浅谈SPCE3200的彩色液晶显示系统设计

1 引言

本文介绍了凌阳公司的嵌入式32位多媒体微处理器SPCE3200与Sharp公司的LQ057Q3DC02彩色TFT LCD的软硬件接口。由于SPCE3200内置LCD控制器，故硬件电路简单，两者可直接相连。

2 器件简介

2.1 多媒体微处理器SPCE3200

多媒体微处理器SPCE3200以凌阳公司开发的S+core7为内核，内置MPEG4硬件编解码模块和多种多媒体功能模块。S+core7内核是采用凌阳指令集架构（Sunplus ISA）的32位RISC处理器，支持32位／16位混合指令模式和并行条件执行。S+core7内核采用AMBA总线，为SOC集成扩展协处理器和用户接口提供了灵活性。S+core7使用SJTAG技术使测试和调试程序更加有效。SPCE3200采用256引脚PLCC256封装，其内部包含S+core7处理器CPU，符合AMBA标准的与片内高效能模块相连的AHB总线，连接片内其他低速外设的APB总线，AHB到APB的桥控制器和DMA控制器。其中，挂接在高性能AHB总线上的外设模块包括：CMOS图像传感器接口模块（CSI）、MPEG4／JPEG编解码模块、LCD控制器模块、TV编码模块、2通道16位高速D／A转换器、片内8 KB RAM（LDM），片内32 KBROM、存储器接口控制单元。挂接在APB总线上的模块包括：GPIO控制器模块、SPI串行总线控制器、SIO串行总线控制器、I2C串行总线控制器、I2S主／从控制器、UART控制器、USB主／从控制器、看门狗模块、SD卡控制器、NAND型Flash控制器以及9通道12位A／D转换器。

内置于SPCE3200的LCD控制器接口支持TFT型LCD显示屏与STN LCD显示屏连接。为了节省硬件资源，SPCE3200的STN型LCD控制器接口引脚与TFT型LCD控制器接口引脚共用，使用时需要设置相关寄存器以选择LCD控制器的工作模式。当控制器选择TFT LCD工作模式时，接口可支持对多种输入格式的TFT型LCD显示屏的控制，如串行RGB格式、串行RGBDm格式、并行RGB格式、CCIR-601／CCIR-656格式，且支持多种时钟频率。SPCE3200的TFT控制器相关I／O引脚：LCD CLK（时钟信号）、LCD_ACT（数据使能信号）、LCD VS（垂直同步信号）、LCD_HS（水平同步信号）、LCD—DATA[15：0]（数据信号）。TFT LCD控制器共有32个寄存器，通过对这32个寄存器参数的设置，即可完成同步信号以及数据格式的设置，满足各种规格的TFT LCD屏要求。

2.2 TFT LCD LQ057Q3DC02

LQ057Q3DC02为SHARP公司的5.7英寸320×240彩色TFT LCD。每个像素由R、G、B子像素构成，每个子像素有6位灰度，即每个像素共有18位色，可达到262 144种颜色的真彩效果。采用阴极射线管（CCFT）透射式背光，亮度高达50 Cd／m2：响应时间低于30 ms，可实现无拖影显示动态图像：采用数字接口数据总线，便于驱动控制。LQ05703DC02内部结构如图1所示，驱动一块液晶显示屏需要2种驱动器：数据驱动器和行扫描驱动器。数据驱动器负责3色数据信号的接收、采样和保持，经D／A转换的输出实际驱动信号；扫描信号驱动器产生逐行扫描信号，从而实现对LCD显示像素的寻址。控制TFT-LCD驱动器需4种信号：数据移位时钟（CLK）、行同步时钟（Hsync）、帧同步时钟（Vsync）以及数据信号（DATE）。图像数据在时钟同步信号的作用下通过18位并行数据总线（RO～R5，GO～G5，B0～B5）。写入数据采样保持器，转化为灰度信号后存入每个像素的TFT，使其正常显示。

3 系统硬件设计

彩色液晶显示系统结构如图2所示。由于TFTLCD LQ057Q3DC02含有行驱动电路及数据驱动，可直接与多媒体处理器SPCE3200的LCD控制器接口相连。由图2可以看出，SPCE3200通过其内部的NAND FLASH控制器将外部的Flash内存储的图像数据送入MPEG4／JPEG硬件编解码模块进行解码，然后存储到缓冲器DRAM。LCD控制器用于产生驱动LCD所需的数据移位时钟、帧同步时钟与行同步时钟，并在该时钟触发下传输缓冲器中的图像数据至LCD显示。LCD投影机按内部液晶板的片数可分为单片式和三片式两种，现代液晶投影机大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影机是用红、绿、蓝三块液晶板分别作为红、绿、蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组后会聚到分色镜组，红色光首先被分离出来，投射到红色液晶板上，液晶板“记录”下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上，形成图像中的绿色光信息，同样蓝色光经蓝色液晶板后生成图像中的蓝色光信息，三种颜色的光在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。三片式LCD投影机比单片式LCD投影机具有更高的图像质量和更高的亮度。LCD投影机体积较小、重量较轻，制造工艺较简单，亮度和对比度较高，分辨率适中，现在LCD投影机占有的市场份额约占总体市场份额的70%以上，是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。

LQ057Q3DC02与SPCE3200的硬件电路连接如图3，LQ057Q3DC02共有18根数据线，R、G、B3色各占6根，而SPCE3200的LCD控制器接口只有16根数据线，输出RGB565格式图像数据。因此连接时应将SPCE3200的LCD控制器的LCD_D[0：4]端口与LQ057Q3DC02的LCD的B[1：5]端口相连，BO端口接地；LCD控制器的LCD D[5：10]端口与LCD的G[0：5]端口相连；LCD控制器的LCD_D[11：15]端口与LCD的R[1：5]端口相连，R0端口接地。LCD控制器将产生的时钟信号、数据使能信号、垂直同步信号、水平同步信号分别通过LCD_CLK、LCD_ACT、LCD_VS、LCD_HS引脚传输至LCD模块，使得LCD在该时钟的触发下正常显示图像。拉低LQ057Q3DC202的V／Q引脚电平选择QVGA显示模式。通过水平显示模式选择信号（R／L）引脚和垂直显示模式选择信号（U／D）引脚设定TFT-LCD的显示方向。拉低R／L，拉高U／D，选择正向左序显示方向。OV7620与SPCE3200的硬件连接如图4所示，OV7620的Y通道端口与SPCE3200的CSI数据端口相连接，而OV7620的像素时钟、场同步信号、水平同步信号，分别通过端口PCK，VSYNC，HREF传人SPCE3200的CSI_CKI，CSI_VS，CSI_HS端口，SPCE3200在该同步信号的帮助下将图像数据出入相应的缓存区。OV7620具有1个标准的I2C总线接口，通过该接口能控制OV7620的各种工作状态、工作方式、数据输出格式和读取内部状态信息。但通过该端口控制OV7620时，端口SBB必须接高电平。SPCE3200也有一个标准的硬件I2C，可以方便地与带有I2C总线的芯片通信。故可以将OV7620的SIC_0与SIC_1端口与SPCE3200的I2C DATA和I2C_CLK端口相连接，通过SPCE3200控制OV7620工作状态、工作方式、数据输出格式等。I2C_CLK输出时钟信号，I2CDATA在时钟信号的触发下将控制命令传输给OV7620。当SPCE3200作为I2C总线的主机时，在SPCE3200的I2C CLK和I2C DATA接人总线时需要各自接一个1～10 kΩ的上拉电阻。SPCE3200内置MPEG 4／JPEG硬件编解码模块将缓冲区内的数据进行压缩编码，再利用内置NAND FLASH控制器将压缩后的数据保存在外部的FLASH中。

图4为SPCE3200的NAND Flash控制器端口与外部Flash的硬件电路连接图。由图4可以看出外部Flash的8位I／O端口与SPCE3200的NF_D端口相连，用于命令、地址、数据的传输。外部Flash的读忙端口R／B与SPCE3200的就绪输入端口NF_RDY相连，该端口输出低电平时表明正在进行写入、擦除或随机读操作，当操作完成后，输出高电平，通知SPCE3200准备下一次读写操作。Flash的读使能端口RE与SPCE3200的NF_REN端口相连，低电平有效。Flash的使能端口CE与SPCE3200的片选端口NF_CEN相连接，低电平有效。Flash的命令锁存控制端口CLE与SPCE3200的端口NF_CLE相连，当CLE为高电平时，I／O端口在WE的上升沿锁存指令至寄存器。Flash的地址锁存控制端口ALE与SPCE3200的端口NF_ALE相连，当ALE为高电平时，I／O端口在WE的上升沿锁存地址至指令寄存器。Flash的写使能端口WE与SPCE3200的NF_WEN相连，指令、地址和数据都在WE的上升沿被锁存。Flash的写保护端口WP与SPCE3200的NF_WP相连，可在电源波动情况下，对器件的写入或擦除提供写保护功能。FLASH的8位I／O端口与SPCE3200的NF_D端口相连接，用于命令、地址、数据的传输。FLASH的读忙端口R／B与SPCE3200的就绪输入端口NF_RDY相连，该端口输出低电平时表明某个写入、擦除或随机读操作正在进行，当这个操作完成后，输出高电平状态，通知SPCE3200准备下一次读写操作。FLASH的读使能端口RE与SPCE3200的NF_REN端口相连接，低电平有效。

4 系统软件设计

SPCE3200相应端口控制器的寄存器参数设置是由系统软件实现的。参数设置后，LQ057Q3DC02在SPCE3200的LCD控制器提供的时钟信号、数据使能信号、垂直同步信号、水平同步信号将显示缓冲区内的图像数据传输至LCD屏显示。SPCE3200内置MPEG4／JPEG硬件编解码模块将图像编码数据从Flash中取出，解码后送显示缓冲区。图5为系统软件设计流程图。

在使用NAND型Flash控制器之前，必须初始化。NAND型Flash控制器的初始化比较简单，只需要设置3个寄存器用于选择对应引脚作为NAND型Flash接口使用、使能NAND型Flash控制器模块时钟、设置中断。SPCE3200内置的CMOS传感器接口（CSI）可方便地与CMOS传感器连接，并在内部控制器的控制下接收CMOS传感器发出的时钟和数据，并将图像数据传送到DRAM中。其他所有与显示有关的模块，如TV，LCD或JPEG模块均可以访问到该数据并输出此数据进行显示，或将其与其他数据混合而产生显示数据。SPCE3200的CSI模块的结构如图3所示。SPCE3200的CSI模块在时钟脉冲的触发下将CMOS传感器所捕获的图像信息数据传送到数据处理单元，进行数据的接收、处理、然后将处理后的数据传送到指定的BUFFER中。

5 结束语

本文介绍了一种新的彩色液晶显示系统，结构简单，耗电量低，使用方便。该系统利用凌阳公司的嵌入式32位多媒体微处理器SPCE3200作为主控制器。采用Sharp公司的LQ057O3DC02彩色液晶显示模块作为图像显示器，由于SPCE3200含有LCD控制器模块可直接与LQ05703DC02相连，且SPC2E3200还含有NAND Flash控制器接口，可直接与Flash相连，故硬件电路简单。本彩晶显示器系统可用于便携式电子产品和电子消费类产品的开发。