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高性能嵌入式便攜設備的普及對嵌入式顯示系統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境下。本文設計的嵌入式顯示系統為這類便攜設備的顯示系統開發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、便攜醫療和測試設備等領域。 主要器件的恰當選擇是實現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。軟件開發環境采用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。 顯示系統硬件電路 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定。 圖4 多路電壓產生電路 4 顯示系統整體結構框圖 LCD控制器首先從存儲器SDRAM的顯示緩沖區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，否則容易出現顯示錯誤。顯示系統整體結構框圖如圖5所示。 圖5 顯示系統結構框圖 結束語 本文設計的嵌入式顯示系統，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。 |
