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标题: EP7212处理器的LCD控制及触摸屏接口设计 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2014-4-25 20:56 标题: EP7212处理器的LCD控制及触摸屏接口设计

摘要：介绍EP7212嵌入式处理器上LCD控制器的结构和功能;深入探讨ADS7843触摸屏接口芯片的模式选择才应用技巧;基于该系统给出一个与彩色LCD触摸屏相接的实际使用方案。
关键词：嵌入式处理器 LCD 触摸屏控制器
引言
EP7212是Cirrus Logic公司生产的单片嵌入式高集成度的处理器芯片，所有必需的接口逻辑都集成在芯片上，一个低功耗的系统方案只须增加一些存储器和外围器件就可以完成。它的处理器为ARM720T，核为ARM7TDMI CPU。时钟速率可动态编程为18 MHz、36MHz、49MHz、74MHz，其稳定处理能力达到66MIPS(百万条指令每针)(Dhrystone 2.1)，峰值处理能力达到74MIPS，近似等同于一个100MHz奔腾处理器。EP7212主要为超低功耗所设计，内核在2.5V工作电压下，功耗最大不超过90mW。通过嵌入其上的内存管理单元(MMU)，允许使用像Microsoft Windows CE或Linux等一样的高级操作系统。EP7212主要应用于PDA、GPS、手机等超低功耗和低成本场合。
随着生活中类似于PDA的手持设备的增多，彩色LCD触摸屏也越来越普及。本文除了简单介绍EP7212的特性以外，主要讨论EP7212上的LCD控制器如何驱动彩色LCD，以及触摸屏控制器的使用技巧，并且给出具体的连接图和逻辑图。

1 EP7212特性
*具有先进的音频解码/解压缩能力，支持多种音频解压缩算法，可以提供与ADCs、DACs和CODECs相连的数字音频接口(DAI)。
*内置LCD控制器，可以直接与一个单面板单色LCD接口。面板大小可编程，以16像素为增量，可置为32～1024像素的任何宽度(线长度)。视频制缓冲可最高编程到128KB(字节)。每个像素可编程为1、2或4位。
*支持EDO DRAM(仅在13MHz和18MHz下支持快速页模式)。可最高支持2条，每条256MB的DRAM。DRAM接口可编程为16或32位宽。
*存储器可以和最高6个独立的256 MB的扩展段接口，且处于可编程等状态。
*LCD控制器和通用应用可以共享片上的38 400(0x9600)字节的片上SRAM。
*所有的外部存储器和外围器件与32位数据总线和28位地址总线相连，并且使用一些控制信号。
*两个同步串行接口，支持类似于ADCs等Micro-wire或SPI外围器件。其中一个接口支持主从模式，另一个仅支持主模式。
*使用已固化的片上引导ROM，用于串行加载引导程序到系统的FLASH存储器。
*27位通用I/O(3个8位和1个3位GPIO口)，支持多路复用，以提供必要的附加功能，且支持扫描键盘矩阵。
*内置2个全双工UART(16550类型)，可支持最高位速率到115.2kb/s，拥有2个16字节的FIFO用于TX和RX，其中UART1支持调解调器控制信号。
*具有最高速率为115.2kb/s的红外数据SIR协议控制器。
*具有直流—直流转换接口(PWM)，可提供两个编程占空比(从1-in-16到15-in-16)的96kHz时钟输出，可以驱动一个直流—直流的转换器。
*拥有2个16位通用目的定时计数器。
*1个32位实时时钟(RTC)和比较器。
*1个用于与1个或2个Cirrus Logic CL-PS6700 PC卡控制器相连的接口，可支持2个PC卡插槽。
*RTC驱动专用的LED内烁引脚。
*先进的系统状态控制器和电源管理。
*具有208pin LQFP和256-Ball PBGA两种封装。
*带有ROM、图表、样码和设计库的仿真工具。
*支持全JTAG边界扫描和嵌入式ICE。

2 EP7212 LCD控制器
EP7212的LCD控制器可以提供所有必需的控制信号，以便直接与一个单面板多像素LCD接口。EP7212使用通用内存结构(UMA)存储视频帧缓冲，与内核处理器(ARM720T)一起共享主内存总线，总视频帧缓存器大小可编程最高达128KB。该面板大小可编程，可以16像素为增量，置为32～1024像素的任何宽度(线长度)。总的线数(行)由总的帧缓冲器大小除以面板宽度和颜色深度决定。控制器还可编程提供1、2或4位每像素彩色深度，支持单色灰度显示或是彩色显示。
为了支持各种颜色和灰度级，LCD控制器有2个32位调色板寄存器，被分成8个可设定地址的半字节(nibble)，共16个半字节，每个半字节被帧缓冲器中的数据寻址。当LCD控制器配置成像素点4位时，帧缓冲器中4位数据被用于代表1个像素，2个调色板寄存器中的半字节用该数据寻址，对应要显示的像素。该寻址结构被用于将帧缓冲器中的数据映射到实际的灰度值，该值提供给显示接口。当配置成4 bpp模式时，在调色板寄存器中的所有16个半字节被用于映射，这是因为每4个位可以提供16个不同的值。同理，2 bpp模式用最低的4个半字节;1 bpp模式用最低的2个半字节。
每个调色板寄存器半字节可以编程为0～15。这16个值对应16个不同的颜色深度级。当寄存器与灰度级相对应;当不匹配时，能产生一些有趣的显示模式。例如，若想去触发正常和翻转两种图像，通过简单的转换调色板寄存器中的半字节值就可以实现，这比在帧缓冲器中转换所有数据更快更容易。
LCD控制器有1个9字深的FIFO，被用作帧数据的过渡存储缓冲。DMA控制器被用于从帧缓冲内存中取显示数据并且填充到FIFO中。这样，旦LCD控制器被配置和帧缓冲数据被存储，EP7212就可以接着执行其它任务，而不必服务LCD控制器。
(1)灰度显示原理
实际上，LCD显示屏并不是设置成不同的亮度去驱动每一像素的。它对象素要么显示，要么关闭。LCD显示屏的一个常用指标是它的反应时间，反应时间指的是一个像素从显示到关闭所花费的时间，典型的是几百ms。一种调制技术被用于驱动每个像素，即用整个固定时间周期的一部分驱动每个像素。
LCD控制器内部有1个16周期计数器，用于产生16周期的间隔。当驱动像素时，它读帧缓冲数据所指的，在调色板寄存器中的半字节数据。该数据确定在16周期间隔里像素显示的次数。例如该值等于4，则该像素每隔4个时钟周期显示1 次，等于整个16周期间隔的4/16。裸眠认为该像素以最大亮度的1/4进行显示。
(2)彩色显示原理
彩色显示时，每个像素点有3个子彩色像素(红、绿、蓝)。灰度显示的技术应用到彩色显示中，每个子彩色像素有15种浓度的感觉效果。可用红、绿、蓝3种颜色的15种浓度中的一种去驱动1个像素点。如果LCD控制器编程为4 bpp模式，可支持最高15×15×15=3 375种不同的颜色;2 bpp模式时，可支持64种不同的颜色;1 bpp模式时，可支持8种不同的颜色。对于一个1/4VGA显示屏，实际像的数量等于320×400×4=921 600位或115 200字节，小于上面提到的最大帧缓冲的限制(128KB)。
另外一个显示特性是刷新率，指的是整个数据帧被重新写到显示屏的频率。如果数据写得太慢，将影响显示质量;太快则显示器的反应时间跟不上像素驱动状态的改变。大部分显示屏推荐的速率是70～80Hz。
当EP7212使用PLL时，则1个36.864MHz的时钟提供给LCD控制器。当使用1个13MHz的外部时钟时，则1个13MHz的时钟提供给LCD控制器。固定时钟源限制了像素写到显示屏的最大速率，即导致了最大刷新率的限制。
(3)LCD显示接口
LCD显示接口内置于EP7212之中，有如下信号：DD[0:3]、FRM、CL1、CL2、M。
①DD[0:3]是4条数据线。LCD控制器输出数据就意味着这些线在同一时刻输出4个像素。每条数据线的高或低对应每个像素值的高或低。
②FRM是帧同步信号。它在一帧所有的像素数据全部写出接口后触发为高，用于强迫复位线(行)计数器为0。这样显示屏将驱动下一个半字节数据到显示屏的第一行。
③CL1是行选通信号。它在一行所有的像素数据写出接口后触发为高。
④CL2是像素数据时钟。它被显示屏用于在每个像素数据的半字节定时，它的周期是实际像素速率的1/4。当CL1触发时，CL2置低。
⑤M是交流偏压信号。M的值由所使用的显示屏确定，可从显示屏的数字手册中得到。
(4)彩色显示接口
图1是EP7212LCD控制器与夏普LM057QC1T03 1/4VGA彩色非触屏LCD显示模块的接口连接逻辑图(如是触摸屏可加后面所述的触摸屏转换接口)。该显示屏是8位数据接口。该逻辑的主要目的是将4位接口转换成8位，对应2个半字节。该逻辑不影响LCD控制寄存器的编程，并且有同样的刷新率和像素彩色深度。图1的左边是LCD控制器的所有信号，右边与显示屏相连。由于EP7212要输出2组数据，为了支持8位数据，时钟必须是原来速率的一半，这意味着CL2必须减半。通过用D触发器，CL2作为输入时钟，则在它的Q端就变成输入时钟的1/2。CL1直接连接到显示屏，它也被用于复位D触发器，使Q端在开始时为低。用74LCX174寄存器存储8位数据的低4位。当高4位来到时2个半字节一起提供给显示屏，LCD_EN可用1根EP7212的通和I/O引脚控制。
表1为部分兼容的显示屏。
表1 部分LCD显示模块
Sharp LM057QC1T018bit,6.1',320×240,彩色，非触屏
Sharp LM057QC1T038bit,6.1',320×240,Color Transmissive,CCTF背光，触屏
Sharp LM038QC1R108bit,3.8',320×240，Clolor Reflective,无背光，非触屏
Sharp LM038QC1S108bit,3.8',320×240,Clolor Transflective,背光，非触屏
Sharp LM038QC1TS108bit,3.8',320×240,Color Transflective,背光，触屏

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