淺談SPCE3200的彩色液晶顯示系統(tǒng)設計

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為內核，內置MPEG4硬件編解碼模塊和多種多媒體功能模塊。S+core7內核是采用凌陽指令集架構（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技術使測試和調試程序更加有效。SPCE3200采用256引腳PLCC256封裝，其內部包含S+core7處理器CPU，符合AMBA標準的與片內高效能模塊相連的AHB總線，連接片內其他低速外設的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轉換器、片內8 KB RAM（LDM），片內32 KBROM、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轉換器。

內置于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，使用時需要設置相關寄存器以選擇LCD控制器的工作模式。當控制器選擇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I／O引腳：LCD CLK（時鐘信號）、LCD_ACT（數據使能信號）、LCD VS（垂直同步信號）、LCD_HS（水平同步信號）、LCD—DATA[15：0]（數據信號）。TFT LCD控制器共有32個寄存器，通過對這32個寄存器參數的設置，即可完成同步信號以及數據格式的設置，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：響應時間低于30 ms，可實現無拖影顯示動態(tài)圖像：采用數字接口數據總線，便于驅動控制。LQ05703DC02內部結構如圖1所示，驅動一塊液晶顯示屏需要2種驅動器：數據驅動器和行掃描驅動器。數據驅動器負責3色數據信號的接收、采樣和保持，經D／A轉換的輸出實際驅動信號；掃描信號驅動器產生逐行掃描信號，從而實現對LCD顯示像素的尋址?？刂芓FT-LCD驅動器需4種信號：數據移位時鐘（CLK）、行同步時鐘（Hsync）、幀同步時鐘（Vsync）以及數據信號（DATE）。圖像數據在時鐘同步信號的作用下通過18位并行數據總線（RO～R5，GO～G5，B0～B5）。寫入數據采樣保持器，轉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)硬件設計

彩色液晶顯示系統(tǒng)結構如圖2所示。由于TFTLCD LQ057Q3DC02含有行驅動電路及數據驅動，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通過其內部的NAND FLASH控制器將外部的Flash內存儲的圖像數據送入MPEG4／JPEG硬件編解碼模塊進行解碼，然后存儲到緩沖器DRAM。LCD控制器用于產生驅動LCD所需的數據移位時鐘、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據至LCD顯示。LCD投影機按內部液晶板的片數可分為單片式和三片式兩種，現代液晶投影機大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影機是用紅、綠、藍三塊液晶板分別作為紅、綠、藍三色光的控制層。光源發(fā)射出來的白色光經過鏡頭組后會聚到分色鏡組，紅色光首先被分離出來，投射到紅色液晶板上，液晶板“記錄”下的以透明度表示的圖像信息被投射生成了圖像中的紅色光信息。綠色光被投射到綠色液晶板上，形成圖像中的綠色光信息，同樣藍色光經藍色液晶板后生成圖像中的藍色光信息，三種顏色的光在棱鏡中會聚，由投影鏡頭投射到投影幕上形成一幅全彩色圖像。三片式LCD投影機比單片式LCD投影機具有更高的圖像質量和更高的亮度。LCD投影機體積較小、重量較輕，制造工藝較簡單，亮度和對比度較高，分辨率適中，現在LCD投影機占有的市場份額約占總體市場份額的70%以上，是目前市場上占有率最高、應用最廣泛的投影機。

LQ057Q3DC02與SPCE3200的硬件電路連接如圖3，LQ057Q3DC02共有18根數據線，R、G、B3色各占6根，而SPCE3200的LCD控制器接口只有16根數據線，輸出RGB565格式圖像數據。因此連接時應將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控制器將產生的時鐘信號、數據使能信號、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。OV7620與SPCE3200的硬件連接如圖4所示，OV7620的Y通道端口與SPCE3200的CSI數據端口相連接，而OV7620的像素時鐘、場同步信號、水平同步信號，分別通過端口PCK，VSYNC，HREF傳人SPCE3200的CSI_CKI，CSI_VS，CSI_HS端口，SPCE3200在該同步信號的幫助下將圖像數據出入相應的緩存區(qū)。OV7620具有1個標準的I2C總線接口，通過該接口能控制OV7620的各種工作狀態(tài)、工作方式、數據輸出格式和讀取內部狀態(tài)信息。但通過該端口控制OV7620時，端口SBB必須接高電平。SPCE3200也有一個標準的硬件I2C，可以方便地與帶有I2C總線的芯片通信。故可以將OV7620的SIC_0與SIC_1端口與SPCE3200的I2C DATA和I2C_CLK端口相連接，通過SPCE3200控制OV7620工作狀態(tài)、工作方式、數據輸出格式等。I2C_CLK輸出時鐘信號，I2CDATA在時鐘信號的觸發(fā)下將控制命令傳輸給OV7620。當SPCE3200作為I2C總線的主機時，在SPCE3200的I2C CLK和I2C DATA接人總線時需要各自接一個1～10 kΩ的上拉電阻。SPCE3200內置MPEG 4／JPEG硬件編解碼模塊將緩沖區(qū)內的數據進行壓縮編碼，再利用內置NAND FLASH控制器將壓縮后的數據保存在外部的FLASH中。

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、數據的傳輸。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、地址和數據都在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。FLASH的8位I／O端口與SPCE3200的NF_D端口相連接，用于命令、地址、數據的傳輸。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某個寫入、擦除或隨機讀操作正在進行，當這個操作完成后，輸出高電平狀態(tài)，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端口相連接，低電平有效。

4 系統(tǒng)軟件設計

SPCE3200相應端口控制器的寄存器參數設置是由系統(tǒng)軟件實現的。參數設置后，LQ057Q3DC02在SPCE3200的LCD控制器提供的時鐘信號、數據使能信號、垂直同步信號、水平同步信號將顯示緩沖區(qū)內的圖像數據傳輸至LCD屏顯示。SPCE3200內置MPEG4／JPEG硬件編解碼模塊將圖像編碼數據從Flash中取出，解碼后送顯示緩沖區(qū)。圖5為系統(tǒng)軟件設計流程圖。

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，只需要設置3個寄存器用于選擇對應引腳作為NAND型Flash接口使用、使能NAND型Flash控制器模塊時鐘、設置中斷。SPCE3200內置的CMOS傳感器接口（CSI）可方便地與CMOS傳感器連接，并在內部控制器的控制下接收CMOS傳感器發(fā)出的時鐘和數據，并將圖像數據傳送到DRAM中。其他所有與顯示有關的模塊，如TV，LCD或JPEG模塊均可以訪問到該數據并輸出此數據進行顯示，或將其與其他數據混合而產生顯示數據。SPCE3200的CSI模塊的結構如圖3所示。SPCE3200的CSI模塊在時鐘脈沖的觸發(fā)下將CMOS傳感器所捕獲的圖像信息數據傳送到數據處理單元，進行數據的接收、處理、然后將處理后的數據傳送到指定的BUFFER中。

5 結束語

本文介紹了一種新的彩色液晶顯示系統(tǒng)，結構簡單，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品和電子消費類產品的開發(fā)。