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標題: LCD控制器驅動的24位TFT真彩屏接口設計 [打印本頁]

作者: 51黑黑黑 時間: 2016-2-23 16:23
標題: LCD控制器驅動的24位TFT真彩屏接口設計
在嵌入式設計中常常會使用LCD屏，現在常用的屏大部分都是高性能的。因為LCD屏的生產廠商很多，標準也不統一，LCD屏往往不能與LCD控制器無粘合連接，所以在使用LCD屏時，廠家還會推薦使用其專為LCD屏是設計的時序芯片，例如，Sharp的LCD LQ035Q7DB02配套的控制器為LZ9FC22；日本的LCD屏是16位色的，本身價格很高，控制器成本也非常高，性能卻不見得好，采用高性能的24位真彩色屏是比較理想的，但接口邏輯需要重新設計。

1 RGB565－RGB888的轉換

以友達光電AUO生產的A06QU01[1]為例，這是一種24位的TFT真彩屏，分辨率為320?240，每個象素由RGB888表示，其控制時序如圖1所示，LCD要求的時序由幀同步（VSYNC）、行同步（HSYSNC）、比特時鐘（DCLK）及數據（Data[0：7]）構成，幀同步和行同步指示每一幀和每一行的開始。A06QU01每幀240行，每行320個象素，每個像素由依次產生的8b紅、8b綠、8b藍（R1，G2，B3，R4，G5，B6…）構成，所以稱為RGB888。

以PXA25x為代表的嵌入式處理器擁有一個LCD控制器，可以將這個控制器配置為最高16位的TFT LCD屏控制器，其控制時序如圖1所示，LCD要求的時序由幀同步（VSYNC）、行同步（HSYSNC）、點時鐘（PCLK）及數據（Data[0：15]構成，幀同步和行同步指示每一幀和每一行的開始。對于A06QU01，每幀將有240行，每行有320個像素，每個像素由5b紅、6b綠、5b藍構成16位數據，稱為RGB565。

將RGB565轉換為RGB888要解決2個問題：

1）比特時鐘3倍頻。LCD控制器每一個像素用一個時鐘1次送出16b數據，而LCD撩扛魷袼匭枰?個時鐘，每次獲得8b。這樣就需要產生1個3倍于點時鐘PCLK的時鐘。

2）16b到24b數據分解。在LCD控制器送出16b數據時，需要緩存，并分解出RGB信號分別送出，5b紅、6b綠、5b藍構成16位數據可以采用補0的方法，構成8b紅、8b綠、8b藍。數據高位補0時色彩較柔和，低位補0時彩色較艷麗。

通常情況下，使用模擬鎖相環技術可以實現均勻倍頻，在這個設計中，3倍頻時鐘與RGB數據必須同步，否則會出現顏色錯位；同時鎖相環還需要數據分解電路配合使用，這樣一個數字和模擬混合的電路會增加成本，因而特別設計使用了數字電路實現非均勻3倍頻。具體方案是：使用一個大于6小于7倍的LCD屏比特時鐘作為CPLD的主控制時鐘，LCD屏的時鐘頻率約為7M赫茲，所以選擇CPLD的主控制時鐘頻率為48M赫茲。如圖1所示，pclk為控制器輸出的點時鐘，pdata為RBG565數據，pclkout和pdataout是送往LCD的信號，x7pclk為CPLD的定時時鐘，在pclk上升沿將pdata存入緩沖器pdatabuf，并將內部狀態位datavalid置位，在x7pclk的上升沿，如果檢測到datavalid為高，則使pclkout為低，將緩沖器中的數據取出高5位紅色信號，補零后送到pdataout，并將datavalid置為低，在下一個x7pclk的上升沿將pclkout置高，8b數據送出到LCD屏。使用這種方法依次將綠色及藍色信號送出，在藍色信號送出后，保持pclkout為高，直到下一個datavalid為高，進入下一次轉換，從圖1中可以看出，數字3倍頻信號pclkout不是均勻的，藍色數據時鐘的占空比不是50％。根據LCD屏數據手冊的要求，pclkout的占空比變化容許的范圍是40％－60％，因而只要調整好x7pclk的時鐘頻率，還是比較容易產生符合占空比要求的pclkout時鐘的，LCD屏正常工作還需要幀同步（VSYNC）和行同步（HSYSNC）信號，這些信號可以由軟件驅動程序編程產生。

2 LCD背光及LCD偏置的電源產生器

LCD屏需要特殊的供電，用于背景照明和LCD偏置，現在使用的小尺寸LCD大多數使用LED作為背光，以及－10V的偏置電壓，本設計使用的LCD屏是2路各4個白光LED串聯，每路需要的供電電壓約為10V，電流為20mA。LCD偏置電壓為－10V，電流為3－5mA。這些電源利用LCD控制器內部的電源控制器實現。如圖2所示，由L1、V1構成升壓型DC－DC轉換器，L1為高頻功率電感，V1為高頻小功率開關晶體管。C4和R1構成的微分電路可以提高V1的導通和關閉速度，有利于提高電源效率，V1由脈沖寬度調制信號控制，在導通期間使用L1存儲能量，在關閉時電感向負載釋放能量，這樣V1的集電極上生成高壓脈沖信號，這個信號經過D1、C3和C6整流濾波后得到用于LED供電正電壓，同樣經過C2隔直流后再整流濾波得到用于LCD偏置的負電壓，注意，電容C7是正端接地的。LED電流限制使用圖3所示的電路，V3和V4為LED驅動管，V2為電流采樣管，V2、V3、V4是3個型號相同的晶體管。這3個晶體管的基級相連，因而基極電壓相等。因為型號相同，所以基極到發射極電壓近似相等，于是，R3、R6、R7上的壓降近似相等，這樣R3、R4上的電流被轉換為R2上的反饋電壓。控制器根據反饋電壓自動調整圖2中的PWM控制信號的占空比，從而改變輸出LED供電電壓，使反饋電壓穩定在0.6V，通過LED的電流穩定在22mA，LCD偏置電壓大約穩定在－10V。

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3 數字倍頻及數據分解實現

RGB565－RGB888轉換器用XC9536實現，如圖4所示，來自LCD控制器的信號為：16b數據L_DD0..15、同步信號L_FCLK及L_LCLK、點時鐘信號L_PCLK，輸出到LCD屏的信號為：8b數據信號LCD_D0..7、同步信號LCD_VSYNC及LCD_HSYNC、時鐘信號LCD_DCLK。X7CLK來自于48M赫茲的晶體振蕩器，使用Verilog HDL開發。如果連接無誤，則上電后加載帶有TFT屏驅動的嵌入式Linux內核，一般在LCD屏左上角能看到企鵝圖案，如果實際顯示的圖案位置和色彩不正確，則需要根據實際看到的圖像調整LCD控制寄存器中的時序設置，實現正確的顯示。

4 總結

由于接口標準不統一、將一個新型號的LCD屏接到嵌入式處理器比較困難，需要認真分析LCD控制器及LCD屏的時序和驅動方式，使用低價可編程邏輯電路，可以實現接口的時序轉換，LCD屏需要的背光電源及偏置電源可以按本文所述方法，利用LCD屏內部集成的電源控制器實現，也可以通過外接專用的LCD背光電源和LCD偏置實現.

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