基于StellarisWare的电梯轿内TFT LCD显示及触屏设计

随着触摸屏的出现和触摸屏技术的飞速发展及日益成熟，触摸屏技术广泛应用于公共服务领域和电子产品设备，触摸屏技术也日益受到人们的青睐。触摸屏正在取代鼠标、键盘等传统输入设备，成为电子产品的重要组成部分。薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)是数字终端显示最理想的显示器件之一，触摸屏附在显示器表面，可根据对应触摸点字符获知触摸者的意图来显示内容，使得图形化的人机交互变得更加简单、直观和人性化[1]。带有触摸屏的TFT-LCD以其方便、大容量、高清晰和全彩色视频等优点被广泛应用于嵌入式系统设计中[2]。
电梯轿厢内显示系统是电梯乘坐人与电梯进行信息交流的重要渠道，为乘坐人提供电梯运行信息，使乘坐人可以方便、全面地了解电梯的运行状态。目前大部分电梯轿厢内显示电梯信息多采用传统LED显示，显示内容单调、有限，而电梯轿厢内楼宇广告，显示系统多采用独立广告机，成本高。所以设计和开发一套集显示和触摸式楼层选择一体的电梯轿内显示系统很有必要，可以播放彩色图片、数字等综合信息，可以改善封闭轿厢内环境，降低成本。对于图形显示，StellarisWare图形库提供了一套比较完整、快速的MCU图形显示方案，该方案移植方便，其强大的绘图功能可以根据具体的应用场合设计内容多样的人机交互界面，界面美观大方，可应用于高档电梯。
1 轿内显示器硬件设计
轿内显示器主要以微处理器为核心，根据触摸者意图处理并显示信息，并控制CAN通信模块与电梯主控器进行数据发送和接收，外部存储器是为了满足大量图像数据存储的需要，轿内显示器的功能模块框图如图1所示。

1.1 液晶显示器
LPC2478内部集成LCD控制器，支持薄膜晶体管TFT(Thin-Film Transistors)显示器，并且提供TFT-LCD控制信号HSYNV（水平同步信号）、VSYNC（垂直同步信号）、VDEN（数据使能信号）及LCDCLK（LCD时钟信号）的接口，简化了硬件设计。
轿内显示器使用了三菱公司的10.4寸LVDS(Low Voltage Differential Signaling)接口TFT-LCD AA104SG01，液晶背面驱动电路集成了LVDS接收器。因此需要差分信号发送器将LPC2478主控器输出TTL信号转为LVDS信号，传送到液晶面板侧的LVDS接收器以驱动TFT-LCD，其中差分信号发送器是用视频接口转换芯片DS90C383。DS90C383可以在一个时钟周期内结合控制信号将16 bit TTL数据转换成混合的3组LVDS数据流来驱动LCD，即TxOUT0、TxOUT1、TxOUT2，一组数据流包含7 bit数据。DS90C383输入输出信号映射关系以及LPC2478内置LCD控制器在RGB(R[4:0]G[5:0]B[4:0])模式下与DS90C383管脚连接如表1所示。

1.2 触摸屏接口设计
从工作原理上可以把触摸屏分为电阻式、电容式、红外线式、声表面波式等，这里采用目前最为普遍的四线电阻式触摸屏[3]。液晶显示器背面附有触摸屏驱动电路，是一个电阻式四线触摸屏，四线分别是X+（TSXP）、X-（TSXM）、Y+（TSYP）、Y-（TSYM），即X电极和Y电极的正负极，也是触摸屏接触点坐标数据输入端。
四线电阻式触摸板由两块透明的电阻层组成，分别是X板和Y板[4]。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的一层根据电压梯度可以测得接触点的电压，经过A/D转换便可知道接触点的坐标。由微处理器输出4个控制信号控制4 个MOS 管的通断，进而控制触摸屏4个电极Y+、Y-、X+、X-的通断。
1.3 外扩同步动态随机存储器
针对LCD高速图像显示过程中大量数据暂时存储的需要，采用了一种高速的图像存储方案，即中间缓存。SDRAM（Synchronous Dynamic RAM）作为数据中间缓存具有容量大、速度高、价格便宜和功耗低等优势[5]，是一种非常有效的方法，真正满足了高速、实时显示图像的要求。
LPC2478内置SDRAM控制器，可以实现SDRAM的逻辑控制[6]，主要信号有片选信号(SCS)、时钟信号(SCLK)、时钟使能信号(SCKE)、读写信号(WE)、页地址选择信号(BA[1:0])、行地址选择信号(A0~A12)、列地址选择信号(A0~A8)，采用分时复用的寻址方式，通过RAS和CAS信号来决定是行地址还是列地址，当RAS有效时，A0~A12是行地址；当CAS有效时，A0~A8是列地址信号。数据信号DATA[15:0]，其使能受DQM信号控制。SDRAM的地址范围为0xA000 0000~0xA200 0000（32 MB）。
2 软件设计
2.1 StellarisWare图形库移植
对于图形显示，StellarisWare图形库提供了快速的软件开发解决方案，既可以进行基本图形、文字绘制，也可以轻松实现常见的消息控件(Widget)的绘制。
2.1.1 按钮控件图形生成及图形预处理
StellarisWare软件包含了两个工具：LMI-button和pnmtoc，图形的生成及预处理可以通过这两个工具来完成。
(1)LMI-button工具可以把其他格式的图像保存为图形库可以识别的pnm格式，并且结合GIMP图像处理程序可以生成各种类型控件。
(2)pnmtoc工具压缩图像为C文件，主要是把pnm格式图像转换为图形库可以识别的C文件。运行Windows服务管理器并且输入命令：pnmtoc Image.pnm>Image.c，即可把Image.pnm图像生成图形库可以识别的C数组文件，默认名字为const unsigned char g_pucImage[]，在主函数中调用函数GrImageDraw(&MyContext,g_pucImage,0,0)就是从(0,0)点绘制g_pucImage图像。