基于SA1110的掌上电脑液晶显示器设计

　　SA1110 LCD控制器由以下引脚组成：

　　·LDD 0~7 :7位数据线用于4位和8位显示模式，同时也是16位TFT方式的低8位;

　　·GPIO 2~9：当采用的液晶模块是16位TFT方式时，构成数据线的高8位;

　　·L_PCLK:点时钟(Pixel clock)，用于把每一点的数据送入移位寄存器;

　　·L_LCLK：行时钟(Line clock)，用于指示一行数据由移位寄存器到显示驱动芯片传输完毕，并使得行指针加1。在16位TFT方式下，就是水平同步信号;

　　·L_FCLK:帧时钟(Frame clock)，用于指示一帧图像的开始，同时把行指针置于显示屏的第一行。在16位TFT方式下，就是垂直同步信号;

　　·L_BIAS：在16位TFT方式下，输出允许信号，用于指示数据信号在时钟信号的同步下，锁存到引脚。

　　为了显示一帧图像，SA1110 LCD控制器首先在RAM中开辟一片缓冲区作为帧缓冲(FRAME BUFFER)。存入要显示的图像数据，然后让LCD 控制器的DMA地址寄存器指向FRAME BUFFER的起始地址，读出FRAME BUFFER中的数据到输入先入先出队列(INPUT FIFO)。由于在本设计中采用16位方式，无需对帧缓冲中的数据进行解码，所以LCD控制器不处理直接把数据送到输出先入先出队列(OUTPUT FIFO)。OUTPUT FIFO再将数据通过引脚送到CPLD 以驱动液晶显示。由于SA1110 的LCD控制器拥有自己独立的双通道DMA，同时选用了高性能SDRAM，能满足显示带宽的需求。

　　3 LCD模块

　　随着价格的下降，液晶显示由于低功耗、无辐射、轻便而广泛用于各种掌上设备。特别是TFT-LCD，具有高分辨率、宽视角、高对比度等优点，在高档掌上电脑中应用较多。

　　作为SOC芯片的SA1110中本身就带有LCD控制器，支持4、8、12和16位格式的多种型号的单色和彩色LCD，给开发者的选择带来很大方便。根据用户的要求，考虑到实际的显示效果，本方案选择了SHARP的3.9寸 TFT有源型彩色液晶显示器，具体型号为：LQ039Q2DS54。该显示模块是彩色反射型和有源矩阵LCD模块，由TFT彩色LCD屏、驱动芯片、 FPC引线、前置灯光、触摸屏及后封板组成。点阵形式为320×3×240，可以显示图形和文字，最多可以显示262144种颜色。

液晶模块需要10个等级的标准模拟脉冲电压V0~V9，用于LCD模块内部产生灰度显示时的参考。这些电压直接影响LCD显示的色彩和灰度的准确性，对其数值要求精度较高。同时，它们是脉冲信号，要求边沿陡，以保证显示点清晰。图3为V0~V9的波形示意图，V0~V9的幅度参数要求如表1。

　　表1中电压信号的产生先用高精度电阻构成阵列，用电阻分压法产生基准电压，再由二选一开关按照LCD显示的帧频率进行高速切换，在输出端就可得到所需的标准模拟脉冲电压。其中，二选一开关选用LMC6009，该部分电路如图4所示。

　　LQ039Q2DS54与众多的TFT一样，每一象素采用18位的编码方式。红、绿、蓝每一种基色6位，即RGB666。但SA1110 的LCD控制器支持16位方式，因此必须把红、蓝的最低位接地，从而形成5位红、6位绿、5位蓝的RGB565格式。这样产生的色差非常小。

　　4 触摸屏

　　通常，供掌上设备使用的触摸屏一般都与LCD液晶屏集成安装在一起，紧贴在LCD的表面。SHARP 3.9寸TFT LCD(LQ039Q2DS54)表面装有一个电阻式触摸屏，其基本结构如图5所示，分为X和Y上下两个极板。

　　通过电阻式触摸屏，可以测得接触点的位置和压力。当需要测试X坐标时，首先给X极板的两端加偏置电压，然后测试tspy、tsmy之一或全部。它们相当于电位器的滑动端，其测得的电压值正比于触点的X坐标。Y坐标的测试同理，只是X极板和Y极板互换而已。SHARP 3.9寸 TFT LCD(LQ039Q2DS54)表面安装的电阻式触摸屏的特性参数如下：

　　·输入电压：5V;

　　·X1和X2之间的电阻：320Ω;

　　·Y1和Y2之间的电阻：580Ω;

　　·X或Y方向的行线性：1.5%;

　　·绝缘电阻大于：20MΩ;

　　·能检测到的最小压力：24g。

　　本设计中所采用的Philips公司的UCB1300不仅可以作为MODEM和音频模拟前端芯片，而且它的内部集成有触摸屏控制器，可以一片多用，便于在掌上系统中使用。触摸屏控制器的功能包括：对触摸屏的两层极板间施加偏置电压，当有点击动作时，产生中断信号;同时对点击处的X和Y方向的模拟电压信号进行数字量化，得到点击位置数据，保存在内部寄存器中;再通过MCP接口读到微处理器中。UCB1300与触摸屏控制器相关的特征有：

　　(1)完整的四线电阻式(压感式)触摸屏接口电路，分别连接触摸屏的4条信号线tspx、tsmx、tspy和tsmy，可以实现位置、压力和极板电阻的测量。

　　(2)带有内部跟踪保持电路以及模拟多路开关的10位连续逼近型ADC，用于触摸屏触点数据的读出和外电路4个模拟电压的监视，其中外电路4个模拟电压监视用于电源管理。

　　(3)内部带有参考电压源，为10位ADC提供基准电压和虚拟地参考。这样就可以不受电源电压和温度变化的影响。

　　(4)4线高速串行接口数据总线，实现与主处理器SA1110的MCP同步串口通信，有严格的数据帧定义。

　　(5)触摸屏的各种工作模式由UCB1300的内部控制寄存器设置，而这些控制寄存器由SA1110通过MCP同步串口来读写。

　　(6)因为触摸屏与LCD的近耦合，来自LCD屏的大的尖峰干扰信号会影响触摸屏的工作，因此触摸屏控制器内部有4个低通滤波器，用于降低来自LCD的高频干扰。

　　尽管目前国内市场上的各种PDA和掌上电脑产品比较多，某些国内的品牌也很畅销，但是在产品设计和制造上，都是靠台湾地区等厂商的OEM，真正自主研究开发的硬件平台几乎为零。因此，本项目中掌上电脑硬件平台系统的研制成功，特别是基于Intel StrongARM SA1110高性能CPU的样机，在国内仍处于领先地位，并且为同组人员开发嵌入式操作系统和各种应用程序提供了硬件环境。