彩色液晶顯示系統(tǒng)的設計

關鍵詞： S3C2440A , 彩色 , 液晶顯示

高性能嵌入式便攜設備的普及對嵌入式顯示系統(tǒng)的設計提出了新的要求：高性能、低功耗、體積小、可移植性好和能工作在各種光照環(huán)境下。本文設計的嵌入式顯示系統(tǒng)為這類便攜設備的顯示系統(tǒng)開發(fā)提供了一種解決方案，不但滿足了高端嵌入式設備所需要的高性能，而且在高亮度顯示條件下能維持低功耗，適用于高檔PDA、便攜媒體播放器、手持式導航儀、便攜醫(yī)療和測試設備等領域。  
　　
主要器件的恰當選擇是實現(xiàn)上述設計目標的關鍵，本文選用的嵌入式微處理器三星S3C2440A（同時也是本顯示系統(tǒng)的LCD控制器）主要面向高端嵌入式設備，它采用ARM920T內核，最高工作頻率達533MHz，內含3通道的異步串行口、SDRAM控制器、I2C總線接口、USB主、從單元設備接口、攝像頭接口、AC97音頻編解碼接口、觸摸屏接口和LCD控制器等眾多片上外設，低功耗，性價比高。另外，夏普公司3.5英寸透反射式TFT-LCD LQ035Q7DH01采用了Advanced-TFT技術，它利用互連薄膜晶體管的導電跡線的金屬敷膜作為反射器，通過LCD矩陣返回入射光，提高了強環(huán)境光下的亮度同時又能保持較低的功耗；在明亮場所時具備 HR-TFT（高反射液晶）功能，而在暗淡環(huán)境下又具備內置背燈的透過型液晶功能，能在強烈的陽光和全黑的環(huán)境下工作。其屏幕分辨率為320×240，用18位數據信號能顯示262144種色彩。  

由于嵌入式Linux具有良好的穩(wěn)定性和平臺可移植性，同時又開放原代碼，成本低廉，本文選用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)。軟件開發(fā)環(huán)境采用Linux 2.4.20平臺，交叉編譯器為arm-linux-gcc 2.95.3，完成了對LQ035Q7DH01顯示屏的驅動程序開發(fā)。  
　　
顯示系統(tǒng)硬件電路  

1 LCD控制器電路  

LCD控制器用來傳輸圖像數據并產生相應的控制信號，S3C2440A LCD控制器能支持高達4K色STN屏和256K色TFT屏，支持1024×768分辨率下的各種液晶屏，具有LCD專用DMA。S3C2440A產生的控制信號主要有幀同步信號VFRAME、行同步信號VLINE、像素時鐘信號VCLK和數據輸出使能信號VM。S3C2440A有VD[0:23]共24根RGB數據線，數據格式不同，接線方式就不同，本文用的是RGB565方式。控制信號和數據信號時序如圖1所示，  

  
LCD控制器電路如圖2所示。  

  
2 時序和數據匹配電路   

由于S3C2440A的LCD控制器與LCD屏LQ035Q7DH01在數據格式及顯示時序上無法匹配，需要選用一種時序控制IC或者用CPLD來對不同數據格式的數據接口進行映射。由于CPLD面積較大、成本較高，因而通常只在需要對電路進行靈活配置的情況下才使用。本文時序控制IC選用夏普公司的LZ9FC22，該芯片體積小、性能穩(wěn)定、專用于QVGA屏幕TFT-LCD。這是一個18位（R6G6B6）的控制器，由于本文采用的是RGB565 16位工作模式，所以將芯片輸入引腳R0和B0接地。引腳SIZE用于選擇LCD屏幕類型，接低電平時為320×240型屏幕。接高電平時為240×320型屏幕，本文LCD為240×320型屏幕，所以該引腳接高電平。引腳VRVE用于選擇LCD幀掃描方向，接低電平時掃描方向從上到下，接高電平時則相反，引腳HRVE用于選擇LCD行掃描方向，接低電平時掃描方向從右到左，接高電平時則相反。為了方便不同用戶使用時能根據各自需求靈活配置，本文設計了一個LCD掃描方向配置電路，如圖3所示。兩對電阻R32、R34和R33、R35每對根據需要各選擇一個接入電路，從而設定引腳VRVE和HRVE的高低電平。如欲配置LCD幀掃描方向從上到下，則引腳VRVE應為低電平，此時電路中只需接入電阻R35，電阻R33不用接入；如欲配置LCD幀掃描方向從下到上，則引腳VRVE應為高電平，此時電路中只需接入電阻R33，電阻R35不用接入，LCD行掃描方向的配置與之類似。本文LCD采用從上到下，從左到右的掃描方向，所以將電阻R32和R35接入電路中而R33和R34位置處為空。  

  
　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 時序和數據匹配電路  

3 多路電壓產生電路   

LCD屏內集成有數字電路和模擬電路，需要外部提供數字電壓和模擬電壓。另外，為了完成數據掃描，需要TFT輪流開啟/關閉。當TFT開啟時，數據通過源極驅動器加載到顯示電極，顯示電極和公共電極間的電壓差再作用于液晶實現(xiàn)顯示，因此需要控制LCD的開啟電壓、關閉電壓，以及加到公共電極上的電壓。  

本文采用松下公司生產的低壓差電壓線性調節(jié)器LM1117DT-3.3芯片來產生時序控制IC和LCD所需要的數字電壓。采用美國MAXIM公司推出的有源矩陣液晶顯示器電源芯片MAX1664來產生其他電壓，兩芯片所需的+5V輸入電壓由220V交流經一個AC/DC開關電源變換后提供。MAX1664內部集成有兩個DC-DC變換器，其中DC-DC1提供從輸入電壓值到+5.5V范圍的輸出電壓，DC-DC2為正負電壓雙路輸出,一路可提供從輸入電壓值到+28V的輸出電壓，另一路可提供0～-10V的輸出電壓。對于LQ035Q7DH01這樣的小型TFT LCD，MAX1664能為其提供高效的調節(jié)電壓。另外，MAX1664是一種高功率開關電源，要注意供電電源電路的連接和旁路電容的連接，芯片旁路端IN和INP之間用一只33Ω的電阻隔離，如圖4所示。圖4中的D4～D6應采用高速的肖特基二極管，同時由于電感的直流等效電阻對轉換效率的影響較大, L3～L4應選用等效電阻低的電感, 為減小噪聲輻射,應選用屏蔽電感。電路板的布線要細心操作，接地點的連線要小心處理，否則將影響各輸出電壓的穩(wěn)定。

  
　　　　　　　　　　　　圖4 多路電壓產生電路  

4 顯示系統(tǒng)整體結構框圖  

LCD控制器首先從存儲器SDRAM的顯示緩沖區(qū)中讀出圖像數據并將其轉換成RGB565的數據格式，然后將數據信號和LCD控制器產生的控制信號一并送入時序控制IC LZ9FC22，時序控制IC將數據信號和控制信號轉換成與LCD相匹配的格式后送入LCD，最后LCD將圖像顯示到屏幕上。這里需要注意的是，在電路板布線時，LCD控制器到LCD屏的連線距離不可過長，最好不好超過50cm，否則容易出現(xiàn)顯示錯誤。顯示系統(tǒng)整體結構框圖如圖5所示。
  

  
圖5 顯示系統(tǒng)結構框圖  
　　
結束語  

本文設計的嵌入式顯示系統(tǒng)，顯示亮度達100尼特，在LCD高亮度的情況下模塊的功耗小于365mW,克服了一般TFT-LCD高亮度伴隨著高功耗的矛盾，同時由于設計的硬件驅動電路只需LCD控制器給出幀同步信號、行同步信號、像素時鐘、數據使能信號和RGB數據信號，因此，為移植到不同的平臺帶來了較大的靈活性，實用性很強。