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引言 現在大部分的便攜式手持終端產品，如移動電話、導航系統等，都擁有一個小型LCD顯示屏，這使LCD驅動電路的設計成為手持終端設計的重要組成部分。 本文以應用于特殊行業的手持終端為例，敘述LCD驅動電路的設計實現方法。 硬件電路設計 硬件電路結構 本設計中手持終端CPU采用三星公司ARM920T內核處理器S3C2440A，其LCD控制器支持STN LCD和TFT LCD，實際使用的LCD為LTS350Q1-PE1_PI，屬于TFT LCD。 電路框圖如圖1所示。 
驅動電路主要包括三部分：第一部分是LCD驅動，采用MAX1779芯片；第二部分是LED背光驅動，采用MP1521芯片；第三部分是VCOM信號驅動，采用LM8261芯片。這里主要敘述LCD驅動和背光電路的實現。 LCD驅動電路 由于LCD內集成有數字電路和模擬電路，需要外部提供數字電壓DVDD和模擬電壓AVDD。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TFT的開啟電壓VGH、關閉電壓VGL，以及加到公共電極上的電壓VCOM。 MAX1779芯片能產生LCD需要的模擬電壓AVDD、柵極開啟電壓VGH及柵極關斷電壓VGL。芯片內部集成有3個DC-DC轉換器，其中包括兩個充電泵和一個升壓轉換器，可以為小型TFT液晶屏提供高效的調節電壓。LCD驅動電路如圖2所示。
這里，一個充電泵產生正電壓，作為TFT的開啟電壓VGH；另外一個充電泵產生負電壓，作為TFT的關閉電壓VGL。此外，芯片還可以產生-5V電壓輸出，設計時利用-5V輸出電壓協助LM8261產生VCOM信號。 LED背光驅動電路 LCD作為一種被動顯示器件本身并不能發光，必須要有背光模塊提供光源。白光LED由于復雜程度較低、成本低且尺寸較小，被普遍用做嵌入式手持設備的LCD背光源。本文中背光驅動電路如圖3所示。
驅動芯片采用MP1521，該芯片有3組獨立的電流反饋回路，可同時驅動3組并聯的LED。現將3組反饋回路FB1、FB2、FB3短接，可以提供更大的驅動電流，用于驅動6個白色串聯LED背光燈。 MP1521支持兩種方式控制LED亮度，一是將BRT連接在范圍為0.26V~1.2V的電壓上，另外一種是通過PWM信號控制LED亮度。設計時，將其連接在PWM端口，使用PWM控制LCD背光亮度。 S3C2440A有5個16bit定時器，其中定時器0、1、2、3有PWM功能。將BRT連接到能夠輸出PWM信號的CPU的TOUT0/GPB0引腳，利用定時器0產生的PWM信號控制LCD亮度。通過改變PWM信號的占空比調整LED亮度，而通過設置CPU內部寄存器的值可以改變PWM的占空比。 為了節省功耗，電路的使能(EN)端接CPU的LCD_PWREN管腳，高電平時背光電路工作；低電平時背光電路不工作。同時，可將EN端通過電阻直接連接到3.3V電源上以便調試時使用。 LCD_BCK+和LCD_BCK-分別連接到串聯LED的正負兩端。 軟件設計 手持終端的嵌入式Linux所采用的內核版本是kernel-2.4.18。 為了使LCD能正常顯示，還需要在Linux系統下開發LCD的驅動程序。 字符設備的驅動程序 字符設備是Linux系統中最簡單的設備，可以像文件一樣訪問。當字符設備初始化的時候，其驅動程序向Linux內核登記，在chrdevs向量表中增加一個device_struct數據結構條目。這個設備的主設備標識符用作這個向量表的索引。一個設備的主設備標識符是固定的。chrdevs向量表中的 device_struct數據結構包括一個登記設備驅動程序名稱的指針和一個指向一組文件操作的指針。這組文件操作本身位于這個設備的字符設備驅動程序中，并處理一些特定任務。 Linux下的幀緩沖設備 Linux操作系統為LCD等顯示設備提供了幀緩沖區。幀緩沖區(Framebuffer)是Linux為顯示設備提供的一個接口，是把顯存抽象化后的一種設備。為LCD編寫驅動程序的實質就是為幀緩沖區編寫驅動程序。 由于幀緩沖驅動程序的實現在許多論文中有詳細敘述，這里不再贅述，本文重點討論背光設備驅動程序的實現。 LCD背光設備的驅動程序 LCD背光設備可看作字符設備，可以按照字符設備驅動程序的編寫方法進行實現。在驅動程序里實現了LCD各種控制功能。驅動程序主要包括 lcdctrl.c和lcdctrl_smdk2440.c。其中lcdctrl.c屏蔽了具體的硬件，它通過鉤子函數調用 lcdctrl_smdk2440.c相關函數完成各種具體操作。為了形象地說明兩個文件之間的關系，這里以LCD亮度調節過程為例，說明函數的調用過程，如圖4所示。
lcdctrl.c中的lcdctrl_ioctl函數需根據上層應用程序的不同參數實現不同的功能，這些控制LCD的功能包括亮度調整、對比度調整、關閉LCD、開啟LCD等。 下面分別敘述兩個文件的實現。 lcdctrl.c文件 1、定義file_operation結構體 static struct file_operations lcdctrl_fops = { ioctl: lcdctrl_ioctl, open: lcdctrl_open, release: lcdctrl_close }; LCD的各種控制功能在lcdctrl_ioctl函數中實現，lcdctrl_open和lcdctrl_close不實現具體功能，直接返回0值。 2、lcdctrl_ioctl函數 lcdctrl_ioctl函數需根據上層應用程序的不同參數實現不同的功能，這里主要說明亮度調節功能的實現。部分代碼如下： static int lcdctrl_ioctl(struct inode * inode, struct file *filp, unsigned int cmd , unsigned long arg) {…… switch(cmd) { …… case _LCDCTRL_IOCTL_BRIGHTNESS: if ((arg >=0) && (arg <= 100)) ret = lcdctrl_set_brightness(arg); break; //調節LCD背光亮度 …… break;} return ret;} 當應用程序傳遞的命令參數為LCDCTRL_IOCTL_BRIGHTNESS時，lcdctrl_ioctl調用lcdctrl_set_ brightness具體實現亮度調節功能。 3、lcdctrl_set_brightness函數 lcdctrl_set_brightness具體實現亮度調節功能。主要代碼如下： int lcdctrl_set_brightness(int b) { brightness = b; return lcd_device->set_brightness(b); } 可以看出，此函數調用lcd_ device->set_brightness函數，而lcd_device在初始化時已被指向與具體的硬件相關的函數。 4、初始化函數 初始化函數主要完成初始信息的設置和設備的注冊。 lcdctrl.c_smdk2440文件 1、lcdctrl_device結構體 lcdctrl_device結構體定義了具體操作LCD的各函數指針，包括LCD初始化函數，LCD開啟和關閉函數，亮度、對比度等設置函數。其中LCD關閉函數的本質就是將LCD背光亮度設置為0。 static struct lcdctrl_device smdk2440_dev = { init: smdk2440_lcdctrl_init, enable: smdk2440_lcdctrl_enable, disable: smdk2440_lcdctrl_disable, set_intensity: smdk2440_lcdctrl_set_intensity, set_brightness: smdk2440_lcdctrl_set_brightness, set_contrast: smdk2440_lcdctrl_set_contrast}; 2、smdk2440_lcdctrl_set_brightnes函數 這里只敘述亮度設置函數的實現。 static int smdk2440_lcdctrl_set_brightness( int b) { …… TCNTB0 = 100; TCMPB0 = b*100/100; //設置TCMPB0寄存器的值 TCON = (TCON & ~(0xf)) | ( TCON_0_AUTO | TCON_0_MAN | COUNT_0_OFF); TCON = (TCON & ~(0xf)) | 0; TCON=(TCON & ~(0xf)) | (TCON_0_AUTO | COUNT_0_ON);} 函數中的語句大部分是給與定時器相關的寄存器寫值。其中b就是上層函數傳遞下來的bright值，從程序中可以看到，調節亮度本質上是通過TCMPB0寄存器寫入與bright相關的值，控制PWM占空比實現亮度調節功能。 3、lcdctrl_device_get_ops函數 用于上層獲取具體設備的鉤子函數。代碼如下： struct lcdctrl_device *lcdctrl_device_get_ops(void) {return &smdk2440_dev;} 此函數被lcdctrl.c初始化時調用，將設備指向smdk2440_dev。 至此，驅動程序設計完成，為了更好地實現LCD的管理，需要在上層的Qtopia應用程序中提供人機操作的界面。 Qtopia應用程序 Qtopia應用程序提供人機操作界面并調用底層驅動程序完成LCD控制功能，這里，仍然以亮度調節為例敘述應用程序工作過程。 主要完成功能： 1、應用程序完成人機操作的界面，為使用人員提供友好界面； 2、讀取亮度值，并將其存入變量bright中； 3、打開設備文件：fd=open("/dev/devname",O_RDONLY)； 4、調用底層的驅動程序，通過底層的驅動程序將LCD背光亮度調整為指定值。 ioctl(fd, _BACKLIGHT_ IOCTL_BRIGHT, bright)。 ioctl函數調用驅動程序完成亮度的調節。 結語 經測試，設計完成的LCD能很好地完成圖形的顯示，終端電源管理界面中包含了LCD亮度調節功能。 LCD驅動電路的設計是手持終端產品的重要組成部分。本文設計并實現了基于S3C2440A的手持終端LCD驅動電路。通過圖形管理界面能夠方便地管理LCD，達到節約能量、延長手持終端工作時間的目的。 參考文獻 1. 楊水清, 張劍, 施云飛. ARM嵌入式Linux系統開發技術詳解，電子工業出版社，2008/11 2. 常贊杰, 張位勇. 基于Framebuffer的LCD驅動程序設計. 辦公自動化，2008/12 作者：通信指揮學院 蔡理金 王逢東 王會濤 來源:電子設計應用2009年第12期 |
