基于嵌入式系統(tǒng)的彩色液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制

隨著液晶技術(shù)的提高、高性能嵌入式處理器的推出及其硬件成本的不斷降低，彩色LCD在各嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。TFT-LCD是一種廣泛應(yīng)用于電視、筆記本電腦、監(jiān)視器、手機(jī)等各個(gè)方面的有源矩陣液晶顯示器件。與無(wú)源的簡(jiǎn)單矩陣不同，其顯示屏的每個(gè)像素點(diǎn)上都制作了一個(gè)有源薄膜場(chǎng)效應(yīng)管 TFT，通過(guò)對(duì)TFT的通斷控制而實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD的信號(hào)寫入與顯示控制，可有效克服LCD顯示時(shí)的串?dāng)_，顯著提高圖像質(zhì)量。LCD離不開驅(qū)動(dòng)控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常是由專用LCD控制器、微控制器及其相應(yīng)軟件構(gòu)成的。PXA270中集成了一個(gè)LCD控制模塊，在嵌入式系統(tǒng)中將PXA270與LCD結(jié)合將使系統(tǒng)的更加優(yōu)化。本文分析了LCD的驅(qū)動(dòng)控制原理，并以基于PXA270的開發(fā)裝置XSBase270和Linux操作系統(tǒng)為平臺(tái)，通過(guò)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TFT-LCD的良好驅(qū)動(dòng)控制。

1 TFT-LCD工作原理及等效

1.1 TFT-LCD彩色顯示的基本原理

TFT-LCD是一種廣泛應(yīng)用于電視、筆記本電腦、監(jiān)視器、手機(jī)等各個(gè)方面的有源矩陣液晶顯示器件。彩色液晶顯示器件分單色和多色（全彩色）兩種，在全彩色的實(shí)現(xiàn)方式中技術(shù)成熟的是“微彩色膜”方式。TFT-LCD彩色顯示原理如圖1所示。它將點(diǎn)陣像素分割成紅、綠、藍(lán)3個(gè)子像素，并在其對(duì)應(yīng)位置的器件內(nèi)表面設(shè)置R、G、B三個(gè)微型濾色膜，此時(shí)液晶顯示器件僅僅作為一個(gè)光閥，控制每個(gè)子像素光閥，就可以控制濾色膜透過(guò)光的通斷，控制光閥的灰度等級(jí)，就可能控制相應(yīng)濾色膜透過(guò)光的多少，利用R、G、B三個(gè)子像素透過(guò)的不同光量，便可以混合加色實(shí)現(xiàn)極為豐富的彩色。如果R、G、B三個(gè)子像素均可實(shí)現(xiàn)人眼對(duì)灰度的分辨能力64級(jí)灰度驅(qū)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)有64*64*64約26萬(wàn)種彩色的“真彩色”。

1.2 TFT-LCD顯示單元的等效

TFT-LCD每個(gè)像素從結(jié)構(gòu)上可以看作像素電極和共同電極之間夾一層液晶，顯示單元等效電路如圖2所示。當(dāng)薄膜場(chǎng)效應(yīng)管TFT的柵極G與源極S未被選通時(shí)，TFT處于截止態(tài)，此時(shí)Roff的值達(dá)3.3×l011Ω，近似絕緣，故液晶像素上不能施加上電壓，不能顯示。當(dāng)掃描線柵極G被選通，尋址線源極S也被同步選通時(shí)，TFT被打開，此時(shí)Ron僅1.4×106Ω左右，顯示像素被信號(hào)寫入。TFT的通斷比大于106 ，可以滿足液晶像素對(duì)通斷比的要求,與無(wú)源的TN-LCD、STN-LCD的簡(jiǎn)單矩陣相比，可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_。寫入的信息電壓由于補(bǔ)償電容CS和像素本身電容CLC的作用，在撤銷寫入后會(huì)自行保持一段時(shí)間。

2 PXA270及其嵌入式LCD控制器

Intel公司32位的嵌入式微處理器PXA270采用ARM構(gòu)架、RISC技術(shù)和XScal核心的嵌入式微處理器，采用多級(jí)超級(jí)流水線，頻率最高為624 MHz，低功耗、高性能，集成了眾多的諸如LCD、脈寬調(diào)制、音頻、紅外、串口、多媒體無(wú)線通信等外設(shè)功能控制器與接口，廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)之中[1]。

LCD的寄存器組主要有LCCR0、LCCRl、LCCR2和LCCR3等：LCCR0用于配置彩色/單色、單屏/雙屏、被動(dòng)/主動(dòng)顯示選擇等控制；LCCRl用于配置水平方向的掃描，如每行像點(diǎn)數(shù)PPL、水平同步時(shí)鐘寬度HSW、行結(jié)束像點(diǎn)時(shí)鐘等待計(jì)數(shù)ELW、行開始信號(hào)時(shí)鐘等待計(jì)數(shù)BLW 等；LCCR2用于配置垂直方向的掃描，如每屏行數(shù)LPP、垂直同步脈沖寬度VSW、幀結(jié)束行時(shí)鐘等待計(jì)數(shù)EFW、幀開始時(shí)鐘等待計(jì)數(shù)BFW 等；LCCR3用于配置像素時(shí)鐘頻率以及各種同步脈沖的極性，如像素時(shí)鐘分頻參數(shù)PCD、每像素的位數(shù)BPP等。在DMA控制器被初始化后，輸入FIFO 就會(huì)向DMA控制器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，后者即從Frame Buffer里提取數(shù)據(jù)到輸入FIFO。當(dāng)輸入像素?cái)?shù)據(jù)編碼位數(shù)小于16時(shí)，需將其轉(zhuǎn)換為16位顏色編碼經(jīng)調(diào)色板輸出，等于16位時(shí)則繞開調(diào)色板直接到輸出FIFO。