基于DM642的TFT-LCD顯示設(shè)計(jì)

苑瑋琦，朱林貴

（沈陽工業(yè)大學(xué) 視覺檢測(cè)技術(shù)研究所，遼寧 沈陽 110870）

數(shù)字信號(hào)處理是利用數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工的理論和技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）主要是用于完成各種實(shí)時(shí)數(shù)字信息的微處理器，其強(qiáng)大、快速的運(yùn)算能力尤其適用于圖形圖像處理方面[1]。相比于其他微處理器，DSP主要具有以下特點(diǎn)：

1）一個(gè)指令周期內(nèi)能夠完成一次乘法和一次加法；

2）以及快速的中斷處理和硬件I/O支持；

3）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；

4）片內(nèi)具有快速RAM，能夠通過獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩邊進(jìn)行同時(shí)訪問；

5）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；

6）支持流水線操作，使得取址、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

TFT（Thin Film Transistor）LCD即薄膜場效應(yīng)晶體顯示器，是有源矩陣類型液晶顯示器（AM-LCD）中的一種，是將微電子與液晶顯示器技術(shù)巧妙結(jié)合的一種技術(shù)，在TFT-LCD中，TFT相當(dāng)于一個(gè)三端開關(guān)管[2]。相比于CRT顯示器件，TFTLCD在亮度、對(duì)比度、功耗、壽命、體積、重量以及顯示全色視頻圖像等綜合性能上具有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，其性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好、自動(dòng)化程度高、原材料成本低廉、無X射線輻射，因而發(fā)展空間更為廣闊，已成為當(dāng)前儀器儀表中的主流產(chǎn)品，尤其是電子產(chǎn)品中不可或缺的一部分。如果能將TFT-LCD完美嵌入到DSP系統(tǒng)中，對(duì)圖像處理技術(shù)的發(fā)展將有積極的意義。

1 TMS320DM642介紹

TI的TMS320DM642是一款主要面向視頻/圖像數(shù)字媒體的高性能數(shù)字信號(hào)處理器，相比C5000系列芯片，DM642具有更為豐富的片上資源：

1）DM642工作頻率由內(nèi)部倍頻器設(shè)置，而根據(jù)相應(yīng)的指令周期 2，1.67，1.39 ns， 可以分別達(dá)到 500、600 或 720 MHz的時(shí)鐘頻率[3]。每周期執(zhí)行8條32位指令，一定程度上解決了采用C5509芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理所出現(xiàn)的運(yùn)行速度略慢的問題。

2）具有3個(gè)可編程視頻端口VP0VP2，每個(gè)視頻端口都可以采集/顯示原始數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以發(fā)送和接收數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，極大地方便了圖像的采集[4]。并支持多種協(xié)議的視頻標(biāo)準(zhǔn)，方便設(shè)計(jì)中選擇。

3）具有1個(gè)64位外部存儲(chǔ)接口EMIF，具有異步或同步多字并行數(shù)據(jù)傳輸能力。并有高達(dá)1024 Mbyte的可尋址外部存儲(chǔ)空間，設(shè)計(jì)中無需再擔(dān)心內(nèi)存空間不足。同時(shí)，EMIF可以通過EDMA與存儲(chǔ)空間直接關(guān)聯(lián)，整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程與CPU工作并行，增加了算法執(zhí)行的時(shí)間效率。

4）具有兩個(gè)多通道串行接口McBSPs，可進(jìn)行全雙工通信，并可以收發(fā)獨(dú)立的幀同步和時(shí)鐘信號(hào)。同時(shí)，其雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)傳輸還可以利用外部時(shí)鐘或片內(nèi)可編程時(shí)鐘。

5）具有1個(gè)支持10/100Mbps的EMAC以太網(wǎng)口，可以進(jìn)行半雙工或全雙工的通信，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和接收。同時(shí)控制DSP中數(shù)據(jù)包在物理層的流動(dòng)。

6）具有1個(gè)總線模塊，同時(shí)配有專門的時(shí)鐘端口SCL及數(shù)據(jù)端口SDA，能和符合飛利浦總線標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備建立連接。其快速模式下的傳輸速率高達(dá)400 Kbps。

7）提供16位專門的通用輸入/輸出端口GPIO，無需再將數(shù)據(jù)總線口配成GPIO口使用。

2 SM-35HDY37BV02點(diǎn)陣屏簡介

SM-35HDY37BV02點(diǎn)陣屏主要由液晶顯示屏和觸摸芯片兩部分組成。

其中液晶顯示部分為薄膜晶體管，意即每個(gè)液晶像素點(diǎn)都是由集成在像素點(diǎn)后的薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)，分辨率為320*RGB*480（即豎屏?xí)r每一行有320個(gè)點(diǎn)，總共480行，橫屏則一共320行，每行480個(gè)點(diǎn)，一共320*480個(gè)像素點(diǎn)）的大點(diǎn)陣屏，由ILI9481驅(qū)動(dòng)，有多種接口模式，如：8位、9位、16位及18位的并行接口（DBI顯示總線接口）模式；6位、16位、18位位寬的RGB接口（DPI顯示像素接口）模式；VSYNC（System interface+VSYNC）接口模式等。根據(jù)實(shí)際需要，使用不同的接口模式可以顯示所需要的圖片、字符或文字等。本文主要介紹使用16位DBI總線模式顯示圖像及文字。

觸摸芯片采用ADI公司生產(chǎn)的四線式觸摸屏控制器ADS7846。ADS7846是一種典型的逐次逼近比較寄存器型（SAR）A/D變換器，支持1.5 V到5.25 V間的低壓I/O接口，包含取樣/保持功能，一般應(yīng)用于電阻式觸摸屏輸入系統(tǒng)中[5]。使用時(shí)，通過片內(nèi)模擬電子開關(guān)的切換，將X+（Y+）接電源，X-（Y-）接地，并以差動(dòng)的形式接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。根據(jù)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的電壓不同，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得觸點(diǎn)的輸出值，而該輸出值與觸點(diǎn)的位置成近似線性關(guān)系，從而迅速采集觸屏上觸點(diǎn)位置數(shù)據(jù)。可用于芯片溫度檢測(cè)、觸摸壓力檢測(cè)、電源檢測(cè)等。

3 硬件構(gòu)成

3.1 顯示電路硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Ti公司的TMS320DM642作為圖像的識(shí)別處理芯片，采用由ILI9481驅(qū)動(dòng)的TFT-LCD顯示圖像及文字信息。其中顯示屏可以看作是一個(gè)異步寄存器，兩者之間通過DM642外部存儲(chǔ)接口EMIF的異步寄存器接口模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。其接口電路如圖1。

圖1 顯示電路硬件電路Fig.1 Hardware interface circuit

根據(jù)LCD的寫時(shí)序 （如圖2），CSX片選端為低電平時(shí)有效，接 EMIFA（C64x 有兩個(gè) EMIF，分別為 EMIFA，EMIFB，而DM642只有EMIFA）的CEn（EMIF一共有4組片選信號(hào)，每一組選擇一個(gè)確定的地址空間，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮是否被占用，本系統(tǒng)選擇CE2）以選定EMIF尋址的地址空間；同時(shí)將顯示屏的16位數(shù)據(jù)總線DB[15:0]與CE2中的低 16位總線 ED[15:0]相連。D/CX為寄存器選擇端，用于數(shù)據(jù)或者命令信號(hào)的選擇，由DM642的GPIO2口控制。置低時(shí)，指向命令寄存器，置高則從主設(shè)備接收數(shù)據(jù)。WRX為顯示屏的寫控制端口，接EMIF的AWE讀控制端，低電平時(shí)，寫入命令或數(shù)據(jù)。RESX為復(fù)位端，可以通過DM642的GPIO口或者外接三極管進(jìn)行復(fù)位。

圖2 液晶屏寫時(shí)序Fig.2 The write timing of LCD

3.2 觸摸芯片的嵌入

觸摸功能通過SPI（Serial Peripheral interface）協(xié)議實(shí)現(xiàn)，顧名思義即串行外圍設(shè)備接口，是一種四線同步全雙工串行總線。

SPI協(xié)議是一種主從傳輸模式，由主模式端時(shí)鐘決定主模式端與從模式端的通信，當(dāng)檢測(cè)到主模式端時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸開始，時(shí)鐘結(jié)束則傳輸結(jié)束。同時(shí)傳輸過程使能從模式端將DM642的McBSP配置為SPI主模式端，ADS7846為從模式端，兩者通過SPI同步數(shù)據(jù)傳輸方式完成通信[6]。

首先，由DM642控制GPIO9輸出低電平，此時(shí)CS片選信號(hào)有效。McBSP口輸出時(shí)鐘SCLK信號(hào)或者命令字到DIN上，BUSY變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，表示ADS7846工作在忙時(shí)狀態(tài)；SCLK的每個(gè)上升沿到來時(shí)，ADS7846采集DIN數(shù)據(jù)，接收McBSP端發(fā)出的控制命令；在SCLK的第8個(gè)上升沿，指令結(jié)束；第8個(gè)下降沿處，DIN停止發(fā)送命令數(shù)據(jù)，變?yōu)楦咦瑁珹DS7846的BUSY變?yōu)楦唠娖剑訒r(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期，期間ADS7846執(zhí)行操作命令結(jié)束；在SCLK上升沿McBSP通過接收時(shí)鐘CLKR，采集DOUT傳輸?shù)紻R引腳的輸出數(shù)據(jù)，共12位，由高到低。當(dāng)發(fā)送到第8個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，McBSP開始下一個(gè)命令；重復(fù)上述過程，獲得觸屏信息。

兩者間對(duì)應(yīng)的接口如表1所示。

DM642和觸摸芯片的接口電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 顯示部分

系統(tǒng)主要用于顯示圖像以及文字信息。

表1 McBSP接口信號(hào)及對(duì)應(yīng)ADS7846引腳Tab.1 The McBSP interface signal and pins of ADS7846

圖3 觸摸芯片的硬件設(shè)計(jì)Fig.3 The write timing of LCD

圖片顯示需要注意真彩色LCD的設(shè)置：C語言數(shù)組、水平掃描、16位真彩色以及圖片的容量大小等。首先進(jìn)行寄存器的初始化工作，程序如下：

address_set（0， 0，319，479）； //i，j，

for（i=0； i<320； i++）

{

for（j=0； j<480； j++）

{

dd=（unsigned int）gImage_mm[i*480*2+j*2+1]<<8；

dd=dd|（unsigned int）gImage_mm[i*480*2+j*2]；

LCD_WriteRAM（dd）；

}

}

LCD_WriteRAM_Ready（）；

此外，特別需要注意地址的設(shè)置，地址設(shè)置與原圖片的尺寸有差別時(shí)會(huì)導(dǎo)致圖片無法正常顯示。

顯示字符時(shí)，一般的字模軟件產(chǎn)生的都是8bit的數(shù)組，所以在前輩的基礎(chǔ)上，將顯示字符的程序做了一點(diǎn)小小的改動(dòng)。

首先，產(chǎn)生16 bit的數(shù)組：

extern const uc16 ASCII_Table[]={

0x06，0x40，0x38，0x50，0x08，0x48，0x08，0x48，0x08，0x4 0，0xFF，0xFE，0x08，0x40，0x08，0x48，

0x0E，

0x28，0x38，0x30，0xC8，0x20，0x08，0x50，0x09，0x92，0x08，0x0 A，0x28，0x06，0x10，0x02，}

顯示程序：

void ili9481_PutCharz （u16 x，u16 y，unsigned char z，u16 charColor，u16 bkColor）

{

u16 i=0；

u16 j=0；

u16 m=0；

u16 tmp_char=0；

uc16*hz；

hz=ASCII_Table；

address_set（0，0，319，479）；

while（z--）

{

for （i=0；i<16；i++）

{

for（m=0；m<2；m++）

{

tmp_char=*hz；

for（j=0；j<8；j++）

{

if（ （tmp_char>>7-j） &0x01==0x01）

{

ili9481_SetPoint（x+j+8*m，y+i，charColor）； //字符顏色

}

else

{

ili9481_SetPoint（x+j+8*m，y+i，bkColor）； //背景顏色/

}

}

hz=hz++；

}

}

x=x+16；

}

}

4.2 SPI協(xié)議

完成觸摸芯片的硬件連接后，需要編寫相應(yīng)的程序才能進(jìn)行操作。McBSP_ADS7846簡單的程序流程圖如圖4所示。

圖4 McBSP_ADS7846應(yīng)用程序流程Fig.4 The flow chart of McBSP_ADS7846

5 結(jié)束語

TFT-LCD作為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，在家電、汽車等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。由ILI9481驅(qū)動(dòng)的顯示屏在當(dāng)前的電子產(chǎn)品尤其是手機(jī)行業(yè)中有著極為廣泛的應(yīng)用。一般通過ARM微處理器進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹TFT-LCD與DSP處理器之間的設(shè)計(jì)。調(diào)試過程需要注意的是ILI9481的初始化、位置地址的設(shè)置等問題，同時(shí)，橫豎屏的使用也會(huì)對(duì)顯示造成很大的影響（推薦使用豎屏顯示）。

相比C5000系列的DSP芯片，C6000系列更適用于圖像技術(shù)的處理，同時(shí)在內(nèi)存空間及識(shí)別速度上也有了較大的提升。

[1]鄭紅，劉振強(qiáng)，李振.嵌入式DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)例分析[S].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[2]郭本振，李聲晉，盧剛.基于DSP和LCD觸摸屏的車載信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液晶與顯示，2011，26（1）：83-87.GUO Ben-zhen，LI Sheng-jin，LU Gang.Design of vebicle information system based on DSP and LCD touch screen[J].Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2011，26（1）:83-87.

[3]圣冬冬.基于DM642的視頻處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（2）：168-172.SHENG Dong-dong.Hardware design of video processing system based on DM642[J].Electronic Eesign Engineering，2011，19（2）：168-172.

[4]趙娟娟，陳戈珩，李中華.基于TMS320DM642的圖像采集模塊設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2008（1）：12-14.ZHAO Juan-juan，CHEN Ge-heng，LI Zhong-hua.Design of image capture system based on TMS320DM642[J].Electronic Design Engineering，2008（1）12-14.

[5]王選民，李明利，張利川，等.基于ADS7846的電阻式觸摸屏接口設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（11）：88-90.WANGXuan-min，LIMing-li，ZHANGLi-chuan，et al.Interface design of resistive touch screen based on ADS7846[J].Modderm Electronics Technique，2010（11）：88-90.

[6]孟勃，朱明.基于McBSP實(shí)現(xiàn)DSP與串行Flash之間的接口通訊[J].電子器件，2006，29（3）：920-924.MENG Bo，ZHU Ming.Interface design between the DSP Chip TMS320VC5509 and serial flash based on cbsp[J]Chinese Journal of Electron Devices，2006，29（3）：920-924.