基于嵌入式系统的彩色液晶显示驱动控制

随着液晶技术的提高、高性能嵌入式处理器的推出及其硬件成本的不断降低，彩色LCD在各嵌入式系统中的应用也越来越广泛。TFT-LCD是一种广泛应用于电视、笔记本电脑、监视器、手机等各个方面的有源矩阵液晶显示器件。与无源的简单矩阵不同，其显示屏的每个像素点上都制作了一个有源薄膜场效应管 TFT，通过对TFT的通断控制而实现对LCD的信号写入与显示控制，可有效克服LCD显示时的串扰，显著提高图像质量。LCD离不开驱动控制，驱动系统通常是由专用LCD控制器、微控制器及其相应软件构成的。PXA270中集成了一个LCD控制模块，在嵌入式系统中将PXA270与LCD结合将使系统的更加优化。本文分析了LCD的驱动控制原理，并以基于PXA270的开发装置XSBase270和Linux操作系统为平台，通过系统的软硬件设计，实现了对TFT-LCD的良好驱动控制。

1 TFT-LCD工作原理及等效

1.1 TFT-LCD彩色显示的基本原理

TFT-LCD是一种广泛应用于电视、笔记本电脑、监视器、手机等各个方面的有源矩阵液晶显示器件。彩色液晶显示器件分单色和多色（全彩色）两种，在全彩色的实现方式中技术成熟的是“微彩色膜”方式。TFT-LCD彩色显示原理如图1所示。它将点阵像素分割成红、绿、蓝3个子像素，并在其对应位置的器件内表面设置R、G、B三个微型滤色膜，此时液晶显示器件仅仅作为一个光阀，控制每个子像素光阀，就可以控制滤色膜透过光的通断，控制光阀的灰度等级，就可能控制相应滤色膜透过光的多少，利用R、G、B三个子像素透过的不同光量，便可以混合加色实现极为丰富的彩色。如果R、G、B三个子像素均可实现人眼对灰度的分辨能力64级灰度驱动，就可以实现有64*64*64约26万种彩色的“真彩色”。

1.2 TFT-LCD显示单元的等效

TFT-LCD每个像素从结构上可以看作像素电极和共同电极之间夹一层液晶，显示单元等效电路如图2所示。当薄膜场效应管TFT的栅极G与源极S未被选通时，TFT处于截止态，此时Roff的值达3.3×l011Ω，近似绝缘，故液晶像素上不能施加上电压，不能显示。当扫描线栅极G被选通，寻址线源极S也被同步选通时，TFT被打开，此时Ron仅1.4×106Ω左右，显示像素被信号写入。TFT的通断比大于106 ，可以满足液晶像素对通断比的要求,与无源的TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵相比，可有效地克服非选通时的串扰。写入的信息电压由于补偿电容CS和像素本身电容CLC的作用，在撤销写入后会自行保持一段时间。

2 PXA270及其嵌入式LCD控制器

Intel公司32位的嵌入式微处理器PXA270采用ARM构架、RISC技术和XScal核心的嵌入式微处理器，采用多级超级流水线，频率最高为624 MHz，低功耗、高性能，集成了众多的诸如LCD、脉宽调制、音频、红外、串口、多媒体无线通信等外设功能控制器与接口，广泛应用于各种嵌入式系统之中[1]。

LCD的寄存器组主要有LCCR0、LCCRl、LCCR2和LCCR3等：LCCR0用于配置彩色/单色、单屏/双屏、被动/主动显示选择等控制；LCCRl用于配置水平方向的扫描，如每行像点数PPL、水平同步时钟宽度HSW、行结束像点时钟等待计数ELW、行开始信号时钟等待计数BLW 等；LCCR2用于配置垂直方向的扫描，如每屏行数LPP、垂直同步脉冲宽度VSW、帧结束行时钟等待计数EFW、帧开始时钟等待计数BFW 等；LCCR3用于配置像素时钟频率以及各种同步脉冲的极性，如像素时钟分频参数PCD、每像素的位数BPP等。在DMA控制器被初始化后，输入FIFO 就会向DMA控制器发出服务请求，后者即从Frame Buffer里提取数据到输入FIFO。当输入像素数据编码位数小于16时，需将其转换为16位颜色编码经调色板输出，等于16位时则绕开调色板直接到输出FIFO。

3 LCD驱动的工作时序

图4所示为LCD驱动主动模式下的工作时序图。其中L_PCLK为像素时钟，用于把像素数据输入到LCD显示器中的移位寄存器中，针对于TFT- LCD连续跳变；L_LCLK为行扫描时钟，针对于TFT-LCD是水平同步信号，用于LCD显示器行显示的结束和把移位寄存器的行数据送到显示器中，并且行指针加1；L_FCLK为帧扫描时钟，针对于TFT-LCD是垂直同步信号，用于LCD显示器新的帧像素的开始，复位时行指针指向屏幕的顶部；L_BIAS是数据使能信号[2]。

4 微处理器与LCD显示屏的接口

显示驱动硬件主要由嵌入式LCD控制器、微处理器与LCD显示屏的接口等部分构成。

图5所示为PXA270微处理器与LCD接口原理图。由于PXA270集成了LCD控制单元，这使LCD接口的设计变得十分简单。只须电气连接，无须外扩LCD控制芯片。

L_DD[15:O]：像素点16位数据线，使用5红、6绿和5蓝实现不同颜色的显示，而TFT-LCD红、绿、蓝均有6个引脚，故将B0、