多媒體功能模塊。S+core7內(nèi)核是采用凌陽指令集架構(gòu)(Sunplus ISA)的32位RISC處理器，支持32位／16位混合指令模式和并行條件執(zhí)行。S+core7內(nèi)核采用AMBA總線，為SOC集成擴展協(xié)處理器和用戶接口提供了靈活性。S+core7使用SJTAG技術(shù)使測試和調(diào)試程序更加有效。SPCE3200采用256引腳PLCC256封裝，其內(nèi)部包含S+core7處理器CPU，符合AMBA標準的與片內(nèi)高效能模塊相連的AHB總線,連接片內(nèi)其他低速外設(shè)的APB總線，AHB到APB的橋控制器和DMA控制器。其中，掛接在高性能AHB總線上的外設(shè)模塊包括：CMOS圖像傳感器接口模塊(CSI)、MPEG4／JPEG編解碼模塊、LCD控制器模塊、TV編碼模塊、2通道16位高速D／A轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)8 KB RAM(LDM)，片內(nèi)32 KB
ROM、存儲器接口控制單元。掛接在APB總線上的模塊包括：GPIO控制器模塊、SPI串行總線控制器、SIO串行總線控制器、I2C串行總線控制器、I2S主／從控制器、UART控制器、USB主／從控制器、看門狗模塊、SD卡控制器、NAND型Flash控制器以及9通道12位A／D轉(zhuǎn)換器。
    內(nèi)置于SPCE3200的LCD控制器接口支持TFT型LCD顯示屏與STN LCD顯示屏連接。為了節(jié)省硬件資源，SPCE3200的STN型LCD控制器接口引腳與TFT型LCD控制器接口引腳共用,使用時需要設(shè)置相關(guān)寄存器以選擇LCD控制器的工作模式。當(dāng)控制器選擇TFT LCD工作模式時，接口可支持對多種輸入格式的TFT型LCD顯示屏的控制，如串行RGB格式、串行RGBDm格式、并行RGB格式、CCIR-601／CCIR-656格式，且支持多種時鐘頻率。SPCE3200的TFT控制器相關(guān)I／O引腳：LCD CLK(時鐘信號)、LCD_ACT(數(shù)據(jù)使能信號)、LCD VS(垂直同步信號)、LCD_HS(水平同步信號)、LCD—DATA[15：0](數(shù)據(jù)信號)。TFT LCD控制器共有32個寄存器，通過對這32個寄存器參數(shù)的設(shè)置,即可完成同步信號以及數(shù)據(jù)格式的設(shè)置，滿足各種規(guī)格的TFT LCD屏要求。
2．2 TFT LCD LQ057Q3DC02
    LQ057Q3DC02為SHARP公司的5．7英寸320×240彩色TFT LCD。每個像素由R、G、B子像素構(gòu)成，每個子像素有6位灰度，即每個像素共有18位色，可達到262 144種顏色的真彩效果。采用陰極射線管(CCFT)透射式背光，亮度高達50 Cd／m2：響應(yīng)時間低于30 ms，可實現(xiàn)無拖影顯示動態(tài)圖像：采用數(shù)字接口數(shù)據(jù)總線，便于驅(qū)動控制。LQ05703DC02內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，驅(qū)動一塊液晶顯示屏需要2種驅(qū)動器：數(shù)據(jù)驅(qū)動器和行掃描驅(qū)動器。數(shù)據(jù)驅(qū)動器負責(zé)3色數(shù)據(jù)信號的接收、采樣和保持,經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換的輸出實際驅(qū)動信號；掃描信號驅(qū)動器產(chǎn)生逐行掃描信號，從而實現(xiàn)對LCD顯示像素的尋址。控制TFT-LCD驅(qū)動器需4種信號：數(shù)據(jù)移位時鐘(CLK)、行同步時鐘(Hsync)、幀同步時鐘(Vsync)以及數(shù)據(jù)信號(DATE)。圖像數(shù)據(jù)在時鐘同步信號的作用下通過18位并行數(shù)據(jù)總線(RO～R5，GO～G5，B0～B5)。寫入數(shù)據(jù)采樣保持器，轉(zhuǎn)化為灰度信號后存入每個像素的TFT，使其正常顯示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    彩色液晶顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于TFTLCD LQ057Q3DC02含有行驅(qū)動電路及數(shù)據(jù)驅(qū)動，可直接與多媒體處理器SPCE3200的LCD控制器接口相連。由圖2可以看出，SPCE3200通過其內(nèi)部的NAND Flash控制器將外部的Flash內(nèi)存儲的圖像數(shù)據(jù)送入MPEG4／JPEG硬件編解碼模塊進行解碼，然后存儲到緩沖器DRAM。LCD控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動LCD所需的數(shù)據(jù)移位時鐘、幀同步時鐘與行同步時鐘，并在該時鐘觸發(fā)下傳輸緩沖器中的圖像數(shù)據(jù)至LCD顯示。

    LQ057Q3DC02與SPCE3200的硬件電路連接如圖3，LQ057Q3DC02共有18根數(shù)據(jù)線，R、G、B3色各占6根，而SPCE3200的LCD控制器接口只有16根數(shù)據(jù)線，輸出RGB565格式圖像數(shù)據(jù)。因此連接時應(yīng)將SPCE3200的LCD控制器的LCD_D[0：4]端口與LQ057Q3DC02的LCD的B[1：5]端口相連，BO端口接地；LCD控制器的LCD D[5：10]端口與LCD的G[0：5]端口相連；LCD控制器的LCD_D[11：15]端口與LCD的R[1：5]端口相連，R0端口接地。LCD控制器將產(chǎn)生的時鐘信號、數(shù)據(jù)使能信號、垂直同步信號、水平同步信號分別通過LCD_CLK、LCD_ACT、LCD_VS、LCD_HS引腳傳輸至LCD模塊，使得LCD在該時鐘的觸發(fā)下正常顯示圖像。拉低LQ057Q3DC202的V／Q引腳電平選擇QVGA顯示模式。通過水平顯示模式選擇信號(R／L)引腳和垂直顯示模式選擇信號(U／D)引腳設(shè)定TFT-LCD的顯示方向。拉低R／L，拉高U／D，選擇正向左序顯示方向。

    圖4為SPCE3200的NAND Flash控制器端口與外部Flash的硬件電路連接圖。由圖4可以看出外部Flash的8位I／O端口與SPCE3200的NF_D端口相連，用于命令、地址、數(shù)據(jù)的傳輸。外部Flash的讀忙端口R／B與SPCE3200的就緒輸入端口NF_RDY相連，該端口輸出低電平時表明正在進行寫入、擦除或隨機讀操作，當(dāng)操作完成后，輸出高電平，通知SPCE3200準備下一次讀寫操作。Flash的讀使能端口RE與SPCE3200的NF_REN端口相連，低電平有效。Flash的使能端口CE與SPCE3200的片選端口NF_CEN相連接，低電平有效。Flash的命令鎖存控制端口CLE與SPCE3200的端口NF_CLE相連，當(dāng)CLE為高電平時，I／O端口在WE的上升沿鎖存指令至寄存器。Flash的地址鎖存控制端口ALE與SPCE3200的端口NF_ALE相連，當(dāng)ALE為高電平時,I／O端口在WE的上升沿鎖存地址至指令寄存器。Flash的寫使能端口WE與SPCE3200的NF_WEN相連，指令、地址和數(shù)據(jù)都在WE的上升沿被鎖存。Flash的寫保護端口WP與SPCE3200的NF_WP相連，可在電源波動情況下，對器件的寫入或擦除提供寫保護功能。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    SPCE3200相應(yīng)端口控制器的寄存器參數(shù)設(shè)置是由系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的。參數(shù)設(shè)置后，LQ057Q3DC02在SPCE3200的LCD控制器提供的時鐘信號、數(shù)據(jù)使能信號、垂直同步信號、水平同步信號將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)傳輸至LCD屏顯示。SPCE3200內(nèi)置MPEG4／JPEG硬件編解碼模塊將圖像編碼數(shù)據(jù)從Flash中取出，解碼后送顯示緩沖區(qū)。圖5為系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖。

    LCD控制器的初始化包括模塊時鐘的使能、LCD接口選擇、輸出數(shù)據(jù)格式設(shè)置、幀數(shù)據(jù)格式設(shè)置以及顯示緩沖區(qū)起始地址設(shè)置。MPEG4／JPEG編解碼模塊的初始化包括工作時鐘使能、設(shè)置工作頻率，設(shè)定VLC編碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、參考圖像緩沖區(qū)的起始地址以及緩沖區(qū)的選擇、視頻影像尺寸、解碼輸出的圖像格式設(shè)置、選擇MPEG4解碼操作方式、開啟MPEG引擎的內(nèi)部SRAM。最后通過設(shè)置P_MPEG4_COMPRESS_CTRL寄存器的MJPGDEC位為1來啟動解碼操作。
    在使用NAND型Flash控制器之前，必須初始化。NAND型Flash控制器的初始化比較簡單，只需要設(shè)置3個寄存器用于選擇對應(yīng)引腳作為NAND型Flash接口使用、使能NAND型Flash控制器模塊時鐘、設(shè)置中斷。

5 結(jié)束語
    本文介紹了一種新的彩色液晶顯示系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，耗電量低，使用方便。該系統(tǒng)利用凌陽公司的嵌入式32位多媒體微處理器SPCE3200作為主控制器。采用Sharp公司的LQ057O3DC02彩色液晶顯示模塊作為圖像顯示器,由于SPCE3200含有LCD控制器模塊可直接與LQ05703DC02相連，且SPC2E3200還含有NAND Flash控制器接口,可直接與Flash相連，故硬件電路簡單。本彩晶顯示器系統(tǒng)可用于便攜式電子產(chǎn)品和電子消費類產(chǎn)品的開發(fā)。