采用SPCE3200的液晶顯示系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1 引言

　　本文介紹了凌陽(yáng)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(nèi)置LCD控制器，故硬件電路簡(jiǎn)單，兩者可直接相連。

　　2 器件簡(jiǎn)介

　　2.1 多媒體微處理器SPCE3200

　　多媒體微處理器SPCE3200以凌陽(yáng)公司開(kāi)發(fā)的S+core7為內(nèi)核，內(nèi)置MPEG4硬件編解碼模塊和多種多媒體功能模塊。S+core7內(nèi)核是采用凌陽(yáng)指令集架構(gòu)（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(nèi)核采用AMBA總線，為SOC集成擴(kuò)展協(xié)處理器和用戶(hù)接口提供了靈活性。S+core7使用SJTAG技術(shù)使測(cè)試和調(diào)試程序更加有效。SPCE3200采用256引腳PLCC256封裝，其內(nèi)部包含S+core7處理器CPU，符合AMBA標(biāo)準(zhǔn)的與片內(nèi)高效能模塊相連的AHB總線，連接片內(nèi)其他低速外設(shè)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(shè)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(zhuǎn)換器、片內(nèi)8 KB RAM（LDM），片內(nèi)32 KBROM、存儲(chǔ)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(mén)狗模塊、SD卡控制器、NAND型Flash控制器以及9通道12位A／D轉(zhuǎn)換器。

　　內(nèi)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(shí)需要設(shè)置相關(guān)寄存器以選擇LCD控制器的工作模式。當(dāng)控制器選擇TFT LCD工作模式時(shí)，接口可支持對(duì)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(shí)鐘頻率。SPCE3200的TFT控制器相關(guān)I／O引腳：LCD CLK（時(shí)鐘信號(hào)）、LCD_ACT（數(shù)據(jù)使能信號(hào)）、LCD VS（垂直同步信號(hào)）、LCD_HS（水平同步信號(hào)）、LCD—DATA[15：0]（數(shù)據(jù)信號(hào)）。TFT LCD控制器共有32個(gè)寄存器，通過(guò)對(duì)這32個(gè)寄存器參數(shù)的設(shè)置，即可完成同步信號(hào)以及數(shù)據(jù)格式的設(shè)置，滿(mǎn)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(gè)像素由R、G、B子像素構(gòu)成，每個(gè)子像素有6位灰度，即每個(gè)像素共有18位色，可達(dá)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(dá)50 Cd／m2：響應(yīng)時(shí)間低于30 ms，可實(shí)現(xiàn)無(wú)拖影顯示動(dòng)態(tài)圖像：采用數(shù)字接口數(shù)據(jù)總線，便于驅(qū)動(dòng)控制。LQ05703DC02內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，驅(qū)動(dòng)一塊液晶顯示屏需要2種驅(qū)動(dòng)器：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器和行掃描驅(qū)動(dòng)器。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)3色數(shù)據(jù)信號(hào)的接收、采樣和保持，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換的輸出實(shí)際驅(qū)動(dòng)信號(hào)；掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生逐行掃描信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD顯示像素的尋址?？刂芓FT-LCD驅(qū)動(dòng)器需4種信號(hào)：數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘（CLK）、行同步時(shí)鐘（Hsync）、幀同步時(shí)鐘（Vsync）以及數(shù)據(jù)信號(hào)（DATE）。圖像數(shù)據(jù)在時(shí)鐘同步信號(hào)的作用下通過(guò)18位并行數(shù)據(jù)總線（RO～R5，GO～G5，B0～B5）。寫(xiě)入數(shù)據(jù)采樣保持器，轉(zhuǎn)化為灰度信號(hào)后存入每個(gè)像素的TFT，使其正常顯示。

　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　彩色液晶顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于TFTLCD LQ057Q3DC02含有行驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，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(guò)其內(nèi)部的NAND FLASH控制器將外部的Flash內(nèi)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)送入MPEG4／JPEG硬件編解碼模塊進(jìn)行解碼，然后存儲(chǔ)到緩沖器DRAM。LCD控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)LCD所需的數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘、幀同步時(shí)鐘與行同步時(shí)鐘，并在該時(shí)鐘觸發(fā)下傳輸緩沖器中的圖像數(shù)據(jù)至LCD顯示。LCD投影機(jī)按內(nèi)部液晶板的片數(shù)可分為單片式和三片式兩種，現(xiàn)代液晶投影機(jī)大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影機(jī)是用紅、綠、藍(lán)三塊液晶板分別作為紅、綠、藍(lán)三色光的控制層。光源發(fā)射出來(lái)的白色光經(jīng)過(guò)鏡頭組后會(huì)聚到分色鏡組，紅色光首先被分離出來(lái)，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(lán)色光經(jīng)藍(lán)色液晶板后生成圖像中的藍(lán)色光信息，三種顏色的光在棱鏡中會(huì)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(jī)比單片式LCD投影機(jī)具有更高的圖像質(zhì)量和更高的亮度。LCD投影機(jī)體積較小、重量較輕，制造工藝較簡(jiǎn)單，亮度和對(duì)比度較高，分辨率適中，現(xiàn)在LCD投影機(jī)占有的市場(chǎng)份額約占總體市場(chǎng)份額的70%以上，是目前市場(chǎng)上占有率最高、應(yīng)用最廣泛的投影機(jī)。

LQ057Q3DC02與SPCE3200的硬件電路連接如圖3，LQ057Q3DC02共有18根數(shù)據(jù)線，R、G、B3色各占6根，而SPCE3200的LCD控制器接口只有16根數(shù)據(jù)線，輸出RGB565格式圖像數(shù)據(jù)。因此連接時(shí)應(yīng)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(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)使能信號(hào)、垂直同步信號(hào)、水平同步信號(hào)分別通過(guò)LCD_CLK、LCD_ACT、LCD_VS、LCD_HS引腳傳輸至LCD模塊，使得LCD在該時(shí)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(guò)水平顯示模式選擇信號(hào)（R／L）引腳和垂直顯示模式選擇信號(hào)（U／D）引腳設(shè)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(shù)據(jù)端口相連接，而OV7620的像素時(shí)鐘、場(chǎng)同步信號(hào)、水平同步信號(hào)，分別通過(guò)端口PCK，VSYNC，HREF傳人SPCE3200的CSI_CKI，CSI_VS，CSI_HS端口，SPCE3200在該同步信號(hào)的幫助下將圖像數(shù)據(jù)出入相應(yīng)的緩存區(qū)。OV7620具有1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口，通過(guò)該接口能控制OV7620的各種工作狀態(tài)、工作方式、數(shù)據(jù)輸出格式和讀取內(nèi)部狀態(tài)信息。但通過(guò)該端口控制OV7620時(shí)，端口SBB必須接高電平。SPCE3200也有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(guò)SPCE3200控制OV7620工作狀態(tài)、工作方式、數(shù)據(jù)輸出格式等。I2C_CLK輸出時(shí)鐘信號(hào)，I2CDATA在時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下將控制命令傳輸給OV7620。當(dāng)SPCE3200作為I2C總線的主機(jī)時(shí)，在SPCE3200的I2C CLK和I2C DATA接人總線時(shí)需要各自接一個(gè)1～10 kΩ的上拉電阻。SPCE3200內(nèi)置MPEG 4／JPEG硬件編解碼模塊將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，再利用內(nèi)置NAND FLASH控制器將壓縮后的數(shù)據(jù)保存在外部的FLASH中。