作者：北京清華大學(xué)電子工程系 劉立濤 羅嶸 金平

引言

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，具有耗電少、亮度高、體積小等特點(diǎn)的液晶顯示器被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。S3C2410是三星公司開(kāi)發(fā)的一款以ARM920T為核心的16/32位嵌入式處理器。它主要面向手持設(shè)備以及高性?xún)r(jià)比、低功耗的應(yīng)用。LTS350Q1-PE1是三星電子公司生產(chǎn)的一款非晶硅有源矩陣TFT-LCD，它具有功耗低、亮度高和體積小等特點(diǎn)，目前在嵌入式設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛。

基于S3C2410，采用LTS350Q1-PE1作為顯示設(shè)備可以構(gòu)成一個(gè)基于嵌入式平臺(tái)的液晶顯示系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)可以滿(mǎn)足大多數(shù)嵌入式手持設(shè)備的功能要求。但是，要想S3C2410的LCD控制器可以正確有效地控制TFT-LCD，需要設(shè)計(jì)兩者之間的硬件驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)了LTS350Q1-PE1的硬件驅(qū)動(dòng)電路，將S3C2410的LCD控制器和TFT-LCD結(jié)合起來(lái)構(gòu)成嵌入式液晶顯示系統(tǒng)。調(diào)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)正確，本文所設(shè)計(jì)的液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電路只需要嵌入式處理器給出像點(diǎn)時(shí)鐘、數(shù)據(jù)使能信號(hào)和RGB數(shù)據(jù)信號(hào)，因此，可以不做硬件上的修改就能成為以其它處理器為平臺(tái)的顯示解決方案，具有較大的靈活性和實(shí)用性。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

TFT-LCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
TFT-LCD驅(qū)動(dòng)電路的主體部分由多路電壓源、能夠給出正確數(shù)字邏輯信號(hào)的電路以及為了看到顯示畫(huà)面而設(shè)計(jì)的背光驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，另外，不同的液晶顯示器因?yàn)閮?nèi)部電路的差別還需要一些不同的外圍附屬電路。

多路電壓產(chǎn)生電路
由于液晶屏內(nèi)集成有數(shù)字電路和模擬電路，需要外部提供數(shù)字電壓和模擬電壓。另外，為了完成數(shù)據(jù)掃描，需要TFT輪流開(kāi)啟/關(guān)閉。當(dāng)TFT開(kāi)啟時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)源極驅(qū)動(dòng)器加載到顯示電極，顯示電極和公共電極間的電壓差再作用于液晶實(shí)現(xiàn)顯示，因此需要控制TFT的開(kāi)啟電壓VON、關(guān)閉電壓VOFF，以及加到公共電極上的電壓VCOM，各電壓的具體要求見(jiàn)表1。

本系統(tǒng)通過(guò)DC-DC變換器，用數(shù)字電壓產(chǎn)生多路電壓，即模擬電壓、柵極開(kāi)啟電壓和柵極關(guān)斷電壓。本文采用MAX1779產(chǎn)生模擬電壓AVDD、柵極開(kāi)啟電壓VON及柵極關(guān)斷電壓VOFF，如圖2所示。MAX1779內(nèi)部集成有3個(gè)DC-DC變換器，可以為小型TFT液晶屏提供高效的調(diào)節(jié)電壓。公共電壓(VCOM)由圖3所示的電路產(chǎn)生，其中AD8541是帶寬為1MHz、滿(mǎn)幅度輸出的低功耗運(yùn)算放大器。

圖2  DC/DC變換電路

數(shù)字時(shí)序匹配電路
為特定型號(hào)液晶屏提供時(shí)序信號(hào)通常采用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)FPGA、CPLD等可編程器件實(shí)現(xiàn)。由于可編程器件面積較大、成本較高，因而通常只在需要對(duì)電路進(jìn)行靈活配置的情況下才使用。用來(lái)匹配時(shí)序信號(hào)的專(zhuān)用芯片是經(jīng)過(guò)測(cè)試和實(shí)踐驗(yàn)證的，具有體積小、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，通常也被稱(chēng)為液晶屏的伴侶芯片。LTS350Q1-PE1的伴侶芯片是LC3600A，所設(shè)計(jì)的時(shí)序電路如圖4所示。

圖3  VCOM 產(chǎn)生電路

圖4  LTS350Q1-PE1時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生電路

背光驅(qū)動(dòng)電路
為了能夠看到液晶屏上顯示的畫(huà)面，必須為液晶屏提供背光源。LTS350Q1-PE1內(nèi)部采用的是LED背光方式，為此選擇了專(zhuān)用的LED驅(qū)動(dòng)芯片MP1521，具體電路如圖5所示。MP1521有3組獨(dú)立的電流反饋回路，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)3組并聯(lián)的LED，現(xiàn)將3個(gè)反饋回路短接，用于驅(qū)動(dòng)6個(gè)白色LED背光燈，可以提供更大的驅(qū)動(dòng)電流，電路設(shè)計(jì)有過(guò)流保護(hù)功能。圖5中R206為反饋電阻，用于采樣輸出電流。顯示屏的亮度可通過(guò)MP1521第5引腳上的電壓來(lái)調(diào)節(jié)，為了提高應(yīng)用的靈活性，本設(shè)計(jì)將該引腳接為固定電平。為了節(jié)省功耗，電路接有使能控制端LCD_PWREN，高電平時(shí)電路工作；低電平時(shí)電路關(guān)斷，以便節(jié)省功耗。

圖5 LED背光驅(qū)動(dòng)電路

灰度電壓產(chǎn)生電路
源極驅(qū)動(dòng)器根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)的大小選擇加到每個(gè)點(diǎn)的電壓。因?yàn)榧拥皆礃O驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)為18bit，其中RGB分量各為6bit，因而每個(gè)點(diǎn)可以有64種灰度的變化。由于集成度的限制，灰度參考電壓電路需要由外部給出。

S3C2410 LCD控制器的設(shè)置方法
結(jié)構(gòu)和信號(hào)說(shuō)明
S3C2410 LCD控制器用來(lái)傳輸圖像數(shù)據(jù)并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，該控制器由REGBANK(控制寄存器組)、LCDCDMA(專(zhuān)用DMA)、VIDPCS(視頻信號(hào)處理單元)、LPC3600和TIMEGEN(時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生單元)組成。其中REGBANK包含17個(gè)可編程寄存器和幾個(gè)256×16的調(diào)色板存儲(chǔ)器，用來(lái)配置LCD控制器，并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)；而LCDCDMA提供了視頻信號(hào)的快速傳輸通道，自動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)從系統(tǒng)幀緩存中取出視頻數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)揭曨l信號(hào)處理單元；VIDPCS將專(zhuān)用DMA中取出的信號(hào)進(jìn)行整形并提高驅(qū)動(dòng)能力等處理后，輸