基于CY7C68013的液晶驅動(dòng)電路設計

Abstract:Demonstration of static image and dynamic date information are need frequently in intelligent instrument and industry control. Display drive of TFT-LCD was realized using Slave FIFO interface technology of Universal Serial Bus (USB) interface controller CY7C68013 in this design. The high speed of the technology ensured realization of video display. Real-time hot swap was achieved through USB interface technology. This design is used for device with USB interface, instrument and digital video.

Key words : slave FIFO interface; TFT True Color LCD; Three Color Synchronization

引言

在智能儀表和工業(yè)控制設計中常常會(huì )使用TFT液晶屏,現在常用的屏大部分都是高性能的。因為T(mén)FT液晶屏的生產(chǎn)廠(chǎng)商很多,標準也不統一, TFT液晶屏往往不能與TFT液晶控制器無(wú)粘合連接,所以在使用TFT液晶屏時(shí),廠(chǎng)家還會(huì )推薦使用其專(zhuān)為T(mén)FT液晶屏設計的時(shí)序芯片。TFT液晶屏價(jià)格很高,控制器成本也非常高^[1]。而在很多智能儀表和工業(yè)控制中并不需要動(dòng)態(tài)畫(huà)面，除一些數據或局部圖象變化外，背景圖像基本不變。本設計選用的是Cypress公司的EZ-USB FX2系列芯片中的CY7C68013和SHARP 6.4英寸液晶顯示屏LQ064V3DG01。CY7C68013是一種帶USB接口的單片機芯片，雖然采用低價(jià)的8051單片機，但仍然能獲得很高的速度；LQ64D343液晶顯示屏是一款6.4英寸640480的TFT-LCD。采用USB接口控制芯片來(lái)驅動(dòng)液晶屏的顯示無(wú)疑是一個(gè)很好的解決方案。

1芯片簡(jiǎn)介：

1.1 CY7C68013芯片^[2]

CY7C68013是Cypress公司推出的USB2.0集成微處理芯片，片上集成了一個(gè)串行接口引擎（SIE）、一個(gè)USB收發(fā)器、增強型8051單片機（其指令系統與普通8051單片機完全兼容）及一個(gè)8.5kB片上RAM、一個(gè)4 KB FIFO存儲器及一個(gè)通用可編程接口（GPIF），這2個(gè)通用外部接口可實(shí)現USB2.0的高速傳輸。SIE負責和USB收發(fā)器、USB接口進(jìn)行數據交換，大大簡(jiǎn)化固件編程。SIE執行基本的2.0協(xié)議操作，釋放MCU（這里是8051芯片）去處理應用程序的請求，使得68013雖使用低價(jià)格的8051芯片，但獲得了USB2.0協(xié)議允許的最大帶寬。GPIF和FIFO可與大部分ASIC或DSP進(jìn)行“無(wú)縫粘接” 。

1.2 LQ064V3DG01液晶屏^[3]

LQ064V3DG01是市面上較為常用的液晶顯示芯片，是一款6.4英寸480234的TFT-LCD，具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等特點(diǎn)，同時(shí)該屏是一片真彩顯示屏，并屬于透光型的TFT、其亮度高、視角寬、背光燈的壽命也很長(cháng)（該背光燈比較容易更換），并且采用的是AG涂層和260K的彩色顯示?？蓮V泛應用于各種儀器儀表及各種視頻顯示的場(chǎng)合。LQ64D343的主要參數如下：

2 硬件原理設計：

CY7C68013提供三種接口模式：PORT（默認）、Slave FIFO和GPIF，由寄存器IFCFG決定。當它工作于Slave FIFO模式時(shí)，外部邏輯可像普通FIFO那樣對它的端點(diǎn)數據緩沖區進(jìn)行讀寫(xiě)與控制，通過(guò)FX2的內部端點(diǎn)FIFO，USB數據在主機和外部邏輯之間傳輸，而不需FX2設備CPU的任何干預。這時(shí)僅將FX2設備作為USB與外部邏輯間的一個(gè)通道。在GPIF模式下，CY7C68013作為一個(gè)內部控制器，可由軟件編程輸出讀寫(xiě)控制。CY7C68013作為USB接口實(shí)現對液晶屏顯示驅動(dòng)，提供了FIFO接口實(shí)現與LQ064V3DG01連接，并實(shí)現上位PC機經(jīng)USB接口控制芯片到液晶顯示屏的快速圖像傳輸顯示的過(guò)程。系統框圖如圖1所示：

圖1 基于CY7C68013的液晶驅動(dòng)設計的系統框圖

CY7C68013共有4個(gè)支持USB2.0高速傳輸的“大”端點(diǎn)（2個(gè)IN端點(diǎn)和2個(gè)OUT端點(diǎn)）和4KB片內RAM，該RAM 可配置為4個(gè)“大”端點(diǎn)的FIFO，其中2個(gè)“大”端點(diǎn)可以配置為雙、三、四緩沖區（FIFO），一個(gè)“大”端點(diǎn)最大可配置為2KB FIFO，更重要的是該芯片提供了兩個(gè)用于實(shí)現USB2.0高速傳輸的可編程外部設備接口以及Slave FIFO和GPIF，這2個(gè)通用外部接口可通過(guò)與4個(gè)“大”端點(diǎn)協(xié)調工作來(lái)實(shí)現USB2.0的高速傳輸,本設計只討論Slave FIFO可編程外部設備接口在設計中驅動(dòng)液晶屏的應用。

本設計為了便于顯示中文信息和常用圖片，采用了一片32K8的高速靜態(tài)RAM（型號為CY7C1399BN）作為數據暫存器。 可存放容量比較大的字庫和一些常用小圖標等數據信息（如儀表中的一些常用圖標和工控中的設備圖標），這樣在顯示的過(guò)程當中不僅可以顯示背景圖像，還可以動(dòng)態(tài)顯示數字、中文和小圖標。數據存儲器CY7C1399BN的原理圖如圖2所示（因CY7C68013原理圖太大，這里省略）。

設計中程序存儲器選用24LCxx序列，可通過(guò)跳線(xiàn)選擇，這里以24LC64為例。24LC64是8K8位電擦除可編程只讀存儲器，能進(jìn)行在線(xiàn)修改，并能在斷電的情況下保持修改結果。24LC64的讀操作與普通的E²PROM的讀出相同，在寫(xiě)入一個(gè)字節的指令碼或數據前，自動(dòng)地對所要寫(xiě)入的單元進(jìn)行擦除，因而無(wú)需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的字節/芯片擦除操作，從這個(gè)意義上講，使用24LC64這E²PROM就如同使用靜態(tài)RAM一樣，程序存儲器的原理圖如圖3所示。

圖2 數據存儲器CY7C1399BN的工作連接圖

圖3 程序存儲器連接圖

這些外圍的器件設計完之后，最后實(shí)現液晶顯示屏與控制器CY7C68013之間的連接，在連接過(guò)程中要考慮的問(wèn)題就是要使紅綠藍三色數據信號線(xiàn)上的數據同步，并且保持相互獨立。至于同步我們可以根據軟件的設計或者是對CY7C68013進(jìn)行設置。為了把管腳配置為Slave FIFO模式，需使IFCFG1:0＝11。要是使其工作在同步模式下就需使IFCONFIG.3=0。外部邏輯通過(guò)一條8位或16位數據總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)FIFO。每個(gè)FIFO的控制寄存器(EPxFIFOCFG.0)的WORDWIDE位控制數據總線(xiàn)的位數是8位還是16位：

①當WORDWIDE=0時(shí)數據總線(xiàn)為8位模式，FD[7:0]占用B端口。

②當WORDWIDE=1時(shí)數據總線(xiàn)為16位模式，FD[15:8]、FD[7:0]分別占用D、B端口。當FIFO端口中有一個(gè)設置為16位數據線(xiàn)模式，不管當前的FIFOADR[1:0]是多少，端口D都不能用作I/O口。

雖然將FIFO數據總線(xiàn)設置為16位模式，但是還不能夠滿(mǎn)足LQ064V3DG01的6bit3 =18bits 顏色顯示的的需求。設計中通過(guò)降低顏色性能來(lái)簡(jiǎn)化電路，就將LQ064V3DG01三色數字信號線(xiàn)的最低位與低電平相連接，因為三色數字信號線(xiàn)的低位對顏色的影響不大，實(shí)際上將262K的顯示顏色變成32K的顯示顏色，同時(shí)可以節約三根數據總線(xiàn)，可用FIFO的16位數據總線(xiàn)實(shí)現三色數字信號的傳輸。這樣三色數字信號的同步性和獨立性問(wèn)題都得以解決了。

設計當中選用的液晶屏LQ064V3DG01的顯示頻率要求最高不得高于28.33MHZ。在這樣條件之下，可以通過(guò)對8051設置CPUCS.1=1達到CLKOUT端口輸出頻率為24MHZ，此時(shí)與典型的顯示頻率比較接近。如果送入液晶屏的時(shí)鐘頻率過(guò)低的話(huà)就會(huì )導致顯示畫(huà)面的質(zhì)量下降，還可能會(huì )出現閃爍等不理想的現象。

橫縱向同步信號可以決定行同步和場(chǎng)同步，如果將H_sync、V_sync兩引腳同為負極性時(shí)顯示屏工作在480行顯示模式下。在這里將H_sync、V_sync與CY7C68013的數據線(xiàn)D0和D1相連，可以通過(guò)軟件設計達到所需目的。該液晶屏還可以實(shí)現上下翻轉、左右鏡像的功能，本設計中沒(méi)有用到這些功能，將U/D、R/L兩腳懸空即可。液晶屏原理圖如圖4所示。

圖4 液晶屏在工作連接圖

3 固件程序設計

固件程序是所有基于微控制器及其外圍電路的功能設備正常工作必不可少的部分，其作用就是輔助硬件完成相應的功能，主要實(shí)現系統初始化、輔助硬件完成設備的重新列舉過(guò)程、模擬設備的斷開(kāi)與重新連接、對中斷的處理、數據的接收和發(fā)送以及外圍電路的控制等功能^[5]。CY7C68013帶有加強的8051內核性能，可達到標準8051的5-10倍，且與標準8051的指令完全兼容，固件程序通過(guò)執行8051代碼完成相應的功能。Cypress公司的網(wǎng)站提供了CY7C68013芯片的開(kāi)發(fā)工具包下載，該開(kāi)發(fā)包提供了開(kāi)發(fā)固件程序的所需的一些資源，如Keil μVision2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(限制版)、Cypress C51固件框架程序以及一些例子程序。CY7C68013的固件主要有兩種引導方式，一種是存儲在EEPROM上，通過(guò)上電后的自檢自動(dòng)將固件程序加在CY7C68013上；另一種方式是通過(guò)主機將固件程序下載到CY7C68013。在設計中我們采用了前一種方式，其工作流程如圖5所示。

圖5 固件程序工作流程

4 小結

本設計主要應用于智能儀表和工業(yè)控制，但從設計中可以看出，由于使用了CY7C68013的Slave FIFO，數據傳輸速率相當快，完全可以滿(mǎn)足視頻應用的要求，這也是選用CY7C68013的原因，只是顏色只有32K，但對于普通的視頻應用也足夠了，有興趣的技術(shù)人員可以做深入的研究。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn):通過(guò)利用CY7C68013的USB接口技術(shù)和Slave FIFO實(shí)現TFT液晶屏的快速驅動(dòng)，可理解為USB接口芯片的巧妙應用。