基于A(yíng)DSP-21160的液晶驅動(dòng)電路設計及系統軟件實(shí)現

　　薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)具有重量輕、平板化、低功耗、無(wú)輻射、顯示品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)，其應用領(lǐng)域正在逐步擴大，已經(jīng)從音像制品、筆記本電腦等顯示器發(fā)展到臺式計算機、工程工作站(EWS)用監視器。對液晶顯示器的要求也正在向高分辨率、高彩色化發(fā)展。

　　由于CRT顯示器和液晶屏具有不同的顯示特性，兩者的顯示信號參數也不同，因此在計算機(或MCU)和液晶屏之間設計液晶顯示器的驅動(dòng)電路是必需的，其主要功能是通過(guò)調制輸出到LCD電極上的電位信號、峰值、頻率等參數來(lái)建立交流驅動(dòng)電場(chǎng)。

　　本文實(shí)現了將VGA接口信號轉換到模擬液晶屏上顯示的驅動(dòng)電路，采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP-21160來(lái)實(shí)現驅動(dòng)電路的主要功能。

　　硬件電路設計

　　AD9883A是高性能的三通道視頻ADC可以同時(shí)實(shí)現對RGB三色信號的實(shí)時(shí)采樣。系統采用32位浮點(diǎn)芯片ADSP-21160來(lái)處理數據，能實(shí) 時(shí)完成伽瑪校正、時(shí)基校正、圖像優(yōu)化等處理，且滿(mǎn)足了系統的各項性能需求。ADSP-21160有6個(gè)獨立的高速8位并行鏈路口，分別連接ADSP- 21160前端的模數轉換芯片AD9883A和后端的數模轉換芯片ADV7125。ADSP-21160具有超級哈佛結構，支持單指令多操作數 (SIMD)模式，采用高效的匯編語(yǔ)言編程能實(shí)現對視頻信號的實(shí)時(shí)處理，不會(huì )因為處理數據時(shí)間長(cháng)而出現延遲。

　　系統硬件原理框圖如圖1所示。系統采用不同的鏈路口完成輸入和輸出，可以避免采用總線(xiàn)可能產(chǎn)生的通道沖突。模擬視頻信號由AD9883A完成模數轉 換。AD9883A是個(gè)三通道的ADC，因此系統可以完成單色的視頻信號處理，也可以完成彩色的視頻信號處理。采樣所得視頻數字信號經(jīng)鏈路口輸入到 ADSP-21160，完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125，完成數模轉換。ADV7125是三通道的DAC，同樣也可以用于處理彩色信號。輸 出視頻信號到灰度電壓產(chǎn)生電路，得到驅動(dòng)液晶屏所需要的驅動(dòng)電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標志腳，可用于接受外部控制信號，給系統及其 模塊發(fā)送控制信息，以使整個(gè)系統穩定有序地工作。例如，ADSP-21160為灰度電壓產(chǎn)生電路和液晶屏提供必要的控制信號。另外，系統還設置了一些 LED燈，用于直觀(guān)的指示系統硬件及DSP內部程序各模塊的工作狀態(tài)。

　　圖1 系統硬件原理框圖

　　本設計采用從閃存引導的方式加載DSP的程序文件，閃存具有很高的性?xún)r(jià)比，體積小，功耗低。由于本系統中的閃存既要存儲DSP程序，又要保存對應于 不同的伽瑪值的查找表數據以及部分預設的顯示數據，故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL，既能保存程序代碼，又能保存必要的數據信息。

　　圖2為DSP與閃存的接口電路。因為采用8位閃存引導方式，所以ADSP-21160地址線(xiàn)應使用A20～A0，數據線(xiàn)為D39～32，讀、寫(xiě)和片選信號分別接到閃存相應引腳上。

　　圖2 DSP和Flash的接口電路

　　系統功能及實(shí)現

　　本設計采用ADSP-21160完成伽瑪校正、時(shí)基校正、時(shí)鐘發(fā)生器、圖像優(yōu)化和控制信號的產(chǎn)生等功能。

　　1.伽瑪校正原理

　　在LCD中，驅動(dòng)IC/LSI的DAC圖像數據信號線(xiàn)性變化，而液晶的電光特性 是非線(xiàn)性，所以要調節對液晶所加的外加電壓，使其滿(mǎn)足液晶顯示亮度的線(xiàn)性，即伽瑪(γ)校正。γ校正是一個(gè)實(shí)現圖像能夠盡可能真 實(shí)地反映原物體或原圖像視覺(jué)信息的重要過(guò)程。利用查找表來(lái)補償液晶電光特性的γ校正方法能使液晶顯示系統具有理想的傳輸函數。未校正時(shí)液晶顯 示系統的輸入輸出曲線(xiàn)呈S形。伽瑪表的作用就是通過(guò)對ADC進(jìn)來(lái)的信號進(jìn)行反S形的非線(xiàn)性變換，最終使液晶顯示系統的輸入輸出曲線(xiàn)滿(mǎn)足實(shí)際要求。

　　LCD的γ校正圖形如圖3所示，左圖是LCD的電光特性曲線(xiàn)圖，右圖是LCD亮度特性曲線(xiàn)和電壓的模數轉換圖。

　　圖3 LCD的γ校正示意圖

　　2.伽瑪校正的實(shí)現

　　本文采用較科學(xué)的γ校正處理技術(shù)，對數字三基色視頻信號分別進(jìn)行數字γ校正(也可以對模擬三基色視頻信號分別進(jìn)行γ校正)。在完成γ校正的同時(shí)，并不損失灰度層次，使全彩色顯示屏圖像更鮮艷，更逼真，更清晰。

　　某 單色光γ調整過(guò)程如圖4所示，其他二色與此相同。以單色光γ調整為例：ADSP-21160 首先根據外部提供的一組控制信號，進(jìn)行第一次查表，得到γ調整系數(γ值)。然后根據該γ值和輸入的顯示數據進(jìn)行第 二次查表，得到經(jīng)校正后的顯示數據。第一次查表的γ值是通過(guò)外部的控制信號輸入到控制模塊進(jìn)行第一次查表得到的。8位顯示數據信號可查表數字 0～255種灰度級顯示數據(γ校正后)。

　　圖4 單色光γ調整的過(guò)程

　　· 圖像優(yōu)化

　　為了提高圖像質(zhì)量，ADSP-21160內部還設計了圖像效果優(yōu)化及特技模塊，許多 在模擬處理中無(wú)法進(jìn)行的工作可以在數字處理中進(jìn)行，例如，二維數字濾波、輪廓校正、細節補償頻率微調、準確的彩色矩陣(線(xiàn)性矩陣電路)、黑斑校正、g校 正、孔闌校正、增益調整、黑電平控制及雜散光補償、對比度調節等，這些處理都提高了圖像質(zhì)量。

　　數字特技是對視頻信號本身進(jìn)行尺寸、位置變 化和亮、色信號變化的數字化處理，它能使圖像變成各種形狀，在屏幕上任意放縮、旋轉等，這些是模擬特技無(wú)法實(shí)現的。還可以設計濾波器來(lái)濾除一些干擾信號和 噪聲信號等，使圖像的清晰度更高，更好地再現原始圖像。所有的信號和數據都是存儲在DSP內部，由它內部產(chǎn)生的時(shí)鐘模塊和控制模塊實(shí)現的。

　　· 時(shí)基校正及系統控制

　　由于A(yíng)DSP-21160內部各個(gè)模塊的功能和處理時(shí)間不同，各模塊之間 存在一定延時(shí)，故需要進(jìn)行數字時(shí)基校正，使存儲器最終輸出的數據能?chē)栏駥R，而不會(huì )出現信息的重疊或不連續。數字時(shí)基校正主要用于校正視頻信號中的行、場(chǎng) 同步信號的時(shí)基誤差。首先，將被校正的信號以它的時(shí)基信號為基準寫(xiě)入存儲器，然后，以TFT-LCD的時(shí)基信號為基準讀出，即可得到時(shí)基誤差較小的視頻信 號。同時(shí)它還附加了其他功能，可以對視頻信號的色度、亮度、飽和度進(jìn)行調節，同時(shí)對行、場(chǎng)相位、負載波相位進(jìn)行調節，并具有時(shí)鐘臺標的功能。

　　控 制模塊主要負責控制時(shí)序驅動(dòng)邏輯電路以管理和操作各功能模塊，如顯示數據存儲器的管理和操作，負責將顯示數據和指令參數傳輸到位，負責將參數寄存器的內容 轉換成相應的顯示功能邏輯。內部的信號發(fā)生器產(chǎn)生控制信號及地址，根據水平和垂直顯示及消隱計數器的值產(chǎn)生控制信號。此外，它還可以接收外部控制信號，以 實(shí)現人機交互，從而使該電路的功能更加強大，更加靈活。

　　此外，ADSP21160的內部還設計了I2C總線(xiàn)控制模塊，模擬I2C總線(xiàn)的工作，為外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行時(shí)鐘信號)和SDA(雙向串行數據信號)。模擬I2C工作狀態(tài)如圖5和圖6所示。

　　圖5 串行端口讀/寫(xiě)時(shí)序

　　圖6串行接口-典型的字節傳送

　　系統軟件實(shí)現

　　在軟件設計如圖7所示，采用Matlab軟件計算出校正值，并以查找表的文件形式存儲，供時(shí)序的調用。系統上電開(kāi)始，首先要完成ADSP- 21160的一系列寄存器的設置，以使DSP能正確有效地工作。當ADSP-21160接收到有效的視頻信號以后，根據外部控制信息確定γ 值。為適應不同TFT-LCD屏對視頻信號的顯示，系統可以通過(guò)調整γ值，以調節顯示效果到最佳。再如圖4所示，對先前預存的文件進(jìn)行查表， 得到所需的矯正后的值，然后暫存等待下一步處理。系統還可以根據視頻信號特點(diǎn)和用戶(hù)需要完成一些圖像的優(yōu)化和特技，如二維數字濾波、輪廓校正、增益調整、 對比度調節等。這些操作可由用戶(hù)需求選擇性使用。利用ADSP-21160還可以實(shí)現圖像翻轉、停滯等特技。最后進(jìn)行數字時(shí)基校正，主要用于校正視頻信號 中的行、場(chǎng)同步信號的時(shí)基誤差，使存儲器最終輸出的數據能?chē)栏駥R，而不會(huì )出現信息的重疊或不連續。除了以上所述的主要功能以外，ADSP-21160還 根據時(shí)序控制信號，為灰度電壓產(chǎn)生電路和TFT-LCD屏提供必要的控制信號。另外，ADSP-21160還能設置驅動(dòng)通用I/O腳配置的LED燈，顯示 系統工作狀態(tài)。

　　圖7 軟件流程圖

　　結束語(yǔ)

　　本文介紹了基于A(yíng)DSP-21160的液晶驅動(dòng)電路設計。該驅動(dòng)電路能完成伽馬校正、圖像優(yōu)化及時(shí)基校正等功能，并能提供具有足夠驅動(dòng)能力的時(shí)序和 邏輯控制信號，能驅動(dòng)大部分的TFT-LCD。用ADSP-21160設計驅動(dòng)電路實(shí)時(shí)性好、通用性強、速度快且高效;而且還能在A(yíng)DSP-21160中 嵌入其他功能模塊控制，增強系統的功能。這樣不僅充分利用了ADSP-21160資源，又節省了外部資源，簡(jiǎn)化了硬件電路的設計。作者將SONY的 LCX029CPT顯示屏應用在本文所設計的驅動(dòng)電路上，顯示出質(zhì)量很高的圖像，因此該設計滿(mǎn)足驅動(dòng)液晶顯示器的要求。