EduKitII2410 Users Manual.docx
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EduKitII2410UsersManual
第五章人机接口实验
5.1液晶显示实验
5.1.1实验目的
初步掌握液晶屏的使用及其电路设计方法。
掌握S3C2410X处理器的LCD控制器的使用。
通过实验掌握液晶显示文本及图形的方法与程序设计。
5.1.2实验设备
硬件:
EmbestEduKitII实验平台,EmbestARM标准/增强型仿真器套件,PC
机。
软件:
EmbestIDEPro2004集成开发环境,Windows98/2000/NT/XP。
5.1.3实验内容
通过使用EmbestEduKitII实验板的256色彩色液晶屏(320x240)进行电路设计,
掌握液晶屏作为人机接口界面的设计方法,并编写程序实现:
画出多个矩形框
显示ASCII字符
显示汉字字符
显示彩色位图
5.1.4实验原理
1.液晶显示屏(LCD)
液晶屏(LCD:
LiquidCrystalDisplay)主要用于显示文本及图形信息。
液晶显示屏
具有轻薄、体积小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定不闪烁等特点,因
此在许多电子应用系统中,常使用液晶屏作为人机界面。
主要类型及性能参数
液晶显示屏按显示原理分为STN和TFT两种:
STN(SuperTwistedNematic,超扭曲向列)液晶屏
STN液晶显示器与液晶材料、光线的干涉现象有关,因此显示的色调以淡绿色与橘
色为主。
STN液晶显示器中,使用X、Y轴交叉的单纯电极驱动方式,即X、Y轴由垂
直与水平方向的驱动电极构成,水平方向驱动电压控制显示部分为亮或暗,垂直方向的
-232-
电极则负责驱动液晶分子的显示。
STN液晶显示屏加上彩色滤光片,并将单色显示矩
阵中的每一像素分成三个子像素,分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色,也可以
显示出色彩。
单色液晶屏及灰度液晶屏都是STN液晶屏。
TFT(ThinFilmTransistor,薄膜晶体管)彩色液晶屏
随着液晶显示技术的不断发展和进步,TFT液晶显示屏被广泛用于制作成电脑中的液
晶显示设备。
TFT液晶显示屏既可在笔记本电脑上应用(现在大多数笔记本电脑都使用TFT
显示屏),也常用于主流台式显示器。
使用液晶显示屏时,主要考虑的参数有外形尺寸、分辨率、点宽、色彩模式等。
以下是
EmbestEduKitII实验板所选用的液晶屏(LRH9J515XASTN/BW)主要参数:
表5-1-1
LRH9J515XASTN/BW液晶屏主要技术参数
可视屏幕的尺寸及参数示意如图5-1-1所示:
图5-1-1液晶屏参数示意图
液晶屏外形如图5-1-2所示:
-233-
型号
LRH9J515XA
外形尺寸
93.8×75.1×5mm
重量
45g
像素
320×240
画面尺寸
9.6cm(3.8inch)
色彩
16级灰度
电压
21.5V(25℃)
点宽
0.24mm/dot
附加
带驱动逻辑
图5-1-2LRH9J515XASTN/BW液晶屏外形
驱动与显示
液晶屏的显示要求设计专门的驱动与显示控制电路。
驱动电路包括提供液晶屏的驱动电
源和液晶分子偏置电压,以及液晶显示屏的驱动逻辑;显示控制部分可由专门的硬件电路组
成,也可以采用集成电路(IC)模块,比如EPSON的视频驱动器等;还可以使用处理器
外围LCD控制模块。
实验板的驱动与显示系统包括S3C2410X片内外设LCD控制器、液
晶显示屏的驱动逻辑以及外围驱动电路。
2.S3C2410XLCD控制器
LCD控制器特点
S3C2410X处理器集成了LCD控制器,主要功能是S3C2410XLCD控制器用于传
输显示数据和产生控制信号。
它并支持屏幕水平和垂直滚动显示。
数据的传送采用DMA(直
接内存访问)方式,以达到最小的延迟。
它可以支持多种液晶屏:
STNLCD:
-234-
-支持3种类型的扫描方式:
4位单扫描,4位双扫描和8位单扫描
-支持单色,4级灰度和16级灰度显示
-支持256色和4096色彩色STNLCD
-支持多种屏幕大小
典型的实际屏幕大小是:
640×480,320×240,160×160和其它
最大虚拟屏幕占内存大小为4M字节
256色模式下最大虚拟屏幕大小:
4096×1024,2048×2048,1024×4096和其它
TFTLCD:
-支持1,2,4或8bpp彩色调色显示
-支持16bpp和24bpp非调色真彩显示
-在24bpp模式下,最多支持16M种颜色
-支持多种屏幕大小
典型的实际屏幕大小是:
640×480,320×240,160×160和其它
最大虚拟屏幕占内存大小为4M字节
64K色模式下最大虚拟屏幕大小:
2048×1024和其它
LCD控制器内部结构
LCD控制器主要提供液晶屏显示数据的传送、时钟和各种信号的产生与控制功能。
S3C2410X处理器的LCD控制器主要部分框图如图5-3所示:
图5-1-3LCD控制器框图
S3C2410XLCD控制器用于传输显示数据和产生控制信号,例如VFRAME,VLINE,
VCLK,VM等等。
除了控制信号之外,S3C2410X还提供数据端口供显示数据传输,也就
是VD[23:
0]。
如图….所示。
LCD控制器包含REGBANK,LCDCDMA,VIDPRCS,
TIMEGEN和LPC3600等控制模块。
REGBANK中有17个可编程的寄存器组和256X16
调色板内存用于配置LCD控制器。
LCDCDMA是一个专用的DMA,它负责自动的将帧缓
-235-
冲区中的显示数据发往LCD驱动器。
通过特定的DMA,显示数据可以不需要CPU的干涉,
自动的发送到屏幕上。
VIDPRCS将LCDCDMA发送过来的数据变换为合适的格式(例如
4/8位单扫描或4位双扫描显示模式)之后通过VD[23:
0]发送到LCD驱动器。
TMIEGEN
包含可编程逻辑用于支持不同LCD驱动器对时序以及速率的需求。
VFRAME,VLINE,
VCLK,VM等控制信号由TIMEGEN产生。
在LCD控制起的33个输出接口中有24个用
户数据输出,9个用于控制。
如下表所示。
表5-1-2S3C2410XLCD控制器输出接口说明
注]
-236-
寄存器名
内存地址
读写
说明
复位值
LCDCON1
0X4D000000
R/W
LCD控制寄存器1
0x00000000
LCDCON2
0X4D000004
R/W
LCD控制寄存器2
0x00000000
LCDCON3
0X4D000008
R/W
LCD控制寄存器3
0x00000000
LCDCON4
0X4D00000C
R/W
LCD控制寄存器4
0x00000000
LCDCON5
0X4D000010
R/W
LCD控制寄存器5
0x00000000
LCDSADDR1
0X4D000014
R/W
STN/TFT:
高位帧缓存地址寄存器1
0x00000000
LCDSADDR2
0X4D000018
R/W
STN/TFT:
低位帧缓存地址寄存器2
0x00000000
LCDSADDR3
0X4D00001C
R/W
STN/TFT:
虚屏地址寄存器
0x00000000
REDLUT
0X4D000020
R/W
STN:
红色定义寄存器
0x00000000
GREENLUT
0X4D000024
R/W
STN:
绿色定义寄存器
0x00000000
BLUELUT
0X4D000028
R/W
STN:
蓝色定义寄存器
0x0000
输出接口信号
描述
VFRAME/VSYNC/STV
帧同步信号(STN)/垂直同步信号(TFT)/SECTFT信号
VLINE/HSYNC/CPV
行同步信号(STN)/水平同步信号(TFT)/SECTFT信号
VCLK/LCD_HCLK
时钟信号(STN/TFT)/SECTFT信号
VD[23:
0]
LCD显示数据输出端口(STN/TFT/SECTFT)
VM/VDEN/TP
交流控制信号(STN)/数据使能信号(TFT)/SECTFT信号
LEND/STH
行结束信号(TFT)/SECTFT信号
LCD_PWREN
LCD电源使能
LCDVF0
SECTFT信号OE
LCDVF1
SECTFT信号REV
LCDVF2
SECTFT信号REVB
表5-1-3LCD控制器寄存器列表[
注:
1.以下实验说明中只是简单地介绍控制寄存器的含义,详细使用请参考S3C2410X处理器数据手册。
2.地址从0x14A0002C到0x14A00048禁止使用,因为这个区域用作测试用保留地址。
S3C2410X能够支持STNLCD和TFTLCD,这两种LCD屏在显示的时候有很大的
差别,而且所涉及到的寄存器也会不同。
EmbestEduKitII实验平台采用的是STNLCD,
下面对STNLCD的显示过程进行详细的介绍。
STNLCD显示
(1)LCD控制器时间相关参数设定
TIMEGEN产生LCD驱动器所需要的控制信号,例如VFRAME,VLINE,VCLK和
VM。
这些控制信号又和REGBANK中的寄存器LCDCON1/2/3/4/5的设置密切相关。
可
以对REGBANK中的这些寄存器进行设置以产生适合于不同种类LCD驱动器的控制信号。
VFRAME脉冲是LCD的帧控制信号,它在每一帧的整个第一行期间有效。
其作用是将
LCD扫描线每一屏显示的头部。
VM交流控制电压信号用于控制像素的亮和灭。
VM信号的频率取决于LCDCON1寄存
器的MMODE位和LCDCON4寄存器的MVAL域。
如果MMODE位为0,则VM信号就
在每一帧切换一次;如果MMODE位为1,则VM信号的切换位置由MVAL[7:
0],即
LCDCON4[15:
8]的值来决定。
具体的公式为:
VM速率=VLINE速率/(2×MVAL)
VMRate=VLINERate/(2×MVAL)
VFRAME和VLINE脉冲的产生依赖于对LCDCON2/3寄存器中HOZVAL域和
LINEVAL域的配置,HOZVAL和LIINEVAL可以由LCD的大小和显示模式根据如下公式
来确定:
HOZVAL=(水平尺寸/VD数据位))
在彩色模式下:
水平尺寸=3×水平像素点数
在4位单扫描模式和4位双扫描模式下,VD数据位均为4,而在8位单扫描模式下
-237-
DITHMODE
0X4D00004C
R/W
STN:
抖动模式寄存器
0x00000
TPAL
0X4D000050
R/W
TFT:
临时调色板寄存器
0x00000000
LCDINTPND
0X4D000054
R/W
指示LCD中断pending寄存器
0x0
LCDSRCPND
0X4D000058
R/W
指示LCD中断源pending寄存器
0x0
LCDINTMSK
0X4D00005C
R/W
中断屏蔽寄存器(屏蔽哪个中断源)
0x3
LPCSEL
0X4D000060
R/W
LPC3600模式控制寄存器
0x4
VD数据位为8。
LINEVAL=垂直尺寸–1
:
单扫描模式
LINEVAL=(垂直尺寸/2)-1:
双扫描模式
VCLK取决于LCDCON1中CLKVAL域(LCDCON1[17:
8])的配置,CLKVAL最小
值为2。
VCLK(Hz)=HCLK/(CLKVALx2)
帧速率取决于VFARME的信号频率。
帧速率和LCDCON1/2/3/4寄存器中的域
WLH[1:
0](VLINE脉冲宽度),WDLY[1:
0](VLINE脉冲之后延迟宽度),HOZVAL,
LINEBLANK和LINEVAL以及VCLK,HCLK有密切关系。
多数LCD驱动器都需要按照
下面的方法设置适当的帧速率。
帧速率(Hz)=1/[{(1/VCLK)×(HOZVAL+1)+(1/HCLK)×
(A+B+(LINEBLANK×8))}×(LINEVAL+1)]
其中:
A=2(4+WLH),B=2(4+WDLY)
LINEBANK----水平扫描信号LINE持续时间设置(MCLK个数)
LINEVAL
----显示屏的垂直尺寸
VCLK是LCD控制器的时钟信号,VCLK的计算需要先计算数据传送速率,并由此设
定的一个大于数据传送速率的值为CLKVAL(LCDCON1[17:
8])。
数据传送速率=水平尺寸x垂直尺寸x帧速率x模式值(MV)
表5-1-4每一种显示模式的MV值
-238-
液晶类型
4位双扫描
4位单扫描
8位单扫描
单色液晶
1/8
1/4
1/8
4级灰度屏
1/8
1/4
1/8
16级灰度屏
1/8
1/4
1/8
彩色液晶
3/8
3/4
3/8
图5-1-4屏幕滚动显示的示例(单扫描)
(2)LCD控制器帧显示控制参数设定
LCD控制器中与帧显示控制相关的寄存器为LCDSADDR1~3。
在表5-1-3中已经分
别进行的说明,下面对这组寄存器中与帧显示控制相关的各个域再分别加以详细介绍:
LCDBANK(LCDSADDR1[29:
21]):
访问系统内存中显示存储区的地址
(A[30:
22])值
LCDBASEU(LCDSADDR1[20:
0]):
双扫描时,设置为帧缓存地址(A[21:
1])
的高位缓存起始地址指针;单扫描时,设置为帧缓存起始地址指针
-239-
LCDBASEL(LCDSADDR2[20:
0]):
双扫描时,设置为帧缓存地址(A[21:
1])
的低位缓存起始地址指针;单扫描时,设置为帧缓存结束地址指针。
LCDBASEL=((帧缓存
结束地址)>>)+1=LCDBASEU+(PAGEWIDTH+OFFSIZE)x(LINEVAL+1)
OFFSIZE(LCDSADDR3[21:
11]):
显示存储区的前行最后半字和后行第一个半字
之间的半字数(计算方法:
虚拟屏幕上一行的半字数–LCD屏上一行的半字数)
PAGEWIDTH(LCDSADDR3[11:
0]):
显示存储区的可见帧宽度(半字数)
具体的参数设置可以参考下面几个例子:
例1.LCD:
2bppSTN,320×240,四位双扫描虚拟屏幕:
1024×1024
1个半字=8像素(4级灰度,2位表示1像素)
虚拟屏幕上的一行=128个半字(1024×2/16)
LCD屏上的一行=40个半字(320×2/16)
OFFSIZE=128–40=88=0X58
PAGEWIDTH=40=0X28
LCDBASEL=LCDBASEU+(PAGEWIDTH+OFFSIZE)×(LINEVAL+1)=100+(40+
88)×120=0X3C64
例2.LCD液晶屏:
320×240,16级灰度,单扫描
数据帧首地址=0x0c500000
偏移点数=2048dots(512半字)(假定值)
LINEVAL=240-1=0xef
PAGEWIDTH=320×4/16=0x50
OFFSIZE=512=0x200(假定值)
LCDBANK=0x0c500000>>22=0x31
LCDBASEU=0x100000>>1=0x80000(假定值)
LCDBASEL=0x80000+(0x50+0x200)×(0xef+1)=0xa2b00
例3.LCD液晶屏:
320×240,16级灰度,双扫描
数据帧首地址=0x0c500000
偏移点数=2048dots(512半字)(假定值)
LINEVAL=120-1=0x77
PAGEWIDTH=320×4/16=0x50
OFFSIZE=512=0x200(假定值)
LCDBANK=0x0c500000>>22=0x31
LCDBASEU=0x100000>>1=0x80000(假定值)
LCDBASEL=0x80000+(0x50+0x200)×(0x77+1)=0x91580
例4.LCD液晶屏:
320×240,彩色,单扫描
-240-
数据帧首地址=0x0c500000
偏移点数=1024dots(512半字)(假定值)
LINEVAL=240-1=0xef
PAGEWIDTH=320×8/16=0xa0
OFFSIZE=512=0x200
LCDBANK=0x0c500000>>22=0x31
LCDBASEU=0x100000>>1=0x80000
LCDBASEL=0x80000+(0xa0+0x200)×(0xef+1)=0xa7600
(3)STNLCD控制器信号时序
显示数据从内存中发送到LCD驱动器上就可以完成数据显示。
首先,在VCLK的控制
下,显示数据被送到LCD驱动器的移位寄存器上,当某一行上的数据全部进入移位寄存器
后,这些数据在VLINE信号的下降沿经过WDLY指定的延迟时间后被显示到LCD屏上。
VM信号提供显示所需要的交流信号,来控制每一个像素的亮和灭。
VM信号的极性变
化有两种模式:
当MMODE为0时,它每一帧变化一次;当MMODE为1时,它变化的周
期由MVAL来决定。
-241-
注:
1.WLH(STN)
2.WDLY(STN)
---
---
VLINE高电平的系统时钟个数(LCDCON4[7:
0]设置)
VLINE后VCLK延时系统时钟个数(LCDCON3[25:
19]设置)
图5-1-4.8位单扫描模式下STNLCD控制器信号时序(整帧)
(4)扫描模式支持
S3C2410XLCD控制器扫描工作方式通过PNRMOD(LCDCON1[6:
5])设置。
表5-1-5扫描模式选择
4位双扫描(STN)---显示控制器分别使用两个扫描线进行数据显示。
显示数据从
-242-
PNRMOD
00
01
10
11
模式
4位双扫描(STN)
4位单扫描(STN)
8位单扫描(STN)
TFT
VD[3:
0]获得高扫描数据;VD[7:
4]获得低扫描数据;彩色液晶屏数据位代表RGB色
4位单扫描(STN)---显示控制器扫描线从左上角位置进行数据显示。
显示数据从
VD[3:
0]获得,VD[7:
4]没有使用;彩色液晶屏数据位代表RGB色
8位单扫描(STN)---显示控制器扫描线从左上角位置进行数据显示。
显示数据从
VD[7:
0]获得;彩色液晶屏数据位代表RGB色
图5-1-5.单色显示扫描类型(STN)
-243-
图5-1-6彩色显示扫描类型(STN)
(5)数据的存放与显示
液晶控制器传送的数据表示了一个像素的属性:
4级灰度屏用两个数据位代表一个像
素;16级灰度屏时使用4个数据位代表一个像素;256色RGB彩色模式使用8个数据位
(R[7:
5]、G[4:
2]、B[1:
0])代表一个像素;4096色RGB彩色模式使用12个数据位
(4位为红,4位为绿,4位为蓝)代表一个像素(每八个像素,即12个字节为显示数据
的存放边界)。
显示缓存中存放的数据必须符合硬件及软件设置,即要注意字节对齐方式。
在4位或8位单扫描方式时,数据的存放与显示如图5-8所示:
图5-1-74位或8位单扫描数据显示
-244-
在4位双扫描方式时,数据的存放与显示如图5-1-8所示:
图5-1-84位双扫描数据显示
5.1.5实验设计
1.电路设计
进行液晶屏控制电路设计时必须提供电源驱动、偏压驱动以及LCD显示控制器。
由于
S3C2410X处理器本身自带LCD控制器,而且可以驱动实验板所选用的液晶屏,所以控制
电路的设计可以省去显示控制电路,只需进行电源驱动和偏压驱动的电路设计即可。
液晶电路结构框图
图5-1-9
LCD结构框图
引脚说明
表5-1-5液晶屏管脚
-245-
1
V5偏压5
6
VO电源地
11
CP时钟宽度
2
V2偏压2
7
LOAD逻辑控制(内部)
12
V4偏压4
控制电路设计
由前述可知实验板所选用的液晶屏的驱动电源是21.5V,因此直接使用实验系统的3V
或5V电源时需要电压升压控制,实验系统采用的是MAX629电源管理模块,以提供液晶
屏的驱动电源。
偏压电源可由系统升压后的电源分压得到。
以下是S3C2410实验板的电
源驱动和偏压驱动参考电路。
VDD33
L1
D1
VEE
C5
1
2
3
4
47uH
U1
nSHDNVCC
FOLLX
REFGND
FBISET
8
7
6
5
MBR0540
VDD33
C6
0.1u
C7
150P
R8
680K
C8
22u
0.1u
MAX629
R9
39K
R10
100K
C1
0.1u
C2
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