LCD控制器驱动的24位TFT真彩屏接口设计

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lcd lq035q7db02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a06qu01[1]为例，这是一种24位的tft真彩屏，分辨率为320×240，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（data[0：7]）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。

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（data[0：15]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－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－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。

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。

4 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。