实验 4 S3C2410 LCD 的驱动控制实验一、实验目的1.学习 LCD与 ARM 的 LCD的控制器的接口原理；2.掌握内置 LCD控制器驱动编写方法；3.学习调用简单的 GUI绘图。二、实验设备硬件： UP-TECH S2410/P270 DVP 嵌入式实验平台、 PC 机Pentium 500 以上, 硬盘10G 以上。软件： PC 机操作系统 REDHAT LINUX 9.0 超级终端（或X-shell ） ARM-LINUX 开发环境。三、预备知识学习LCD 显示器的基本原理，理解其驱动控制方法。掌握两种LCD 驱动方式的基本原理和方法。并用编程实现 : 1用总线方式直接驱动带有驱动模块的LCD 。2用ARM 内置的 LCD 控制器来驱动 LCD 。四、实验原理1LCD （Liquid Crystal Display）原理液晶得名于其物理特性：它的分子晶体，以液态存在而非固态。这些晶体分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点：1、如果让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向方向进行排列， 如果没有电流，它们将会彼此平行排列。2、如果提供了带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。液晶的第三个特性是很神奇的：液晶层能使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤除了那些从特殊方向射入之外的所有光线。此外，如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。 液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。 上表面也是如此， 在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页表面之间呈一定的角度时， 液晶随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。结果便是这个扭曲的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转。 如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过(如图A)，而没有发生扭转的光线 (如图B)将被阻碍。因此可以通过电流的通断改变LCD 中的液晶排列，使光线在加电时射出， 而不加电时被阻断。 也有某些设计为了省电的需要，有电流时，光线不能通过，没有电流时，光线通过。LCD 显示器的基本原理就是通过给不同的液晶单元供电，控制其光线的通过与否，从而达到显示的目的。 因此，LCD 的驱动控制归于对每个液晶单元的通断电的控制，每个液晶单元都对应着一个电极，对其通电，便可使光线通过（也有刚好相反的，即不通电时光线通过，通电时光线不通过）。2电致发光LCD 的发光原理是通过控制加电与否来使光线通过或挡住，从而显示图形。光源的提供方式有两种： 透射式和反射式。笔记本电脑的 LCD 显示屏即为透射式，屏后面有一个光源，因此外界环境可以不需要光源。 而一般微控制器上使用的LCD 为反射式，需要外界提供光源，靠反射光来工作。电致发光（EL）是液晶屏提供光源的一种方式。电致发光的特点是低功耗，与二极管发光比较而言体积小。电致发光（ EL）是将电能直接转换为光能的一种发光现象。电致发光片是利用此原理经过加工制作而成的一种发光薄片，如图7-2 所示。其特点是：超薄、高亮度、高效率、低功耗、 低热量、可弯曲、抗冲击、 长寿命、多种颜色选择等。因此，电致发光片被广泛应用于各种领域。3LCD 的驱动控制市面上出售的 LCD 有两种类型：一种是带有驱动电路的 LCD 显示模块， 这种LCD 可以方便地与各种低档单片机进行接口， 如8051 系列单片机， 但是由于硬件驱动电路的存在，体积比较大。这种模式常常使用总线方式来驱动。另一种是 LCD 显示屏，没有驱动电路，需要与驱动电路配合使用。特点是体积小， 但却需要另外的驱动芯片。 也可以使用带有 LCD 驱动能力的高档 MCU 驱动，如ARM 系列的 S3C2410X 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页(1) 总线驱动方式一般带有驱动模块的 LCD 显示屏使用这种驱动方式， 由于LCD 已经带有驱动硬件电路， 因此模块给出的是总线接口，便于与单片机的总线进行接口。驱动模块具有八位数据总线， 外加一些电源接口和控制信号。而且自带显示缓存， 只需要将要显示的内容送到显示缓存中就可以实现内容的显示。由于只有八条数据线，因此常常通过引脚信号来实现地址与数据线复用，以达到把相应数据送到相应显示缓存的目的。 下图为一个典型的显示模块 （HY 12864B ） 提供的总线接口。(2) 控制器扫描方式S3C2410X 中具有内置的 LCD 控制器，它具有将显示缓存（在系统存储器中）中的LCD 图象数据传输到外部 LCD 驱动电路的逻辑功能。S3C2410X 中内置的 LCD 控制器可支持灰度 LCD 和彩色 LCD 。在灰度 LCD 上，使用基于时间的抖动算法 （time-based dithering algorithm ） 和FRC (Frame Rate Control) 方法，可以支持单色、 4 级灰度和 16 级灰度模式的灰度 LCD 。 在彩色LCD 上，可以支持 256 级彩色，使用 STN LCD 可以支持 4096 级彩色。对于不同尺寸的 LCD ，具有不同数量的垂直和水平象素、数据接口的数据宽度、接口时间及刷新率，而 LCD 控制器可以进行编程控制相应的寄存器值，以适应不同的LCD 显示板。内置的 LCD 控制器提供了下列外部接口信号：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页VFRAME/VSYNC/STV：帧同步信号（ STN ）/ 垂直同步信号 (TFT)/SEC TFT信号VLINE/HSYNC/CPV：行同步脉冲信号（ STN ）/ 水平同步信号（ TFT ）/SEC TFT 信号VCLK/LCD_HCLK：象素时钟信号（ STN/TFT ）/SEC TFT信号VD23:0 ：LCD 像素数据输出端口（ STN/TFT/SEC TFT ）VM/VDEN/TP ：LCD 驱动交流偏置信号（ STN ）/ 数据使能信号（ TFT ）/SEC TFT 信号LEND/STH ：行结束信号（ TFT ）/SEC TFT信号LCD_PWREN：LCD 面板电源使能控制信号LCDVF0 ：SEC TFT OE 信号LCDVF1 ：SEC TFT REV 信号LCDVF2 ：SEC TFT REVB 信号上图为 S3C2410X 中内置的 LCD 控制器的逻辑框图，它用于传输显示数据并产生必要的控制信号，如VFRAME, VLINE, VCLK, 和VM 等信号。除了控制信号，还有显示数据的数据端口VD23:0 如图7-5。LCD 控制器包含 REGBANK, LCDCDMA, VIDPRCS, TIMEGEN和LPC3600 。REGBANK 具有17 个可编程寄存器和 25616 颜料存储器，用于配置 LCD 控制器。 LCDCDMA 为专用 DMA ，它可以自动地将显示数据从帧内存中传送到 LCD 驱动器中。通过使用这一专用的DMA ，可以实现在不需要CPU 介入的情况下显示数据。 VIDPRCS 从LCDCDMA 接收数据，变换为合适的数据格式（比如 48 位单一扫描和 4 位双扫描显示模式） 后通过VD23:0 发送到 LCD 驱动器。 TIMEGEN 包含可编程的逻辑，以支持常见LCD 驱动器所需要的不同接口时序、速率要求。 TIMEGEN 部分产生 VFRAME, VLINE, VCLK, VM 等信号。(3) 与ARM 自带LCD 驱动器有关的寄存器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页LCD 驱动控制端口与 ARM 的端口是共用的， 因此，要设置相应的寄存器， 将其定义为功能端口，即 LCD 驱动控制端口。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页注意：当 LCD 控制器开启时，如果想滚屏需要改变LCDBASEU和LCDBASEL值。但是用户不能在帧尾通过查 LCDCON1中LINECNT 的值来改变寄存器 LCDBASEU和LCDBASEL的值。因为 LCD 的FIFO取下一帧的数据优先级高于改变LCDBASEU和LCDBASEL值的优先级。所以，如果改变了帧，那么预取的FIFO数据就不是最新的了，导致LCD 的显示不正确。 查询LINECNT 前，中断要屏蔽掉。 如果在读取了 LINECNT 之后发生任何中断，因为中断服务程序执行消耗的时间导致读取到的LINECNT 的值不是最新的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页五、实验步骤1. 启动ARM JTAG 仿真器并进行初始化配置。2启动ADS1.20 新建工程，将“ Exp6 LCD 驱动控制实验”中的文件添加到工程中。3定义有关常量与宏4编写 LCD 初始化函数 (lcd640.c)，设置各功能寄存器。5编写 LCD 刷新函数 (lcd640.c)。此函数主要是将二级缓存LCDBuffer 的数据由 32 位彩色图形信息转换成 16 位的图形信息，然后放到 pLCDFB 指向的一级缓存。转换公式：pixcolor=(pbuf0&0xf8)11)|(pbuf1&0xfc)6)|(pbuf2&0xf8)。其中， pbuf0 、pbuf1 、pbuf2 是一个象素的 32 位彩色数据的前 24 位，分别代 表R、G 、B。6编写主函数 (main.c) 在LCD 上显示 16 位色图形的关键是填充二级显示缓冲，将显示象素的 24 位颜色信息写入 LCDBuffer。将RGB 三种基本颜色按一定比例混合即可构成更复杂的颜色，每个象素的三种基本颜色分别占一个字节，可以方便的在程序里改写各基本颜色的数值，从而改变该象素的混合颜色。7. 在ADS 集成开发环境中编译、调试和运行工程程序。六、实验思考1）液晶显示的基本原理是什么？2）总线方式驱动液晶模块和使用控制器进行驱动控制有什么异同？3）LCD 显示图形的基本思想是什么？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页