LCD控制器驱动的24位TFT真彩屏驱动电路设计

LCD控制器驱动的24位TFT真彩屏接口设计2006-07-18 15:06:05 作者：彭良智王晓春 高波 来源：单片机及嵌入式系统应用关键字：偏置控制器时钟引言在嵌入式设计中常常会使用LCD屏，现在常用的屏大部分都是高性能的。因为LCD屏的生 产厂商很多，标准也不统一，LCD屏往往不能与LCD控制器无粘合连接，所以在使用LCD 屏时，厂家还会推荐使用其专为 LCD 屏是设计的时序芯片，例如， Sharp 的 LCDLQ035Q7DB02配套的控制器为LZ9FC22；日本的LCD屏是16位色的，本身价格很高， 控制器成本也非常高，性能却不见得好，采用高性能的24位真彩色屏是比较理想的，但接 口逻辑需要重新设计。1 RGB565 RGB888 的转换 以友达光电AUO生产的A06QU011为例，这是一种24位的TFT真彩屏，分辨率为 320x240，每个象素由RGB888表示，其控制时序如图1所示，LCD要求的时序由帧同步（VSYNC）、行同步（HSYSNC）、比特时钟（DCLK）及数据（Data0： 7）构成， 帧同步和行同步指示每一帧和每一行的开始。A06QU01每帧240行，每行320个象素， 每个像素由依次产生的8b红、8b绿、8b蓝（R1, G2，B3，R4，G5, B6）构成，所 以称为 RGB888。pclk pdJtLi pclkiju!s?pclk厂厂TiiJ!(AIFJX畑 XJ输出:lawLTirLTunjuT 24bS1DO触iniuuiwuuMmjuinnmwumju曲3 *1甲 丫 7A3阴5n口口圈 1RGB565-RGD888 转换以PXA25X为代表的嵌入式处理器拥有一个LCD控制器，可以将这个控制器配置为最高 16位的TFT LCD屏控制器，其控制时序如图1所示,LCD要求的时序由帧同步（VSYNC）、行同步（HSYSNC）、点时钟（PCLK）及数据（Data0： 15构成，帧同步和行同步指示 每一帧和每一行的开始。对于A06QU01，每帧将有240行，每行有320个像素，每个像 素由5b红、6b绿、5b蓝构成16位数据，称为RGB565。将 RGB565 转换为 RGB888 要解决 2 个问题：1）比特时钟3倍频。LCD控制器每一个像素用一个时钟1次送出16b数据，而LCD屏 每个像素需要3个时钟，每次获得8b。这样就需要产生1个3倍于点时钟PCLK的时钟。2）16b到24b数据分解。在LCD控制器送出16b数据时，需要缓存，并分解出RGB信号分别送出，5b红、6b绿、5b蓝构成16位数据可以采用补0的方法，构成8b红、8b 绿、8b蓝。数据高位补0时色彩较柔和，低位补0时彩色较艳丽。通常情况下，使用模拟锁相环技术可以实现均匀倍频，在这个设计中，3倍频时钟与RGB 数据必须同步，否则会出现颜色错位；同时锁相环还需要数据分解电路配合使用，这样一个 数字和模拟混合的电路会增加成本，因而特别设计使用了数字电路实现非均匀 3 倍频。具 体方案是：使用一个大于6小于7倍的LCD屏比特时钟作为CPLD的主控制时钟，LCD 屏的时钟频率约为7M赫兹，所以选择CPLD的主控制时钟频率为48M赫兹。如图1所示, pclk为控制器输出的点时钟，pdata为RBG565数据，pclkout和pdataout是送往LCD 的信号，x7pclk为CPLD的定时时钟，在pclk上升沿将pdata存入缓冲器pdatabuf， 并将内部状态位 datavalid 置位，在 x7pclk 的上升沿，如果检测到 datavalid 为高，则使 pclkout为低，将缓冲器中的数据取出高5位红色信号，补零后送到pdataout，并将 datavalid 置为低，在下一个 x7pclk 的上升沿将 pclkout 置高， 8b 数据送出到 LCD 屏。 使用这种方法依次将绿色及蓝色信号送出，在蓝色信号送出后，保持pclkout为高，直到 下一个datavalid为高，进入下一次转换，从图1中可以看出，数字3倍频信号pclkout 不是均匀的，蓝色数据时钟的占空比不是 50。根据 LCD 屏数据手册的要求， pclkout 的占空比变化容许的范围是40%60%，因而只要调整好x7pclk的时钟频率，还是比较 容易产生符合占空比要求的pclkout时钟的，LCD屏正常工作还需要帧同步（VSYNC）和 行同步（HSYSNC）信号，这些信号可以由软件驱动程序编程产生。2 LCD背光及LCD偏置的电源产生器LCD屏需要特殊的供电，用于背景照明和LCD偏置，现在使用的小尺寸LCD大多数使用 LED作为背光，以及一10V的偏置电压，本设计使用的LCD屏是2路各4个白光LED串 联，每路需要的供电电压约为10V，电流为20mA。LCD偏置电压为一10V，电流为3 5mA。这些电源利用LCD控制器内部的电源控制器实现。如图2所示，由L1、V1构成升 压型DC DC转换器，L1为高频功率电感，V1为高频小功率开关晶体管。C4和R1构成 的微分电路可以提高V1的导通和关闭速度，有利于提高电源效率，V1由脉冲宽度调制信 号控制，在导通期间使用L1存储能量，在关闭时电感向负载释放能量，这样V1的集电极 上生成高压脉冲信号，这个信号经过D1、C3和C6整流滤波后得到用于LED供电正电压, 同样经过C2隔直流后再整流滤波得到用于LCD偏置的负电压，注意，电容C7是正端接 地的。LED电流限制使用图3所示的电路，V3和V4为LED驱动管，V2为电流采样管， V2、V3、V4是3个型号相同的晶体管。这3个晶体管的基级相连，因而基极电压相等。 因为型号相同，所以基极到发射极电压近似相等，于是， R3、 R6、 R7 上的压降近似相等，这样R3、R4上的电流被转换为R2上的反馈电压。控制器根据反馈电压自动调整图2中 的PWM控制信号的占空比，从而改变输出LED供电电压，使反馈电压稳定在0.6V,通过 LED的电流稳定在22mA ，LCD偏置电压大约稳定在-10V。砂IltC5 厂2即FC4HlISOOpF0I.C21LEDldiHJtCfVI FMMTlSBAV93.3V T22F 25V3背光靈动电LCDftjK电源产生器Lrn_ci.EB5LCD_GLED2K2*|R4卄IOQULCT LEDFMMI6I80.6VLCD FB if1 V2FMMT6ISV4FMMTftlSriRtLED背光电谎嚴制3 数字倍频及数据分解实现RGB565 -RGB888 转换器用XC9536 实现，如图4所示，来自LCD控制器的信号为：16b数据L_DD0.15、同步信号L_FCLK及L_LCLK、点时钟信号L_PCLK，输出到LCD屏的信号为：8b数据信号LCD_D0.7、同步信号LCD_VSYNC及LCD_HSYNC 、时钟信号LCD_DCLK 。X7CLK来自于48M赫兹的晶体振荡器，使用Verilog HDL开发。如 果连接无误，则上电后加载带有TFT屏驱动的嵌入式Linux内核，一般在LCD屏左上角能 看到企鹅图案，如果实际显示的图案位置和色彩不正确，则需要根据实际看到的图像调整 LCD 控制寄存器中的时序设置，实现正确的显示。r.J7PTf LDD1J XJ IJDI2Q-jPii 7 l _PPIOQrnn- l bSJS xTTO L DML_nP5 . DIM slpp3l._DDLIOIICrOCKI炉IC-ticK-i103EOGCK.?lotJOvGTSl)05IO/GTS2JOhIOGSK107108IO*lOinIOH1012IOUIOi5IOLATCKIflll 1TMSIQCHID1019TIM)IOZO蚀肢匸茁1023VCCTKTVCCJO1025Q2fCND1027CND102 K D3 8LC E DJ 39LCD- D5 Mten- TW ilLCD- PJ 42I. FCT.K .亞4片12S4 总结由于接口标准不统一、将一个新型号的LCD屏接到嵌入式处理器比较困难，需要认真分析 LCD控制器及LCD屏的时序和驱动方式，使用低价可编程逻辑电路，可以实现接口的时序 转换， LCD 屏需要的背光电源及偏置电源可以按本文所述方法，利用 LCD 屏内部集成的电 源控制器实现，也可以通过外接专用的LCD背光电源和LCD偏置实现。