基于SA1110的掌上電腦液晶顯示器設計

　　SA1110 LCD控制器由以下引腳組成：

　　·LDD 0~7 :7位數據線(xiàn)用于4位和8位顯示模式，同時(shí)也是16位TFT方式的低8位;

　　·GPIO 2~9：當采用的液晶模塊是16位TFT方式時(shí)，構成數據線(xiàn)的高8位;

　　·L_PCLK:點(diǎn)時(shí)鐘(Pixel clock)，用于把每一點(diǎn)的數據送入移位寄存器;

　　·L_LCLK：行時(shí)鐘(Line clock)，用于指示一行數據由移位寄存器到顯示驅動(dòng)芯片傳輸完畢，并使得行指針加1。在16位TFT方式下，就是水平同步信號;

　　·L_FCLK:幀時(shí)鐘(Frame clock)，用于指示一幀圖像的開(kāi)始，同時(shí)把行指針置于顯示屏的第一行。在16位TFT方式下，就是垂直同步信號;

　　·L_BIAS：在16位TFT方式下，輸出允許信號，用于指示數據信號在時(shí)鐘信號的同步下，鎖存到引腳。

　　為了顯示一幀圖像，SA1110 LCD控制器首先在RAM中開(kāi)辟一片緩沖區作為幀緩沖(FRAME BUFFER)。存入要顯示的圖像數據，然后讓LCD 控制器的DMA地址寄存器指向FRAME BUFFER的起始地址，讀出FRAME BUFFER中的數據到輸入先入先出隊列(INPUT FIFO)。由于在本設計中采用16位方式，無(wú)需對幀緩沖中的數據進(jìn)行解碼，所以L(fǎng)CD控制器不處理直接把數據送到輸出先入先出隊列(OUTPUT FIFO)。OUTPUT FIFO再將數據通過(guò)引腳送到CPLD 以驅動(dòng)液晶顯示。由于SA1110 的LCD控制器擁有自己獨立的雙通道DMA，同時(shí)選用了高性能SDRAM，能滿(mǎn)足顯示帶寬的需求。

　　3 LCD模塊

　　隨著(zhù)價(jià)格的下降，液晶顯示由于低功耗、無(wú)輻射、輕便而廣泛用于各種掌上設備。特別是TFT-LCD，具有高分辨率、寬視角、高對比度等優(yōu)點(diǎn)，在高檔掌上電腦中應用較多。

　　作為SOC芯片的SA1110中本身就帶有LCD控制器，支持4、8、12和16位格式的多種型號的單色和彩色LCD，給開(kāi)發(fā)者的選擇帶來(lái)很大方便。根據用戶(hù)的要求，考慮到實(shí)際的顯示效果，本方案選擇了SHARP的3.9寸 TFT有源型彩色液晶顯示器，具體型號為：LQ039Q2DS54。該顯示模塊是彩色反射型和有源矩陣LCD模塊，由TFT彩色LCD屏、驅動(dòng)芯片、 FPC引線(xiàn)、前置燈光、觸摸屏及后封板組成。點(diǎn)陣形式為320×3×240，可以顯示圖形和文字，最多可以顯示262144種顏色。

液晶模塊需要10個(gè)等級的標準模擬脈沖電壓V0~V9，用于LCD模塊內部產(chǎn)生灰度顯示時(shí)的參考。這些電壓直接影響LCD顯示的色彩和灰度的準確性，對其數值要求精度較高。同時(shí)，它們是脈沖信號，要求邊沿陡，以保證顯示點(diǎn)清晰。圖3為V0~V9的波形示意圖，V0~V9的幅度參數要求如表1。

　　表1中電壓信號的產(chǎn)生先用高精度電阻構成陣列，用電阻分壓法產(chǎn)生基準電壓，再由二選一開(kāi)關(guān)按照LCD顯示的幀頻率進(jìn)行高速切換，在輸出端就可得到所需的標準模擬脈沖電壓。其中，二選一開(kāi)關(guān)選用LMC6009，該部分電路如圖4所示。

　　LQ039Q2DS54與眾多的TFT一樣，每一象素采用18位的編碼方式。紅、綠、藍每一種基色6位，即RGB666。但SA1110 的LCD控制器支持16位方式，因此必須把紅、藍的最低位接地，從而形成5位紅、6位綠、5位藍的RGB565格式。這樣產(chǎn)生的色差非常小。

　　4 觸摸屏

　　通常，供掌上設備使用的觸摸屏一般都與LCD液晶屏集成安裝在一起，緊貼在LCD的表面。SHARP 3.9寸TFT LCD(LQ039Q2DS54)表面裝有一個(gè)電阻式觸摸屏，其基本結構如圖5所示，分為X和Y上下兩個(gè)極板。

　　通過(guò)電阻式觸摸屏，可以測得接觸點(diǎn)的位置和壓力。當需要測試X坐標時(shí)，首先給X極板的兩端加偏置電壓，然后測試tspy、tsmy之一或全部。它們相當于電位器的滑動(dòng)端，其測得的電壓值正比于觸點(diǎn)的X坐標。Y坐標的測試同理，只是X極板和Y極板互換而已。SHARP 3.9寸 TFT LCD(LQ039Q2DS54)表面安裝的電阻式觸摸屏的特性參數如下：

　　·輸入電壓：5V;

　　·X1和X2之間的電阻：320Ω;

　　·Y1和Y2之間的電阻：580Ω;

　　·X或Y方向的行線(xiàn)性：1.5%;

　　·絕緣電阻大于：20MΩ;

　　·能檢測到的最小壓力：24g。

　　本設計中所采用的Philips公司的UCB1300不僅可以作為MODEM和音頻模擬前端芯片，而且它的內部集成有觸摸屏控制器，可以一片多用，便于在掌上系統中使用。觸摸屏控制器的功能包括：對觸摸屏的兩層極板間施加偏置電壓，當有點(diǎn)擊動(dòng)作時(shí)，產(chǎn)生中斷信號;同時(shí)對點(diǎn)擊處的X和Y方向的模擬電壓信號進(jìn)行數字量化，得到點(diǎn)擊位置數據，保存在內部寄存器中;再通過(guò)MCP接口讀到微處理器中。UCB1300與觸摸屏控制器相關(guān)的特征有：

　　(1)完整的四線(xiàn)電阻式(壓感式)觸摸屏接口電路，分別連接觸摸屏的4條信號線(xiàn)tspx、tsmx、tspy和tsmy，可以實(shí)現位置、壓力和極板電阻的測量。

　　(2)帶有內部跟蹤保持電路以及模擬多路開(kāi)關(guān)的10位連續逼近型ADC，用于觸摸屏觸點(diǎn)數據的讀出和外電路4個(gè)模擬電壓的監視，其中外電路4個(gè)模擬電壓監視用于電源管理。

　　(3)內部帶有參考電壓源，為10位ADC提供基準電壓和虛擬地參考。這樣就可以不受電源電壓和溫度變化的影響。

　　(4)4線(xiàn)高速串行接口數據總線(xiàn)，實(shí)現與主處理器SA1110的MCP同步串口通信，有嚴格的數據幀定義。

　　(5)觸摸屏的各種工作模式由UCB1300的內部控制寄存器設置，而這些控制寄存器由SA1110通過(guò)MCP同步串口來(lái)讀寫(xiě)。

　　(6)因為觸摸屏與LCD的近耦合，來(lái)自L(fǎng)CD屏的大的尖峰干擾信號會(huì )影響觸摸屏的工作，因此觸摸屏控制器內部有4個(gè)低通濾波器，用于降低來(lái)自L(fǎng)CD的高頻干擾。

　　盡管目前國內市場(chǎng)上的各種PDA和掌上電腦產(chǎn)品比較多，某些國內的品牌也很暢銷(xiāo)，但是在產(chǎn)品設計和制造上，都是靠臺灣地區等廠(chǎng)商的OEM，真正自主研究開(kāi)發(fā)的硬件平臺幾乎為零。因此，本項目中掌上電腦硬件平臺系統的研制成功，特別是基于Intel StrongARM SA1110高性能CPU的樣機，在國內仍處于領(lǐng)先地位，并且為同組人員開(kāi)發(fā)嵌入式操作系統和各種應用程序提供了硬件環(huán)境。