基于手持終端的LCD驅(qū)動電路的實現(xiàn) - 全文

　　引言

　　現(xiàn)在大部分的便攜式手持終端產(chǎn)品，如移動電話、導航系統(tǒng)等，都擁有一個小型LCD顯示屏，這使LCD驅(qū)動電路的設計成為手持終端設計的重要組成部分。

　　LCD驅(qū)動電路的設計是手持終端產(chǎn)品的重要組成部分。本文設計并實現(xiàn)了基于S3C2440A的手持終端LCD驅(qū)動電路。以應用于特殊行業(yè)的手持終端為例，敘述LCD驅(qū)動電路的設計實現(xiàn)方法。

　　硬件電路設計

　　硬件電路結(jié)構(gòu)

　　本設計中手持終端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，實際使用的LCD為LTS350Q1-PE1_PI，屬于TFT LCD。

　　電路框圖如圖1所示。

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　　驅(qū)動電路主要包括三部分：第一部分是LCD驅(qū)動，采用MAX1779芯片;第二部分是LED背光驅(qū)動，采用MP1521芯片;第三部分是VCOM信號驅(qū)動，采用LM8261芯片。這里主要敘述LCD驅(qū)動和背光電路的實現(xiàn)。

　　LCD驅(qū)動電路

　　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輪流開啟/關閉。當TFT開啟時，數(shù)據(jù)通過源極驅(qū)動器加載到顯示電極，顯示電極和公共電極間的電壓差再作用于液晶實現(xiàn)顯示，因此需要控制TFT的開啟電壓VGH、關閉電壓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、柵極開啟電壓VGH及柵極關斷電壓VGL。芯片內(nèi)部集成有3個DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中包括兩個充電泵和一個升壓轉(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)動電路如圖2所示。

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　　這里，一個充電泵產(chǎn)生正電壓，作為TFT的開啟電壓VGH;另外一個充電泵產(chǎn)生負電壓，作為TFT的關閉電壓VGL。此外，芯片還可以產(chǎn)生-5V電壓輸出，設計時利用-5V輸出電壓協(xié)助LM8261產(chǎn)生VCOM信號。

　　LED背光驅(qū)動電路

　　LCD作為一種被動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由于復雜程度較低、成本低且尺寸較小，被普遍用做嵌入式手持設備的LCD背光源。本文中背光驅(qū)動電路如圖3所示。

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　　驅(qū)動芯片采用MP1521，該芯片有3組獨立的電流反饋回路，可同時驅(qū)動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)動電流，用于驅(qū)動6個白色串聯(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PWM信號控制LED亮度。設計時，將其連接在PWM端口，使用PWM控制LCD背光亮度。

　　S3C2440A有5個16bit定時器，其中定時器0、1、2、3有PWM功能。將BRT連接到能夠輸出PWM信號的CPU的TOUT0/GPB0引腳，利用定時器0產(chǎn)生的PWM信號控制LCD亮度。通過改變PWM信號的占空比調(diào)整LED亮度，而通過設置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，高電平時背光電路工作;低電平時背光電路不工作。同時，可將EN端通過電阻直接連接到3.3V電源上以便調(diào)試時使用。

　　LCD_BCK+和LCD_BCK-分別連接到串聯(lián)LED的正負兩端。

　　軟件設計

　　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)下開發(fā)LCD的驅(qū)動程序。

　　字符設備的驅(qū)動程序

　　字符設備是Linux系統(tǒng)中最簡單的設備，可以像文件一樣訪問。當字符設備初始化的時候，其驅(qū)動程序向Linux內(nèi)核登記，在chrdevs向量表中增加一個device_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)條目。這個設備的主設備標識符用作這個向量表的索引。一個設備的主設備標識符是固定的。chrdevs向量表中的device_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括一個登記設備驅(qū)動程序名稱的指針和一個指向一組文件操作的指針。這組文件操作本身位于這個設備的字符設備驅(qū)動程序中，并處理一些特定任務。

　　Linux下的幀緩沖設備

　　Linux操作系統(tǒng)為LCD等顯示設備提供了幀緩沖區(qū)。幀緩沖區(qū)(Framebuffer)是Linux為顯示設備提供的一個接口，是把顯存抽象化后的一種設備。為LCD編寫驅(qū)動程序的實質(zhì)就是為幀緩沖區(qū)編寫驅(qū)動程序。

　　由于幀緩沖驅(qū)動程序的實現(xiàn)在許多論文中有詳細敘述，這里不再贅述，本文重點討論背光設備驅(qū)動程序的實現(xiàn)。

　　LCD背光設備的驅(qū)動程序

　　LCD背光設備可看作字符設備，可以按照字符設備驅(qū)動程序的編寫方法進行實現(xiàn)。在驅(qū)動程序里實現(xiàn)了LCD各種控制功能。驅(qū)動程序主要包括lcdctrl.c和lcdctrl_smdk2440.c。其中l(wèi)cdctrl.c屏蔽了具體的硬件，它通過鉤子函數(shù)調(diào)用lcdctrl_smdk2440.c相關函數(shù)完成各種具體操作。為了形象地說明兩個文件之間的關系，這里以LCD亮度調(diào)節(jié)過程為例，說明函數(shù)的調(diào)用過程，如圖4所示。

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　　lcdctrl.c中的lcdctrl_ioctl函數(shù)需根據(jù)上層應用程序的不同參數(shù)實現(xiàn)不同的功能，這些控制LCD的功能包括亮度調(diào)整、對比度調(diào)整、關閉LCD、開啟LCD等。

　　下面分別敘述兩個文件的實現(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)中實現(xiàn)，lcdctrl_open和lcdctrl_close不實現(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)上層應用程序的不同參數(shù)實現(xiàn)不同的功能，這里主要說明亮度調(diào)節(jié)功能的實現(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;}

　　當應用程序傳遞的命令參數(shù)為LCDCTRL_IOCTL_BRIGHTNESS時，lcdctrl_ioctl調(diào)用lcdctrl_set_ brightness具體實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)功能。

　　3、lcdctrl_set_brightness函數(shù)

　　lcdctrl_set_brightness具體實現(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在初始化時已被指向與具體的硬件相關的函數(shù)。

　　4、初始化函數(shù)

　　初始化函數(shù)主要完成初始信息的設置和設備的注冊。

　　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開啟和關閉函數(shù)，亮度、對比度等設置函數(shù)。其中LCD關閉函數(shù)的本質(zhì)就是將LCD背光亮度設置為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)

　　這里只敘述亮度設置函數(shù)的實現(xiàn)。

　　static int smdk2440_lcdctrl_set_brightness( int b)

　　{ ……

　　TCNTB0 = 100;

　　TCMPB0 = b*100/100;

　　//設置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)中的語句大部分是給與定時器相關的寄存器寫值。其中b就是上層函數(shù)傳遞下來的bright值，從程序中可以看到，調(diào)節(jié)亮度本質(zhì)上是通過TCMPB0寄存器寫入與bright相關的值，控制PWM占空比實現(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初始化時調(diào)用，將設備指向smdk2440_dev。

　　至此，驅(qū)動程序設計完成，為了更好地實現(xiàn)LCD的管理，需要在上層的Qtopia應用程序中提供人機操作的界面。

　　Qtopia應用程序

　　Qtopia應用程序提供人機操作界面并調(diào)用底層驅(qū)動程序完成LCD控制功能，這里，仍然以亮度調(diào)節(jié)為例敘述應用程序工作過程。

　　主要完成功能：

　　1、應用程序完成人機操作的界面，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、打開設備文件：fd=open("/dev/devname",O_RDONLY);

　　4、調(diào)用底層的驅(qū)動程序，通過底層的驅(qū)動程序?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)動程序完成亮度的調(diào)節(jié)。

　　結(jié)語

　　經(jīng)測試，設計完成的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。通過圖形管理界面能夠方便地管理LCD，達到節(jié)約能量、延長手持終端工作時間的目的。