全液晶顯示車載交互式信息系統(tǒng)方案

1 引言

汽車儀表是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的重要接口，為駕駛員提供汽車運(yùn)行參數(shù)、故障等信息，使駕駛員可以方便、全面地掌握汽車運(yùn)行狀態(tài)，有利于提高駕駛的舒適性和安全性。隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車的附屬功能越來(lái)越豐富，汽車儀表需要顯示的內(nèi)容也越來(lái)越多。薄膜晶體管液晶顯示器（TFT—LCD）是數(shù)字終端顯示最理想的顯示器件之一，而將液晶顯示技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代汽車儀表，構(gòu)建全液晶顯示車載交互式信息系統(tǒng)已成為汽車儀表系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，豐田、福特、奧迪等汽車生產(chǎn)廠家已經(jīng)推出了帶有全數(shù)字液晶儀表的車型。

本文基于ADI公司的DSP芯片ADSPBF536和SHARP公司的液晶模塊LQ104V1一DG52，設(shè)計(jì)了液晶顯示車載信息系統(tǒng)，給出了總體設(shè)計(jì)方案并設(shè)計(jì)了DSP芯片與液晶模塊的接口電路，編寫了液晶顯示、flash等模塊的驅(qū)動(dòng)程序，分析了液晶模塊控制信號(hào)時(shí)序波形，進(jìn)行了汽車信息顯示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液晶屏顯示內(nèi)容清晰、穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，車載信息系統(tǒng)主要包括主控制芯片、帶觸摸屏的LCD數(shù)字儀表、外擴(kuò)SDRAM芯片、外部FLASH芯片以及分布在CAN總線上的不同節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)就是分布在汽車上的分控制器。

圖1 總體結(jié)構(gòu)框圖

2.2 主控制芯片

TFT-LCD需要控制信號(hào)按照一定的控制時(shí)序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)一種成本較高的驅(qū)動(dòng)方案是用單片機(jī)、SRAM和專用液晶驅(qū)動(dòng)芯片組合構(gòu)成系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液晶屏。為降低液晶屏驅(qū)動(dòng)成本，本方案選用ADI公司的Blackfin系列DSPADSP—BF536作為系統(tǒng)的主控芯片。Blackfin系列處理器是ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)（MSA）DSP，它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加（MAC）信號(hào)處理器功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。BF536作為Blackfin系列DSP中的一員，具有高達(dá)400MHz的主頻，內(nèi)核供電電壓低至1.2V；具有3個(gè)16位MAC，2個(gè)40位ALU，4個(gè)8位視頻專用ALU；擁有高達(dá)102kB的片內(nèi)存儲(chǔ)器，包括16kB指令SRAM／Cache、48kB指令SRAM、32kB數(shù)據(jù)SRAM／Cache和4kB中間存儲(chǔ)器。

BF536還擁有豐富的外設(shè)資源，包括10／100以太網(wǎng)MAC接口；CAN2.0B接口；一個(gè)SPI接口；TwI接口控制器；并行口（PPI），支持IUT-R656視頻模式；全同步串口SPORT；2個(gè)UART口；12通道DMA控制器，包括兩個(gè)存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器DMA通道。

2.3 LED接口電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所選用的TFT-LCD是SHARP公司的LQ104V1DG52，具有26.5cm（10.4in）顯示尺寸，640×480分辨率，18位數(shù)據(jù)信號(hào)位（RGB每種顏色6位），26萬(wàn)色。本方案利用BF536的PPI外設(shè)與液晶屏之間接口。BF536的PPI外設(shè)有20個(gè)引腳，每個(gè)時(shí)鐘周期可完成16位數(shù)據(jù)的收發(fā)，而液晶屏的數(shù)據(jù)寬度為18位，設(shè)計(jì)中將PD接到BEo]，PD接到RE0]，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)寬度的匹配。PPI—CLK引腳外接25MHz有源晶振，3個(gè)同步幀輸出引腳FS1、FS2、FS3分別接LCD的Hsync、Vsync、ENAB引腳，并使ENAB控制信號(hào)置低。為增強(qiáng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力，在BF536的PPI外設(shè)與液晶屏之間用SN74AHC245橋接。

另外，為液晶屏配備了四線電阻式觸摸屏，在實(shí)現(xiàn)顯示功能的基礎(chǔ)上增加了觸摸控制功能。由于BF536沒(méi)有ADC外設(shè)，所以選用TI公司生產(chǎn)的觸摸屏驅(qū)動(dòng)芯片ADS7846來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸屏驅(qū)動(dòng)，ADS7846將觸摸屏信號(hào)送至BF536的SPI外設(shè)。

BF536與液晶屏的接口電路如圖2所示。

2.4 SPIFLASH

ADSP-BF536沒(méi)有片內(nèi)FLASH，需要外接FLASH芯片實(shí)現(xiàn)程序的固化和引導(dǎo)程序的存儲(chǔ)。BF536程序加載模式多達(dá)7種，本系統(tǒng)選用SPIMaster方式，即系統(tǒng)復(fù)位后，通過(guò)SPI接口從串行FLASH加載程序至RAM。FIASH芯片選用ST公司的M25P64，它是SPI接口的串行FLASH，具有64Mbit存儲(chǔ)容量，SPI時(shí)鐘頻率最高可達(dá)5OMHz。采用SPI接口的FLASH芯片面積小且與BF536接口簡(jiǎn)單，減小了電路板設(shè)計(jì)的難度，其缺點(diǎn)是采用串行傳輸機(jī)制，在傳輸數(shù)據(jù)量較大時(shí)速度較慢。

2.5 外擴(kuò)SDIM

要使液晶屏的顯示穩(wěn)定就需要對(duì)液晶屏按時(shí)序循環(huán)發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，即進(jìn)行掃屏操作。一般做法是在存儲(chǔ)器內(nèi)開(kāi)辟一定空間暫存顯示數(shù)據(jù)，然后將此空間內(nèi)的數(shù)據(jù)循環(huán)向液晶屏發(fā)送。一般微處理器片內(nèi)的RAM都很小，無(wú)法為高分辨率的LCD提供顯示數(shù)據(jù)緩存區(qū)，這就需要外擴(kuò)RAM。

相比于SRAM，SDRAM存在存取速度慢、需要對(duì)數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行刷新及控制信號(hào)復(fù)雜的缺點(diǎn)；但SDRAM容量一般較大，價(jià)格便宜。另外，ADSP—BF536片內(nèi)帶有SDRAM控制器，可以實(shí)現(xiàn)SDRAM的復(fù)雜邏輯控制，設(shè)計(jì)者只需要對(duì)該寄存器模塊正確配置后，就能像訪問(wèn)片內(nèi)RAM一樣訪問(wèn)它，故本系統(tǒng)選用Micron公司的SDRAMT48LC32M16A2作為外擴(kuò)存儲(chǔ)器完成顯示數(shù)據(jù)的暫存。該芯片具有512Mbit的存儲(chǔ)容量，最高可達(dá)133MHz的時(shí)鐘頻率。