ep7212-处理器的lcd-控制及触摸屏接口设计.pdf
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49Microcontrollers & Embedded Systems2 0 0 2 . 5 新 器 件 新 技 术 NEW PRODUCT & TECH E P 7 2 1 2 处理器的L C D控制及触摸屏接口设计 ■ 解放军信息工程大学 胡 冰 吴 升 艳 岳 春 生 摘 要 关 键 词 介绍 E P 7 2 1 2 嵌入式处理器上 L C D 控制器的结构和功能；深入探讨 A D S 7 8 4 3 触摸屏接口芯片 的模式选择和应用技巧；基于该系统给出一个与彩色 L C D 触摸屏相接的实际使用方案 嵌入式处理器 L C D 触摸屏控制器 引 言 EP7212是Cirrus Logic公司生产的单片嵌入式高 集成度的处理器芯片， 所有必需的接口逻辑都集成 在芯片上， 一个低功耗的系统方案只须增加一些存 储 器 和 外 围 器 件 就 可 以 完 成 它 的 处 理 器 为 ARM720T，核为 ARM7TDMI CPU时钟速率可动 态编程为 18 MHz、36 MHz、49 MHz、74 MHz，其 中在 74 MHz时钟工作时，其稳定处理能力达到 66 MIPS（百万条指令每秒） （Dhrystone 2.1） ，峰值处 理能力达到 74 MIPS，近似等同于一个 100 MHz奔 腾处理器。
EP7212主要为超低功耗所设计，内核在 2.5 V工作电压下，功耗最大不超过 90 mW通过 嵌入其上的内存管理单元（MMU） ，允许使用像 Microsoft Windows CE或 Linux等一样的高级操作系 统EP7212主要应用于 PDA、GPS、等超低功 耗和低成本场合 随着生活中类似于PDA的手持设备的增多， 彩 色 LCD 触摸屏也越来越普及本文除了简单介绍 EP7212的特性以外，主要讨论 EP7212上的 LCD控制 器如何驱动彩色LCD， 以及触摸屏控制器的使用技 巧，并且给出具体的连接图和逻辑图 1 E P 7 2 1 2 特 性 ◇ 具有先进的音频解码 /解压缩能力，支持多 种音频解压缩算法，可以提供与 ADCs、DACs 和 CODECs 相连的数字音频接口（DAI） ◇ 内置LCD控制器， 可以直接与一个单面板单 色 LCD接口面板大小可编程，以 16像素为增量， 可置为 32~1024像素的任何宽度（线长度） 视频帧 缓冲可最高编程到 128 KB(字节)每个像素可编程 为 1、2 或 4 位 ◇ 支持 EDO DRAM（仅在 13 MHz和 18 MHz下 支持快速页模式） 。
可最高支持 2 条，每条 256 MB 的 DRAMDRAM 接口可编程为 16 或 32 位宽 ◇ 存储器可以和最高 6 个独立的 256 MB 的扩 展段接口，且处于可编程等待态 ◇ LCD 控制器和通用应用可以共享片上的 38 400（0x9600）字节的片上 SRAM ◇ 所有的外部存储器和外围器件与 32 位数据 总线和 28 位地址总线相连，并且使用一些控制信 号 ◇ 两个同步串行接口，支持类似于 ADCs 等 Micro- wire或SPI外围器件 其中一个接口支持主从 502 0 0 2 . 5 新 器 件 新 技 术 NEW PRODUCT & TECH 模式，另一个仅支持主模式 ◇ 使用已固化的片上引导 ROM，用于串行加 载引导程序到系统的 FLASH 存储器 ◇ 27 位通用 I/O（3个 8位和 1个 3位 GPIO口） ， 支持多路复用，以提供必要的附加功能， 且支持扫 描键盘矩阵 ◇ 内置 2 个全双工 UART（16550 类型） ，可支 持最高位速率到 115.2 kb/s，拥有2个16字节的FIFO 用于 TX 和 RX，其中 UART1 支持调制解调器控制 信号。
◇ 具有最高速率为115.2 kb/s的红外数据SIR协 议控制器 ◇ 具有直流－直流转换接口（PWM） ，可提供 两个可编程占空比（从 1- in- 16到 15- in- 16）的96 kHz 时钟输出，可以驱动一个直流－直流的转换器 ◇ 拥有 2 个 16 位通用目的定时计数器 ◇ 1 个 32 位实时时钟（RTC）和比较器 ◇ 1 个用于与 1个或 2 个 Cirrus Logic CL- PS6700 PC卡控制器相连的接口，可支持 2 个 PC卡插槽 ◇ RTC驱动专用的 LED 闪烁引脚 ◇ 先进的系统状态控制器和电源管理 ◇ 具有 208pin LQFP和256- Ball PBGA两种封装 ◇ 带有 ROM、图表、样码和设计库的仿真工 具 ◇ 支持全 JTAG边界扫描和嵌入式 ICE 2 E P 7 2 1 2 L C D 控 制 器 EP7212 的LCD控制器可以提供所有必需的控制 信号，以便直接与一个单面板多像素 LCD 接口 EP7212 使用通用内存结构（UMA）存储视频帧缓 冲，与内核处理器（ARM720T）一起共享主内存总 线，总视频帧缓存器大小可编程最高达 128 KB。
该 面板大小可编程， 可以16像素为增量， 置为32~1024 像素的任何宽度（线长度） 总的线数（行）由总 的帧缓冲器大小除以面板宽度和颜色深度决定 控 制器还可编程提供 1、2或 4位每像素彩色深度，支 持单色灰度显示或是彩色显示 为了支持各种颜色和灰度级，LCD 控制器有 2 个 32位调色板寄存器，被分成8个可设定地址的半 字节（nibble） ，共 16 个半字节，每个半字节被帧 缓冲器中的数据寻址 当LCD控制器配置成每像素 点 4 位时，帧缓冲器中 4 位数据被用于代表 1个像 素，2 个调色板寄存器中的半字节用该数据寻址， 对应要显示的像素 该寻址结构被用于将帧缓冲器 中的数据映射到实际的灰度值， 该值提供给显示接 口当配置成 4 bpp 模式时，在调色板寄存器中的 所有 16个半字节被用于映射，这是因为每4个位可 以提供 16 个不同的值同理，2 bpp模式用最低的 4 个半字节；1 bpp 模式用最低的 2 个半字节 每个调色板寄存器的半字节可以编程为 0~15 这 16 个值对应 16个不同的颜色深度级当寄存器 的值匹配帧缓冲器中的数据寻址时， 帧缓冲器数据 与灰度级相对应；当不匹配时， 能产生一些有趣的 显示模式。
例如，若想去触发正常和翻转两种图 像， 通过简单的转换调色板寄存器中的半字节值就 可以实现， 这比在帧缓冲器中转换所有数据更快更 容易 LCD 控制器有 1 个 9字深的 FIFO，被用作帧数 据的过渡存储缓冲DMA 控制器被用于从帧缓冲 内存中取显示数据并且填充到 FIFO中这样，一 旦 LCD控制器被配置和帧缓冲数据被存储，EP7212 就可以接着执行其它任务，而不必服务 LCD 控制 器 （1）灰度显示原理 实际上，LCD显示屏并不是设置成不同的亮度 去驱动每一像素的它对像素要么显示，要么关 闭LCD显示屏的一个常用指标是它的反应时间 反应时间指的是一个像素从显示到关闭所花费的时 间，典型的是几百 ms一种调制技术被用于驱动 每个像素， 即用整个固定时间周期的一部分驱动每 个像素 LCD 控制器内部有 1个 16周期计数器，用于产 生 16 周期的间隔当驱动像素时，它读帧缓冲数 据所指的，在调色板寄存器中的半字节数据 该数 据确定在16周期间隔里像素显示的次数 例如该值 等于 4，则该像素每隔 4 个时钟周期显示 1 次，等 于整个 16周期间隔的4/16裸眼认为该像素以最大 亮度的 1/4 进行显示。
（2）彩色显示原理 彩色显示时，每个像素点有 3 个子彩色像素 （红、绿、蓝） 灰度显示的技术应用到彩色显示 中，每个子彩色像素有 15 种浓度的感觉效果可 用红、绿、蓝 3种颜色的 15种浓度中的一种去驱动 1个像素点如果 LCD控制器编程为 4 bpp模式，可 支持最高 15 × 15 × 15=3 375 种不同的颜色；2 bpp 模式时，可支持 64 种不同的颜色；1 bpp 模式时， 可支持 8种不同的颜色对于一个1/4 VGA显示屏， 实际像素的数量等于320×3×240=230 400 在4 bpp 模式下，帧缓冲的尺寸为 230 400 × 4=921 600位或 115 200 字节，小于上面提到的最大帧缓冲的限制 51Microcontrollers & Embedded Systems2 0 0 2 . 5 新 器 件 新 技 术 NEW PRODUCT & TECH （128 KB） 另外一个显示特性是刷新率， 指的是整个数据 帧被重新写到显示屏的频率如果数据写得太慢， 将影响显示质量；太快则显示器的反应时间跟不 上像素驱动状态的改变 大部分显示屏推荐的速率 是 70~80 Hz。
当 EP7212 使用 PLL时，则 1 个 36.864 MHz的时 钟提供给 LCD 控制器当使用 1 个 13 MHz的外部 时钟时，则 1个 13 MHz的时钟提供给 LCD控制器 固定时钟源限制了像素写到显示屏的最大速率， 即 导致了最大刷新率的限制 （3）LCD 显示接口 LCD 显示接口内置于 EP7212 之中，有如下信 号：DD[0:3]、FRM、CL1、CL2、M ① DD[0:3]是 4条数据线LCD控制器输出数据 就意味着这些线在同一时刻输出 4个像素每条数 据线的高或低对应每个像素值的高或低 ② FRM 是帧同步信号它在一帧所有的像素 数据全部写出接口后触发为高，用于强迫复位线 （行）计数器为 0这样显示屏将驱动下一个半字 节数据到显示屏的第一行 ③ CL1 是行选通信号它在一行 所有的像素数据写出接口后触发为 高 ④ CL2 是像素数据时钟它被显 示屏用于在每个像素数据的半字节定 时，它的周期是实际像素速率的 1/4当 CL1 触发 时，CL2 置低 ⑤ M是交流偏压信号 M的值由所使用的显示 屏确定，可从显示屏的数据手册中得到 （4）彩色显示接口 图 1是 EP7212 LCD控制器与夏普 LM057QC1T03 1/4 VGA 彩色非触屏 LCD显示模块的接口连接逻辑 图 （如是触摸屏可加后面所述的触摸屏转换接 口） 。
该显示屏是 8 位数据接口该逻辑的主要目 的是将 4 位接口转换成 8 位，对应 2 个半字节该 逻辑不影响LCD控制寄存器的编程， 并且有同样的 刷新率和像素彩色深度图1的左边是 LCD控制器 的所有信号，右边与显示屏相连由于EP7212要输 出 2组数据，为了支持 8 位数据，时钟必须是原来 速率的一半，这意味着 CL2必须减半通过用 D触 发器，CL2作为输入时钟，则在它的 Q端就变成输 入时钟的 1/2CL1直接连接到显示屏，它也被用于 复位 D触发器，使 Q端在开始时为低用74LCX174 寄存器存储 8位数据的低 4位当高4位来到时 2个 半字节一起提供给显示屏，LCD_EN可用1根EP7212 的通用 I/O引脚控制 表 1 为部分兼容的显示屏 3 触 摸 屏 控 制 器 触摸屏分为电阻、电容、表面声波、红外线扫 Q QSET CLR S R 1D EP7212_CL2 EP7212_CL1 LCD_CL2 U1A U2A 74LCX04 74LCX04 1 1 2 2 2 5 7 10 12 1514 13 11 6 4 3 9 74LCX174 Vdd 1 25 6 74LCX74 4 3 EP7212_DD[0] EP7212_DD[1] EP7212_DD[2] EP7212_DD[3] Vdd LCD_D0 LCD_D1 LCD_D2 LCD_D3 LCD_EN LCD_M LCD_FRM LCD_CL1 LCD_D7 LCD_D6 LCD_D5 LCD_D4 EP7212_FR。
