全液晶顯示車(chē)載交互式信息系統方案

1 引言

汽車(chē)儀表是駕駛員與汽車(chē)進(jìn)行信息交流的重要接口，為駕駛員提供汽車(chē)運行參數、故障等信息，使駕駛員可以方便、全面地掌握汽車(chē)運行狀態(tài)，有利于提高駕駛的舒適性和安全性。隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車(chē)的附屬功能越來(lái)越豐富，汽車(chē)儀表需要顯示的內容也越來(lái)越多。薄膜晶體管液晶顯示器（TFT—LCD）是數字終端顯示最理想的顯示器件之一，而將液晶顯示技術(shù)應用于現代汽車(chē)儀表，構建全液晶顯示車(chē)載交互式信息系統已成為汽車(chē)儀表系統發(fā)展的必然趨勢。目前，豐田、福特、奧迪等汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家已經(jīng)推出了帶有全數字液晶儀表的車(chē)型。

本文基于A(yíng)DI公司的DSP芯片ADSPBF536和SHARP公司的液晶模塊LQ104V1一DG52，設計了液晶顯示車(chē)載信息系統，給出了總體設計方案并設計了DSP芯片與液晶模塊的接口電路，編寫(xiě)了液晶顯示、flash等模塊的驅動(dòng)程序，分析了液晶模塊控制信號時(shí)序波形，進(jìn)行了汽車(chē)信息顯示實(shí)驗。實(shí)驗結果表明，液晶屏顯示內容清晰、穩定，達到了設計要求。

2 硬件設計

2.1 系統總體設計

如圖1所示，車(chē)載信息系統主要包括主控制芯片、帶觸摸屏的LCD數字儀表、外擴SDRAM芯片、外部FLASH芯片以及分布在CAN總線(xiàn)上的不同節點(diǎn)，這些節點(diǎn)就是分布在汽車(chē)上的分控制器。

圖1 總體結構框圖

2.2 主控制芯片

TFT-LCD需要控制信號按照一定的控制時(shí)序進(jìn)行驅動(dòng)一種成本較高的驅動(dòng)方案是用單片機、SRAM和專(zhuān)用液晶驅動(dòng)芯片組合構成系統驅動(dòng)液晶屏。為降低液晶屏驅動(dòng)成本，本方案選用ADI公司的Blackfin系列DSPADSP—BF536作為系統的主控芯片。Blackfin系列處理器是ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號架構（MSA）DSP，它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加（MAC）信號處理器功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。BF536作為Blackfin系列DSP中的一員，具有高達400MHz的主頻，內核供電電壓低至1.2V；具有3個(gè)16位MAC，2個(gè)40位ALU，4個(gè)8位視頻專(zhuān)用ALU；擁有高達102kB的片內存儲器，包括16kB指令SRAM／Cache、48kB指令SRAM、32kB數據SRAM／Cache和4kB中間存儲器。

BF536還擁有豐富的外設資源，包括10／100以太網(wǎng)MAC接口；CAN2.0B接口；一個(gè)SPI接口；TwI接口控制器；并行口（PPI），支持IUT-R656視頻模式；全同步串口SPORT；2個(gè)UART口；12通道DMA控制器，包括兩個(gè)存儲器到存儲器DMA通道。

2.3 LED接口電路設計

本系統所選用的TFT-LCD是SHARP公司的LQ104V1DG52，具有26.5cm（10.4in）顯示尺寸，640×480分辨率，18位數據信號位（RGB每種顏色6位），26萬(wàn)色。本方案利用BF536的PPI外設與液晶屏之間接口。BF536的PPI外設有20個(gè)引腳，每個(gè)時(shí)鐘周期可完成16位數據的收發(fā)，而液晶屏的數據寬度為18位，設計中將PD接到BEo]，PD接到RE0]，實(shí)現了數據寬度的匹配。PPI—CLK引腳外接25MHz有源晶振，3個(gè)同步幀輸出引腳FS1、FS2、FS3分別接LCD的Hsync、Vsync、ENAB引腳，并使ENAB控制信號置低。為增強信號驅動(dòng)能力，在BF536的PPI外設與液晶屏之間用SN74AHC245橋接。

另外，為液晶屏配備了四線(xiàn)電阻式觸摸屏，在實(shí)現顯示功能的基礎上增加了觸摸控制功能。由于BF536沒(méi)有ADC外設，所以選用TI公司生產(chǎn)的觸摸屏驅動(dòng)芯片ADS7846來(lái)實(shí)現觸摸屏驅動(dòng)，ADS7846將觸摸屏信號送至BF536的SPI外設。

BF536與液晶屏的接口電路如圖2所示。

2.4 SPIFLASH

ADSP-BF536沒(méi)有片內FLASH，需要外接FLASH芯片實(shí)現程序的固化和引導程序的存儲。BF536程序加載模式多達7種，本系統選用SPIMaster方式，即系統復位后，通過(guò)SPI接口從串行FLASH加載程序至RAM。FIASH芯片選用ST公司的M25P64，它是SPI接口的串行FLASH，具有64Mbit存儲容量，SPI時(shí)鐘頻率最高可達5OMHz。采用SPI接口的FLASH芯片面積小且與BF536接口簡(jiǎn)單，減小了電路板設計的難度，其缺點(diǎn)是采用串行傳輸機制，在傳輸數據量較大時(shí)速度較慢。

2.5 外擴SDIM

要使液晶屏的顯示穩定就需要對液晶屏按時(shí)序循環(huán)發(fā)送顯示數據，即進(jìn)行掃屏操作。一般做法是在存儲器內開(kāi)辟一定空間暫存顯示數據，然后將此空間內的數據循環(huán)向液晶屏發(fā)送。一般微處理器片內的RAM都很小，無(wú)法為高分辨率的LCD提供顯示數據緩存區，這就需要外擴RAM。

相比于SRAM，SDRAM存在存取速度慢、需要對數據不斷進(jìn)行刷新及控制信號復雜的缺點(diǎn)；但SDRAM容量一般較大，價(jià)格便宜。另外，ADSP—BF536片內帶有SDRAM控制器，可以實(shí)現SDRAM的復雜邏輯控制，設計者只需要對該寄存器模塊正確配置后，就能像訪(fǎng)問(wèn)片內RAM一樣訪(fǎng)問(wèn)它，故本系統選用Micron公司的SDRAMT48LC32M16A2作為外擴存儲器完成顯示數據的暫存。該芯片具有512Mbit的存儲容量，最高可達133MHz的時(shí)鐘頻率。