引言
現(xiàn)在大部分的便攜式手持終端產(chǎn)品，如移動(dòng)電話、導(dǎo)航系統(tǒng)等，都擁有一個(gè)小型LCD顯示屏，這使LCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)成為手持終端設(shè)計(jì)的重要組成部分。
本文以應(yīng)用于特殊行業(yè)的手持終端為例，敘述LCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。
硬件電路設(shè)計(jì)
硬件電路結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)中手持終端CPU采用三星公司ARM920T內(nèi)核處理器S3C2440A，其LCD控制器支持STN LCD和TFT LCD，實(shí)際使用的LCD為L(zhǎng)TS350Q1-PE1_PI，屬于TFT LCD。
電路框圖如圖1所示。
驅(qū)動(dòng)電路主要包括三部分：第一部分是LCD驅(qū)動(dòng)，采用MAX1779芯片；第二部分是LED背光驅(qū)動(dòng)，采用MP1521芯片；第三部分是VCOM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，采用LM8261芯片。這里主要敘述LCD驅(qū)動(dòng)和背光電路的實(shí)現(xiàn)。
LCD驅(qū)動(dòng)電路
由于LCD內(nèi)集成有數(shù)字電路和模擬電路，需要外部提供數(shù)字電壓DVDD和模擬電壓AVDD。另外，為了完成數(shù)據(jù)掃描，需要TFT輪流開(kāi)啟/關(guān)閉。當(dāng)TFT開(kāi)啟時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)源極驅(qū)動(dòng)器加載到顯示電極，顯示電極和公共電極間的電壓差再作用于液晶實(shí)現(xiàn)顯示，因此需要控制TFT的開(kāi)啟電壓VGH、關(guān)閉電壓VGL，以及加到公共電極上的電壓VCOM。
MAX1779芯片能產(chǎn)生LCD需要的模擬電壓AVDD、柵極開(kāi)啟電壓VGH及柵極關(guān)斷電壓VGL。芯片內(nèi)部集成有3個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中包括兩個(gè)充電泵和一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，可以為小型TFT液晶屏提供高效的調(diào)節(jié)電壓。LCD驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。
這里，一個(gè)充電泵產(chǎn)生正電壓，作為T(mén)FT的開(kāi)啟電壓VGH；另外一個(gè)充電泵產(chǎn)生負(fù)電壓，作為T(mén)FT的關(guān)閉電壓VGL。此外，芯片還可以產(chǎn)生-5V電壓輸出，設(shè)計(jì)時(shí)利用-5V輸出電壓協(xié)助LM8261產(chǎn)生VCOM信號(hào)。
LED背光驅(qū)動(dòng)電路
LCD作為一種被動(dòng)顯示器件本身并不能發(fā)光，必須要有背光模塊提供光源。白光LED由于復(fù)雜程度較低、成本低且尺寸較小，被普遍用做嵌入式手持設(shè)備的LCD背光源。本文中背光驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。
驅(qū)動(dòng)芯片采用MP1521，該芯片有3組獨(dú)立的電流反饋回路，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)3組并聯(lián)的LED。現(xiàn)將3組反饋回路FB1、FB2、FB3短接，可以提供更大的驅(qū)動(dòng)電流，用于驅(qū)動(dòng)6個(gè)白色串聯(lián)LED背光燈。
MP1521支持兩種方式控制LED亮度，一是將BRT連接在范圍為0.26V~1.2V的電壓上，另外一種是通過(guò)PWM信號(hào)控制LED亮度。設(shè)計(jì)時(shí)，將其連接在PWM端口，使用PWM控制LCD背光亮度。
S3C2440A有5個(gè)16bit定時(shí)器，其中定時(shí)器0、1、2、3有PWM功能。將BRT連接到能夠輸出PWM信號(hào)的CPU的TOUT0/GPB0引腳，利用定時(shí)器0產(chǎn)生的PWM信號(hào)控制LCD亮度。通過(guò)改變PWM信號(hào)的占空比調(diào)整LED亮度，而通過(guò)設(shè)置CPU內(nèi)部寄存器的值可以改變PWM的占空比。
為了節(jié)省功耗，電路的使能(EN)端接CPU的LCD_PWREN管腳，高電平時(shí)背光電路工作；低電平時(shí)背光電路不工作。同時(shí)，可將EN端通過(guò)電阻直接連接到3.3V電源上以便調(diào)試時(shí)使用。
LCD_BCK+和LCD_BCK-分別連接到串聯(lián)LED的正負(fù)兩端。
軟件設(shè)計(jì)
手持終端的嵌入式Linux所采用的內(nèi)核版本是kernel-2.4.18。 為了使LCD能正常顯示，還需要在Linux系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)LCD的驅(qū)動(dòng)程序。
字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序
字符設(shè)備是Linux系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的設(shè)備，可以像文件一樣訪問(wèn)。當(dāng)字符設(shè)備初始化的時(shí)候，其驅(qū)動(dòng)程序向Linux內(nèi)核登記，在chrdevs向量表中增加一個(gè)device_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)條目。這個(gè)設(shè)備的主設(shè)備標(biāo)識(shí)符用作這個(gè)向量表的索引。一個(gè)設(shè)備的主設(shè)備標(biāo)識(shí)符是固定的。chrdevs向量表中的device_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)登記設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序名稱的指針和一個(gè)指向一組文件操作的指針。這組文件操作本身位于這個(gè)設(shè)備的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中，并處理一些特定任務(wù)。
Linux下的幀緩沖設(shè)備
Linux操作系統(tǒng)為L(zhǎng)CD等顯示設(shè)備提供了幀緩沖區(qū)。幀緩沖區(qū)(Framebuffer)是Linux為顯示設(shè)備提供的一個(gè)接口，是把顯存抽象化后的一種設(shè)備。為L(zhǎng)CD編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)質(zhì)就是為幀緩沖區(qū)編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序。
由于幀緩沖驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)在許多論文中有詳細(xì)敘述，這里不再贅述，本文重點(diǎn)討論背光設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)。
LCD背光設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序
LCD背光設(shè)備可看作字符設(shè)備，可以按照字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在驅(qū)動(dòng)程序里實(shí)現(xiàn)了LCD各種控制功能。驅(qū)動(dòng)程序主要包括lcdctrl.c和lcdctrl_smdk2440.c。其中l(wèi)cdctrl.c屏蔽了具體的硬件，它通過(guò)鉤子函數(shù)調(diào)用lcdctrl_smdk2440.c相關(guān)函數(shù)完成各種具體操作。為了形象地說(shuō)明兩個(gè)文件之間的關(guān)系，這里以LCD亮度調(diào)節(jié)過(guò)程為例，說(shuō)明函數(shù)的調(diào)用過(guò)程，如圖4所示。
lcdctrl.c中的lcdctrl_ioctl函數(shù)需根據(jù)上層應(yīng)用程序的不同參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的功能，這些控制LCD的功能包括亮度調(diào)整、對(duì)比度調(diào)整、關(guān)閉LCD、開(kāi)啟LCD等。
下面分別敘述兩個(gè)文件的實(shí)現(xiàn)。
lcdctrl.c文件
1、定義file_operation結(jié)構(gòu)體
static struct file_operations lcdctrl_fops = {
ioctl: lcdctrl_ioctl,
open: lcdctrl_open,
release: lcdctrl_close };
LCD的各種控制功能在lcdctrl_ioctl函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，lcdctrl_open和lcdctrl_close不實(shí)現(xiàn)具體功能，直接返回0值。
2、lcdctrl_ioctl函數(shù)
lcdctrl_ioctl函數(shù)需根據(jù)上層應(yīng)用程序的不同參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的功能，這里主要說(shuō)明亮度調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)。部分代碼如下：
static int lcdctrl_ioctl(struct inode * inode, struct file *filp, unsigned int cmd , unsigned long arg)
{……
switch(cmd)
{ ……
case
_LCDCTRL_IOCTL_BRIGHTNESS:
if ((arg >=0) && (arg <= 100))
ret = lcdctrl_set_brightness(arg);
break; //調(diào)節(jié)LCD背光亮度
……
break;}
return ret;}
當(dāng)應(yīng)用程序傳遞的命令參數(shù)為L(zhǎng)CDCTRL_IOCTL_BRIGHTNESS時(shí)，lcdctrl_ioctl調(diào)用lcdctrl_set_ brightness具體實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)功能。
3、lcdctrl_set_brightness函數(shù)
lcdctrl_set_brightness具體實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)功能。主要代碼如下：
int lcdctrl_set_brightness(int b)
{
brightness = b;
return lcd_device->set_brightness(b);
}
可以看出，此函數(shù)調(diào)用lcd_ device->set_brightness函數(shù)，而lcd_device在初始化時(shí)已被指向與具體的硬件相關(guān)的函數(shù)。
4、初始化函數(shù)
初始化函數(shù)主要完成初始信息的設(shè)置和設(shè)備的注冊(cè)。
lcdctrl.c_smdk2440文件
1、lcdctrl_device結(jié)構(gòu)體
lcdctrl_device結(jié)構(gòu)體定義了具體操作LCD的各函數(shù)指針，包括LCD初始化函數(shù)，LCD開(kāi)啟和關(guān)閉函數(shù)，亮度、對(duì)比度等設(shè)置函數(shù)。其中LCD關(guān)閉函數(shù)的本質(zhì)就是將LCD背光亮度設(shè)置為0。
static struct lcdctrl_device smdk2440_dev = {
init: smdk2440_lcdctrl_init,
enable: smdk2440_lcdctrl_enable,
disable: smdk2440_lcdctrl_disable,
set_intensity: smdk2440_lcdctrl_set_intensity,
set_brightness: smdk2440_lcdctrl_set_brightness,
set_contrast: smdk2440_lcdctrl_set_contrast};
2、smdk2440_lcdctrl_set_brightnes函數(shù)
這里只敘述亮度設(shè)置函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。
static int smdk2440_lcdctrl_set_brightness( int b)
{ ……
TCNTB0 = 100;
TCMPB0 = b*100/100;
//設(shè)置TCMPB0寄存器的值
TCON = (TCON & ~(0xf)) | ( TCON_0_AUTO | TCON_0_MAN | COUNT_0_OFF);
TCON = (TCON & ~(0xf)) | 0;
TCON=(TCON & ~(0xf)) | (TCON_0_AUTO | COUNT_0_ON);}
函數(shù)中的語(yǔ)句大部分是給與定時(shí)器相關(guān)的寄存器寫(xiě)值。其中b就是上層函數(shù)傳遞下來(lái)的bright值，從程序中可以看到，調(diào)節(jié)亮度本質(zhì)上是通過(guò)TCMPB0寄存器寫(xiě)入與bright相關(guān)的值，控制PWM占空比實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)功能。
3、LCDctrl_device_get_ops函數(shù)
用于上層獲取具體設(shè)備的鉤子函數(shù)。代碼如下：
struct lcdctrl_device *lcdctrl_device_get_ops(void)
{return &smdk2440_dev;}
此函數(shù)被lcdctrl.c初始化時(shí)調(diào)用，將設(shè)備指向smdk2440_dev。
至此，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)完成，為了更好地實(shí)現(xiàn)LCD的管理，需要在上層的Qtopia應(yīng)用程序中提供人機(jī)操作的界面。
Qtopia應(yīng)用程序
Qtopia應(yīng)用程序提供人機(jī)操作界面并調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)程序完成LCD控制功能，這里，仍然以亮度調(diào)節(jié)為例敘述應(yīng)用程序工作過(guò)程。
主要完成功能：
1、應(yīng)用程序完成人機(jī)操作的界面，為使用人員提供友好界面；
2、讀取亮度值，并將其存入變量bright中；
3、打開(kāi)設(shè)備文件：fd=open("/dev/devname",O_RDONLY)；
4、調(diào)用底層的驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)底層的驅(qū)動(dòng)程序?qū)CD背光亮度調(diào)整為指定值。
ioctl(fd, _BACKLIGHT_ IOCTL_BRIGHT, bright)。
ioctl函數(shù)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序完成亮度的調(diào)節(jié)。
結(jié)語(yǔ)
經(jīng)測(cè)試，設(shè)計(jì)完成的LCD能很好地完成圖形的顯示，終端電源管理界面中包含了LCD亮度調(diào)節(jié)功能。
LCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是手持終端產(chǎn)品的重要組成部分。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于S3C2440A的手持終端LCD驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)圖形管理界面能夠方便地管理LCD，達(dá)到節(jié)約能量、延長(zhǎng)手持終端工作時(shí)間的目的。
參考文獻(xiàn)
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