基于CY7C68013的液晶驅(qū)動電路設(shè)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(shè)計中常常會使用TFT液晶屏,現(xiàn)在常用的屏大部分都是高性能的。因為TFT液晶屏的生產(chǎn)廠商很多,標(biāo)準也不統(tǒng)一, TFT液晶屏往往不能與TFT液晶控制器無粘合連接,所以在使用TFT液晶屏?xí)r,廠家還會推薦使用其專為TFT液晶屏設(shè)計的時序芯片。TFT液晶屏價格很高,控制器成本也非常高^[1]。而在很多智能儀表和工業(yè)控制中并不需要動態(tài)畫面，除一些數(shù)據(jù)或局部圖象變化外，背景圖像基本不變。本設(shè)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640×480的TFT-LCD。采用USB接口控制芯片來驅(qū)動液晶屏的顯示無疑是一個很好的解決方案。

1芯片簡介：

1.1 CY7C68013芯片^[2]

CY7C68013是Cypress公司推出的USB2.0集成微處理芯片，片上集成了一個串行接口引擎（SIE）、一個USB收發(fā)器、增強型8051單片機（其指令系統(tǒng)與普通8051單片機完全兼容）及一個8.5kB片上RAM、一個4 KB FIFO存儲器及一個通用可編程接口（GPIF），這2個通用外部接口可實現(xiàn)USB2.0的高速傳輸。SIE負責(zé)和USB收發(fā)器、USB接口進行數(shù)據(jù)交換，大大簡化固件編程。SIE執(zhí)行基本的2.0協(xié)議操作，釋放MCU（這里是8051芯片）去處理應(yīng)用程序的請求，使得68013雖使用低價格的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進行“無縫粘接” 。

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480×234的TFT-LCD，具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等特點，同時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（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。可廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表及各種視頻顯示的場合。LQ64D343的主要參數(shù)如下：

 2  硬件原理設(shè)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(dāng)它工作于Slave FIFO模式時，外部邏輯可像普通FIFO那樣對它的端點數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行讀寫與控制，通過FX2的內(nèi)部端點FIFO，USB數(shù)據(jù)在主機和外部邏輯之間傳輸，而不需FX2設(shè)備CPU的任何干預(yù)。這時僅將FX2設(shè)備作為USB與外部邏輯間的一個通道。在GPIF模式下，CY7C68013作為一個內(nèi)部控制器，可由軟件編程輸出讀寫控制。CY7C68013作為USB接口實現(xiàn)對液晶屏顯示驅(qū)動，提供了FIFO接口實現(xiàn)與LQ064V3DG01連接，并實現(xiàn)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程。系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 基于CY7C68013的液晶驅(qū)動設(shè)計的系統(tǒng)框圖

CY7C68013共有4個支持USB2.0高速傳輸?shù)摹按蟆倍它c（2個IN端點和2個OUT端點）和4KB片內(nèi)RAM，該RAM 可配置為4個“大”端點的FIFO，其中2個“大”端點可以配置為雙、三、四緩沖區(qū)（FIFO），一個“大”端點最大可配置為2KB FIFO，更重要的是該芯片提供了兩個用于實現(xiàn)USB2.0高速傳輸?shù)目删幊掏獠吭O(shè)備接口以及Slave FIFO和GPIF，這2個通用外部接口可通過與4個“大”端點協(xié)調(diào)工作來實現(xiàn)USB2.0的高速傳輸,本設(shè)計只討論Slave FIFO可編程外部設(shè)備接口在設(shè)計中驅(qū)動液晶屏的應(yīng)用。

本設(shè)計為了便于顯示中文信息和常用圖片，采用了一片32K×8的高速靜態(tài)RAM（型號為CY7C1399BN）作為數(shù)據(jù)暫存器。 可存放容量比較大的字庫和一些常用小圖標(biāo)等數(shù)據(jù)信息（如儀表中的一些常用圖標(biāo)和工控中的設(shè)備圖標(biāo)），這樣在顯示的過程當(dāng)中不僅可以顯示背景圖像，還可以動態(tài)顯示數(shù)字、中文和小圖標(biāo)。數(shù)據(jù)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(shè)計中程序存儲器選用24LCxx序列，可通過跳線選擇，這里以24LC64為例。24LC64是8K×8位電擦除可編程只讀存儲器，能進行在線修改，并能在斷電的情況下保持修改結(jié)果。24LC64的讀操作與普通的E²PROM的讀出相同，在寫入一個字節(jié)的指令碼或數(shù)據(jù)前，自動地對所要寫入的單元進行擦除，因而無需進行專門的字節(jié)/芯片擦除操作，從這個意義上講，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(shù)據(jù)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(shè)計完之后，最后實現(xiàn)液晶顯示屏與控制器CY7C68013之間的連接，在連接過程中要考慮的問題就是要使紅綠藍三色數(shù)據(jù)信號線上的數(shù)據(jù)同步，并且保持相互獨立。至于同步我們可以根據(jù)軟件的設(shè)計或者是對CY7C68013進行設(shè)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。外部邏輯通過一條8位或16位數(shù)據(jù)總線訪問FIFO。每個FIFO的控制寄存器(EPxFIFOCFG.0)的WORDWIDE位控制數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是8位還是16位：

①當(dāng)WORDWIDE=0時數(shù)據(jù)總線為8位模式，F(xiàn)D[7:0]占用B端口。

②當(dāng)WORDWIDE=1時數(shù)據(jù)總線為16位模式，F(xiàn)D[15:8]、FD[7:0]分別占用D、B端口。當(dāng)FIFO端口中有一個設(shè)置為16位數(shù)據(jù)線模式，不管當(dāng)前的FIFOADR[1:0]是多少，端口D都不能用作I/O口。

雖然將FIFO數(shù)據(jù)總線設(shè)置為16位模式，但是還不能夠滿足LQ064V3DG01的6bit×3 =18bits 顏色顯示的的需求。設(shè)計中通過降低顏色性能來簡化電路，就將LQ064V3DG01三色數(shù)字信號線的最低位與低電平相連接，因為三色數(shù)字信號線的低位對顏色的影響不大，實際上將262K的顯示顏色變成32K的顯示顏色，同時可以節(jié)約三根數(shù)據(jù)總線，可用FIFO的16位數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)三色數(shù)字信號的傳輸。這樣三色數(shù)字信號的同步性和獨立性問題都得以解決了。

設(shè)計當(dāng)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，可以通過對8051設(shè)置CPUCS.1=1達到CLKOUT端口輸出頻率為24MHZ，此時與典型的顯示頻率比較接近。如果送入液晶屏的時鐘頻率過低的話就會導(dǎo)致顯示畫面的質(zhì)量下降，還可能會出現(xiàn)閃爍等不理想的現(xiàn)象。

橫縱向同步信號可以決定行同步和場同步，如果將H_sync、V_sync兩引腳同為負極性時顯示屏工作在480行顯示模式下。在這里將H_sync、V_sync與CY7C68013的數(shù)據(jù)線D0和D1相連，可以通過軟件設(shè)計達到所需目的。該液晶屏還可以實現(xiàn)上下翻轉(zhuǎn)、左右鏡像的功能，本設(shè)計中沒有用到這些功能，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(shè)計

固件程序是所有基于微控制器及其外圍電路的功能設(shè)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(yīng)的功能，主要實現(xiàn)系統(tǒng)初始化、輔助硬件完成設(shè)備的重新列舉過程、模擬設(shè)備的斷開與重新連接、對中斷的處理、數(shù)據(jù)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(nèi)核性能，可達到標(biāo)準8051的5-10倍，且與標(biāo)準8051的指令完全兼容，固件程序通過執(zhí)行8051代碼完成相應(yīng)的功能。Cypress公司的網(wǎng)站提供了CY7C68013芯片的開發(fā)工具包下載，該開發(fā)包提供了開發(fā)固件程序的所需的一些資源，如Keil μVision2集成開發(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(dǎo)方式，一種是存儲在EEPROM上，通過上電后的自檢自動將固件程序加在CY7C68013上；另一種方式是通過主機將固件程序下載到CY7C68013。在設(shè)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(jié)

本設(shè)計主要應(yīng)用于智能儀表和工業(yè)控制，但從設(shè)計中可以看出，由于使用了CY7C68013的Slave FIFO，數(shù)據(jù)傳輸速率相當(dāng)快，完全可以滿足視頻應(yīng)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(yīng)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:通過利用CY7C68013的USB接口技術(shù)和Slave FIFO實現(xiàn)TFT液晶屏的快速驅(qū)動，可理解為USB接口芯片的巧妙應(yīng)用。