摘要：介紹EP7212嵌入式處理器上LCD控制器的結(jié)構(gòu)和功能;深入探討ADS7843觸摸屏接口芯片的模式選擇才應用技巧;基于該系統(tǒng)給出一個與彩色LCD觸摸屏相接的實際使用方案。

    關(guān)鍵詞：嵌入式處理器 LCD 觸摸屏控制器

引言

EP7212是Cirrus Logic公司生產(chǎn)的單片嵌入式高集成度的處理器芯片,所有必需的接口邏輯都集成在芯片上,一個低功耗的系統(tǒng)方案只須增加一些存儲器和外圍器件就可以完成。它的處理器為ARM720T,核為ARM7TDMI CPU。時鐘速率可動態(tài)編程為18 MHz、36MHz、49MHz、74MHz,其穩(wěn)定處理能力達到66MIPS（百萬條指令每針）（Dhrystone 2.1）,峰值處理能力達到74MIPS,近似等同于一個100MHz奔騰處理器。EP7212主要為超低功耗所設計,內(nèi)核在2.5V工作電壓下,功耗最大不超過90mW。通過嵌入其上的內(nèi)存管理單元（MMU）,允許使用像Microsoft Windows CE或Linux等一樣的高級操作系統(tǒng)。EP7212主要應用于PDA、GPS、手機等超低功耗和低成本場合。

隨著生活中類似于PDA的手持設備的增多,彩色LCD觸摸屏也越來越普及。本文除了簡單介紹EP7212的特性以外,主要討論EP7212上的LCD控制器如何驅(qū)動彩色LCD,以及觸摸屏控制器的使用技巧,并且給出具體的連接圖和邏輯圖。

1 EP7212特性

*具有先進的音頻解碼/解壓縮能力,支持多種音頻解壓縮算法,可以提供與ADCs、DACs和CODECs相連的數(shù)字音頻接口（DAI）。

*內(nèi)置LCD控制器,可以直接與一個單面板單色LCD接口。面板大小可編程,以16像素為增量,可置為32～1024像素的任何寬度（線長度）。視頻制緩沖可最高編程到128KB（字節(jié)）。每個像素可編程為1、2或4位。

*支持EDO DRAM（僅在13MHz和18MHz下支持快速頁模式）�？勺罡咧С�2條,每條256MB的DRAM。DRAM接口可編程為16或32位寬。

*存儲器可以和最高6個獨立的256 MB的擴展段接口,且處于可編程等狀態(tài)。

*LCD控制器和通用應用可以共享片上的38 400（0x9600）字節(jié)的片上SRAM。

*所有的外部存儲器和外圍器件與32位數(shù)據(jù)總線和28位地址總線相連,并且使用一些控制信號。

*兩個同步串行接口,支持類似于ADCs等Micro-wire或SPI外圍器件。其中一個接口支持主從模式,另一個僅支持主模式。

*使用已固化的片上引導ROM,用于串行加載引導程序到系統(tǒng)的FLASH存儲器。

*27位通用I/O（3個8位和1個3位GPIO口）,支持多路復用,以提供必要的附加功能,且支持掃描鍵盤矩陣。

*內(nèi)置2個全雙工UART（16550類型）,可支持最高位速率到115.2kb/s,擁有2個16字節(jié)的FIFO用于TX和RX,其中UART1支持調(diào)解調(diào)器控制信號。

*具有最高速率為115.2kb/s的紅外數(shù)據(jù)SIR協(xié)議控制器。

*具有直流—直流轉(zhuǎn)換接口（PWM）,可提供兩個編程占空比（從1-in-16到15-in-16）的96kHz時鐘輸出,可以驅(qū)動一個直流—直流的轉(zhuǎn)換器。

*擁有2個16位通用目的定時計數(shù)器。

*1個32位實時時鐘（RTC）和比較器。

*1個用于與1個或2個Cirrus Logic CL-PS6700 PC卡控制器相連的接口,可支持2個PC卡插槽。

*RTC驅(qū)動專用的LED內(nèi)爍引腳。

*先進的系統(tǒng)狀態(tài)控制器和電源管理。

*具有208pin LQFP和256-Ball PBGA兩種封裝。

*帶有ROM、圖表、樣碼和設計庫的仿真工具。

*支持全JTAG邊界掃描和嵌入式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號,以便直接與一個單面板多像素LCD接口。EP7212使用通用內(nèi)存結(jié)構(gòu)（UMA）存儲視頻幀緩沖,與內(nèi)核處理器（ARM720T）一起共享主內(nèi)存總線,總視頻幀緩存器大小可編程最高達128KB。該面板大小可編程,可以16像素為增量,置為32～1024像素的任何寬度（線長度）�？偟木�數(shù)（行）由總的幀緩沖器大小除以面板寬度和顏色深度決定�？刂破鬟�可編程提供1、2或4位每像素彩色深度,支持單色灰度顯示或是彩色顯示。

為了支持各種顏色和灰度級,LCD控制器有2個32位調(diào)色板寄存器,被分成8個可設定地址的半字節(jié)（nibble）,共16個半字節(jié),每個半字節(jié)被幀緩沖器中的數(shù)據(jù)尋址。當LCD控制器配置成像素點4位時,幀緩沖器中4位數(shù)據(jù)被用于代表1個像素,2個調(diào)色板寄存器中的半字節(jié)用該數(shù)據(jù)尋址,對應要顯示的像素。該尋址結(jié)構(gòu)被用于將幀緩沖器中的數(shù)據(jù)映射到實際的灰度值,該值提供給顯示接口。當配置成4 bpp模式時,在調(diào)色板寄存器中的所有16個半字節(jié)被用于映射,這是因為每4個位可以提供16個不同的值。同理,2 bpp模式用最低的4個半字節(jié);1 bpp模式用最低的2個半字節(jié)。

每個調(diào)色板寄存器半字節(jié)可以編程為0～15。這16個值對應16個不同的顏色深度級。當寄存器與灰度級相對應;當不匹配時,能產(chǎn)生一些有趣的顯示模式。例如,若想去觸發(fā)正常和翻轉(zhuǎn)兩種圖像,通過簡單的轉(zhuǎn)換調(diào)色板寄存器中的半字節(jié)值就可以實現(xiàn),這比在幀緩沖器中轉(zhuǎn)換所有數(shù)據(jù)更快更容易。

LCD控制器有1個9字深的FIFO,被用作幀數(shù)據(jù)的過渡存儲緩沖。DMA控制器被用于從幀緩沖內(nèi)存中取顯示數(shù)據(jù)并且填充到FIFO中。這樣,旦LCD控制器被配置和幀緩沖數(shù)據(jù)被存儲,EP7212就可以接著執(zhí)行其它任務,而不必服務LCD控制器。

（1）灰度顯示原理

實際上,LCD顯示屏并不是設置成不同的亮度去驅(qū)動每一像素的。它對象素要么顯示,要么關(guān)閉。LCD顯示屏的一個常用指標是它的反應時間,反應時間指的是一個像素從顯示到關(guān)閉所花費的時間,典型的是幾百ms。一種調(diào)制技術(shù)被用于驅(qū)動每個像素,即用整個固定時間周期的一部分驅(qū)動每個像素。

LCD控制器內(nèi)部有1個16周期計數(shù)器,用于產(chǎn)生16周期的間隔。當驅(qū)動像素時,它讀幀緩沖數(shù)據(jù)所指的,在調(diào)色板寄存器中的半字節(jié)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)確定在16周期間隔里像素顯示的次數(shù)。例如該值等于4,則該像素每隔4個時鐘周期顯示1次,等于整個16周期間隔的4/16。裸眠認為該像素以最大亮度的1/4進行顯示。

（2）彩色顯示原理

彩色顯示時,每個像素點有3個子彩色像素（紅、綠、藍）。灰度顯示的技術(shù)應用到彩色顯示中,每個子彩色像素有15種濃度的感覺效果�？捎眉t、綠、藍3種顏色的15種濃度中的一種去驅(qū)動1個像素點。如果LCD控制器編程為4 bpp模式,可支持最高15×15×15=3 375種不同的顏色;2 bpp模式時,可支持64種不同的顏色;1 bpp模式時,可支持8種不同的顏色。對于一個1/4VGA顯示屏,實際像的數(shù)量等于320×400×4=921 600位或115 200字節(jié),小于上面提到的最大幀緩沖的限制（128KB）。

另外一個顯示特性是刷新率,指的是整個數(shù)據(jù)幀被重新寫到顯示屏的頻率。如果數(shù)據(jù)寫得太慢,將影響顯示質(zhì)量;太快則顯示器的反應時間跟不上像素驅(qū)動狀態(tài)的改變。大部分顯示屏推薦的速率是70～80Hz。

當EP7212使用PLL時,則1個36.864MHz的時鐘提供給LCD控制器。當使用1個13MHz的外部時鐘時,則1個13MHz的時鐘提供給LCD控制器。固定時鐘源限制了像素寫到顯示屏的最大速率,即導致了最大刷新率的限制。

（3）LCD顯示接口

LCD顯示接口內(nèi)置于EP7212之中,有如下信號：DD[0:3]、FRM、CL1、CL2、M。

①DD[0:3]是4條數(shù)據(jù)線。LCD控制器輸出數(shù)據(jù)就意味著這些線在同一時刻輸出4個像素。每條數(shù)據(jù)線的高或低對應每個像素值的高或低。

②FRM是幀同步信號。它在一幀所有的像素數(shù)據(jù)全部寫出接口后觸發(fā)為高,用于強迫復位線（行）計數(shù)器為0。這樣顯示屏將驅(qū)動下一個半字節(jié)數(shù)據(jù)到顯示屏的第一行。

③CL1是行選通信號。它在一行所有的像素數(shù)據(jù)寫出接口后觸發(fā)為高。

④CL2是像素數(shù)據(jù)時鐘。它被顯示屏用于在每個像素數(shù)據(jù)的半字節(jié)定時,它的周期是實際像素速率的1/4。當CL1觸發(fā)時,CL2置低。

⑤M是交流偏壓信號。M的值由所使用的顯示屏確定,可從顯示屏的數(shù)字手冊中得到。

（4）彩色顯示接口

圖1是EP7212LCD控制器與夏普LM057QC1T03 1/4VGA彩色非觸屏LCD顯示模塊的接口連接邏輯圖（如是觸摸屏可加后面所述的觸摸屏轉(zhuǎn)換接口）。該顯示屏是8位數(shù)據(jù)接口。該邏輯的主要目的是將4位接口轉(zhuǎn)換成8位,對應2個半字節(jié)。該邏輯不影響LCD控制寄存器的編程,并且有同樣的刷新率和像素彩色深度。圖1的左邊是LCD控制器的所有信號,右邊與顯示屏相連。由于EP7212要輸出2組數(shù)據(jù),為了支持8位數(shù)據(jù),時鐘必須是原來速率的一半,這意味著CL2必須減半。通過用D觸發(fā)器,CL2作為輸入時鐘,則在它的Q端就變成輸入時鐘的1/2。CL1直接連接到顯示屏,它也被用于復位D觸發(fā)器,使Q端在開始時為低。用74LCX174寄存器存儲8位數(shù)據(jù)的低4位。當高4位來到時2個半字節(jié)一起提供給顯示屏,LCD_EN可用1根EP7212的通和I/O引腳控制。

表1為部分兼容的顯示屏。

表1 部分LCD顯示模塊