基于DM642的TFT-LCD顯示設計

苑瑋琦，朱林貴

（沈陽工業大學 視覺檢測技術研究所，遼寧 沈陽 110870）

數字信號處理是利用數值計算的方式對信號進行加工的理論和技術，數字信號處理器（DSP）主要是用于完成各種實時數字信息的微處理器，其強大、快速的運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：

1）一個指令周期內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）程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據；

4）片內具有快速RAM，能夠通過獨立的數據總線在兩邊進行同時訪問；

5）可以并行執行多個操作；

6）支持流水線操作，使得取址、譯碼和執行等操作可以重疊執行。

TFT（Thin Film Transistor）LCD即薄膜場效應晶體顯示器，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巧妙結合的一種技術，在TFT-LCD中，TFT相當于一個三端開關管[2]。相比于CRT顯示器件，TFTLCD在亮度、對比度、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勢。同時，其性能優良、大規模生產特性好、自動化程度高、原材料成本低廉、無X射線輻射，因而發展空間更為廣闊，已成為當前儀器儀表中的主流產品，尤其是電子產品中不可或缺的一部分。如果能將TFT-LCD完美嵌入到DSP系統中，對圖像處理技術的發展將有積極的意義。

1 TMS320DM642介紹

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

1）DM642工作頻率由內部倍頻器設置，而根據相應的指令周期 2，1.67，1.39 ns， 可以分別達到 500、600 或 720 MHz的時鐘頻率[3]。每周期執行8條32位指令，一定程度上解決了采用C5509芯片進行數據處理所出現的運行速度略慢的問題。

2）具有3個可編程視頻端口VP0VP2，每個視頻端口都可以采集/顯示原始數據，同時也可以發送和接收數字視頻數據，極大地方便了圖像的采集[4]。并支持多種協議的視頻標準，方便設計中選擇。

3）具有1個64位外部存儲接口EMIF，具有異步或同步多字并行數據傳輸能力。并有高達1024 Mbyte的可尋址外部存儲空間，設計中無需再擔心內存空間不足。同時，EMIF可以通過EDMA與存儲空間直接關聯，整個數據傳輸過程與CPU工作并行，增加了算法執行的時間效率。

4）具有兩個多通道串行接口McBSPs，可進行全雙工通信，并可以收發獨立的幀同步和時鐘信號。同時，其雙緩沖數據寄存器允許連續的數據流，數據傳輸還可以利用外部時鐘或片內可編程時鐘。

5）具有1個支持10/100Mbps的EMAC以太網口，可以進行半雙工或全雙工的通信，可以實現數據的高效傳輸和接收。同時控制DSP中數據包在物理層的流動。

6）具有1個總線模塊，同時配有專門的時鐘端口SCL及數據端口SDA，能和符合飛利浦總線標準的外部設備建立連接。其快速模式下的傳輸速率高達400 Kbps。

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

2 SM-35HDY37BV02點陣屏簡介

SM-35HDY37BV02點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，意即每個液晶像素點都是由集成在像素點后的薄膜晶體管驅動，分辨率為320*RGB*480（即豎屏時每一行有320個點，總共480行，橫屏則一共320行，每行480個點，一共320*480個像素點）的大點陣屏，由ILI9481驅動，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。根據實際需要，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，一般應用于電阻式觸摸屏輸入系統中[5]。使用時，通過片內模擬電子開關的切換，將X+（Y+）接電源，X-（Y-）接地，并以差動的形式接到A/D轉換器的輸入端。根據輸入到A/D轉換器的電壓不同，經過模數轉換后獲得觸點的輸出值，而該輸出值與觸點的位置成近似線性關系，從而迅速采集觸屏上觸點位置數據?？捎糜谛酒瑴囟葯z測、觸摸壓力檢測、電源檢測等。

3 硬件構成

3.1 顯示電路硬件設計

系統采用Ti公司的TMS320DM642作為圖像的識別處理芯片，采用由ILI9481驅動的TFT-LCD顯示圖像及文字信息。其中顯示屏可以看作是一個異步寄存器，兩者之間通過DM642外部存儲接口EMIF的異步寄存器接口模式實現數據的傳輸。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LCD的寫時序 （如圖2），CSX片選端為低電平時有效，接 EMIFA（C64x 有兩個 EMIF，分別為 EMIFA，EMIFB，而DM642只有EMIFA）的CEn（EMIF一共有4組片選信號，每一組選擇一個確定的地址空間，設計時需考慮是否被占用，本系統選擇CE2）以選定EMIF尋址的地址空間；同時將顯示屏的16位數據總線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，用于數據或者命令信號的選擇，由DM642的GPIO2口控制。置低時，指向命令寄存器，置高則從主設備接收數據。WRX為顯示屏的寫控制端口，接EMIF的AWE讀控制端，低電平時，寫入命令或數據。RESX為復位端，可以通過DM642的GPIO口或者外接三極管進行復位。

圖2 液晶屏寫時序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）協議實現，顧名思義即串行外圍設備接口，是一種四線同步全雙工串行總線。

SPI協議是一種主從傳輸模式，由主模式端時鐘決定主模式端與從模式端的通信，當檢測到主模式端時，數據傳輸開始，時鐘結束則傳輸結束。同時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同步數據傳輸方式完成通信[6]。

首先，由DM642控制GPIO9輸出低電平，此時CS片選信號有效。McBSP口輸出時鐘SCLK信號或者命令字到DIN上，BUSY變為低電平時，表示ADS7846工作在忙時狀態；SCLK的每個上升沿到來時，ADS7846采集DIN數據，接收McBSP端發出的控制命令；在SCLK的第8個上升沿，指令結束；第8個下降沿處，DIN停止發送命令數據，變為高阻，ADS7846的BUSY變為高電平，延時一個時鐘周期，期間ADS7846執行操作命令結束；在SCLK上升沿McBSP通過接收時鐘CLKR，采集DOUT傳輸到DR引腳的輸出數據，共12位，由高到低。當發送到第8個數據時，McBSP開始下一個命令；重復上述過程，獲得觸屏信息。

兩者間對應的接口如表1所示。

DM642和觸摸芯片的接口電路設計如圖3所示。

4 軟件設計

4.1 顯示部分

系統主要用于顯示圖像以及文字信息。

表1 McBSP接口信號及對應ADS7846引腳Tab.1 The McBSP interface signal and pins of ADS7846

圖3 觸摸芯片的硬件設計Fig.3 The write timing of LCD

圖片顯示需要注意真彩色LCD的設置：C語言數組、水平掃描、16位真彩色以及圖片的容量大小等。首先進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置，地址設置與原圖片的尺寸有差別時會導致圖片無法正常顯示。

顯示字符時，一般的字模軟件產生的都是8bit的數組，所以在前輩的基礎上，將顯示字符的程序做了一點小小的改動。

首先，產生16 bit的數組：

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協議

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

圖4 McBSP_ADS7846應用程序流程Fig.4 The flow chart of McBSP_ADS7846

5 結束語

TFT-LCD作為當前技術發展的趨勢，在家電、汽車等行業有著廣泛的應用。由ILI9481驅動的顯示屏在當前的電子產品尤其是手機行業中有著極為廣泛的應用。一般通過ARM微處理器進行擴展實現。本文主要介紹TFT-LCD與DSP處理器之間的設計。調試過程需要注意的是ILI9481的初始化、位置地址的設置等問題，同時，橫豎屏的使用也會對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的處理，同時在內存空間及識別速度上也有了較大的提升。

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