1、 I 摘 要 嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机系统。以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统是继 IT网络技术之后，又一个新的技术发展方向。本文是以在 MagicARM2200教学实验开发平台为基础 ADS 1.2 集成开发环境，以 LPC2290 为控制核心 ， 介绍和设计了一款基于 ARM嵌入式系统的彩色液晶显示实验， 通过使用 MagicARM2200 实验箱彩色液晶屏 实现了循环 显示正弦波 形、 含谐波的波形、含谐波的进一步逼近波形 等图形 。 本次设计中由于 LFUBK909XA 彩色（ 256）点阵图形液晶模 块没有集成液晶控制器，LPC2290 也没点阵图形控制器 功能，所以需
2、要接一个液晶控制驱动芯片 S1D13503，S1D13503 能够支持 256 色彩液晶屏 。 该系统在功耗，体积，集成度，成本等都有较好的优势，具有一定的实用意义。 关键词 : 嵌入式系统 ， ARM，液晶显示，点阵图形 II 目 录 摘 要 . I 1 引言 . 1 1.1 设计开发背景及意义 . 1 1.2 设计可行性分析 . 1 2 MAGICARM2200 及 LPC2290 芯片简介 . 2 2.1 MAGICARM2200 试验箱介绍 . 2 2.1.1 广州致远公司简介 . 3 2.1.2 MaigcARM2200 特点 . 3 2.2 LPC2290 介绍 . 4 2.2.1
3、 LPC2290 特性 . 4 2.2.2 LPC2290 管脚排列 . 5 3 GUI 图形用户界面 . 6 3.1 概述 . 6 3.2 基本画图原理 . 6 4 硬件电路设计 . 9 4.1 彩色液晶屏驱动电路 . 9 4.2 电 路原理 . 9 5 软件设计 . 10 5.1 程序流程图 . 10 5 2程序调试 . 11 6 功能仿真 . 12 6.1 EASY JTAG-H仿真器的使用 . 12 6.2 仿真步骤 . 12 6.3 仿真结果 . 13 结论 . 14 参考文献 . 15 致谢 . 16 附 录 . 17 III 附录 A：彩色液晶屏驱动电路原理图 . 17 附录 B
4、：程序清单 . 17 1 1 引言 1.1 设计 开发背景及意义 人类进入信息社会对显示技术的要求越来越高，从而推动了信息显示技术的迅速发展。现在图像信息显示技术正在向数字化、灵活化、多媒体化的方向发展，这样图像显示技术的一个主要应用分支液晶显示控制技术的作用就越来越明显。液晶显示控制技术采用数字控制方式，显示平面化、多样化，正好符合图像显示技术的发展趋势。随着液晶显示控制技术的发展，更多功能强大的核心微处理器得到越来越广泛的应用。 LCD（液晶显示）模块满足了嵌入式系统日益提高的要求，它可以显示汉字、字符和图形，同时还具有低压、低功 耗、体积小、重量轻和超薄等很多优点。随着ARM 嵌入式系统
5、的应用越来越广泛，功能也越来越强大，对系统中的要求也越来越高，在应用需求的驱使下，许多在 Linux 下的图形界面软件包的 开发和移植工作中都涉及到底层 LCD 驱动的开发问题。因此选用嵌入式微处理器，并在用其结构的嵌入式中开发 LCD 驱动得以广泛应用。 液晶显示驱动 系统仅是一个被动驱动，即仅有驱动系统是不能实现液晶显示器件的显示 。它还需要有控制电路提供驱动系统所必须的扫描时序信号和显示数据。这种控制电路是由专用集成电路组成，被称为液晶显示控制器。 液晶显 示控制器有两大作用：其一，控制器是为显示提供时序信号和显示数据，有了它，液晶显示系统才能称之为完善；其二，在计算机系统中，液晶显示控
6、制器是一种专业 IC 芯片，专用于计算机与液晶显示系统的接口。控制器受计算机的直接操作，并可以脱机独立控制液晶显示驱动系统，从而解除了计算机在显示上的繁琐工作。计算机或者微处理器通过对液晶显示控制器的操作，实现了对液晶显示扫描时序的设置和显示数据的写入，从而完成对液晶显示器件的操作。 1.2 设计可行性分析 由于 LCD 液晶显示器具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等诸多其他显示器无法比拟的优点，已广泛应用于各种智能型仪表和低功耗电子产品中。液晶显示器分为笔段式、字符点阵式和图形点阵式三种。前两种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以 显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果，其应
7、用已越来越广泛。 在 本次设计中使用 MagicARM2200 实验箱 彩色液晶屏显示正弦波 形、 含谐波的波形、含谐波的进一步逼近波形 等图形 ， MagicARM2200 实验箱是由广州周立功单片2 机发展有限公司开发的一款可使用 C/OS- 和 CLinux 双操作系统、集成众多功能于一身的 ARM 教学实验开发平台。 在此设计 中 以 LFUBK909XA 彩色（ 256）点阵图形液晶模块介绍了液晶显示器的基本原理及在 ARM 嵌入式系统下的程序设计。 LFUBK909XA彩色（ 256）点阵图形液晶模块 ,点像素为 320 3（ RGB） 240 点，屏幕尺寸为 5.2英寸，内嵌驱动
8、器及电源电路。由于该模块没有集成液晶控制器， LPC2290 也没点阵图形控制其功能，所以需要接一个液晶控制 驱动芯片 S1D13503， S1D13503 能够支持256 色彩 液晶屏。 2 MagicARM2200 及 LPC2290 芯片简介 2.1 MagicARM2200 试验箱介绍 MagicARM2200 试验箱 是由广州致远电子有限公司 开发的 专为高校嵌入式系统教学精心打造的 ARM嵌入式教学实验开发平台，支持多种嵌入式操作系统，提供丰富的配套教材和众多实验例程，提供多种的商业化软件包，并配备精心设计的多媒体教学课件，是高校嵌入式系统创新实验室首选平台。 产品图片： 图 2.
9、1 MagicARM2200 试验箱 3 2.1.1 广州致远公司简介 周立功先生于 1999 年创立广州周立功公司，目前拥有北京、上海、南京、杭州、深圳、成都、重庆、武汉、香港等 9 家分公司，销售工程师、市场工程师和技术支持工程师 200 多人，产品研发工程师 400 多人，代理销售产品从传统的单片机，发展为ARM7/ARM9、 Cortex-M0/Cortex-M3、 FPGA、 DSP、 汽车电子、智能识别、电源器件、模拟器件、存储器件等整套微控制器。 2001 年，周立功先生又投资注册了广州致远电子有限公司 ，开始自主研发的征程。致远电子以高端嵌入式系统软硬件技术平台为核心，推出了工
10、业控制整体解决方案、高端测量与分析仪器、楼宇自动化等系列产品和解决方案，连续多年被评为高新技术企业，是逻辑分析仪国家标准的参与制订者、 iCAN 通讯协议国家标准的起草者、微软嵌入式金牌合作伙伴。 2.1.2 MaigcARM2200 特点 同时支持 uC/OS-II、 uCLinux、 T-Kernel 三个嵌入式操作系统，这是所有同类产品不具备的（ T-Kernel 是源码公开的占有全球商业化嵌入式产品市场 60份额的 OS，北航出版社即将 出版由周立功公司翻译与编写的 T-Kernel 嵌入式实时操作系统标准规格手册与系列教材）。 同时支持 7 种 ARM 芯片（ LPC2210/222
11、0/2212/2214/2290/2292/2294） 。 实验箱显示屏有专门 的外壳保护，同时配带触摸笔，美观、实用 。 同时支持 CF卡、 SD卡、 MMC卡与 IDE硬盘，并配套相关软件包 。 同时支持 GPS（选件）和 GPRS（选件），并配 套相关软件包（手机收发短信及其机常用功能） 。 配备 10/100M 网卡芯片及其软件包 。 配备双路 CAN-bus 现场 总线及其软件包 。 支持最新国家标准 RS-485 及其 MODBUS RTU 软件包 。 2 个 USB HOST 直接驱动 U 盘， 1 个 USB Device。 大量可选的外设适配器 。 免费捆绑 MiniGUI
12、for uC/OS-II&MiniGUI for uCLinux(Linux)图形用户界面学习版软件（周立功公司是 MiniGUI 学习版软件的独家代理） 。 专业配套了通俗易懂、资料翔实的 ARM 嵌入式 uCLinux 系统构建与驱动开发范例与 ARM嵌入式 MiniGUI 初步与应用开发范 例图书 。 4 全部原创 的底层驱动软件，全部公开详细的设计文档 。 2.2 LPC2290 介绍 LPC2290 是一款基于 16/32 位 ARM7TDMI-S，并支持实时仿真和跟踪的 CPU。对代码规模有严格控制的应用可使用 16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很
13、小。 LPC2290 采用 144 脚封装、极低的功耗、多个 32 位定时器、 8 路 10 位 ADC、 2路高级 CAN 通道、 PWM 通道以及多达 9个的外部中断，这款微控制器特别适合自动化应用，它们还适用于工业控制、医疗系统、访问控制和故障容限维护总 线等应用领域。通过总线的设置， LPC2290 拥有 76 个 GPIO。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。 2.2.1 LPC2290 特性 16/32 位 ARM7TDMI-S微处理器， LQFP144 封装。 16 kB 片内静态 RAM和 256kB
14、 片内 Flash 程序存储器。 128 位宽接口 /加速器可实现高达 60MHz 的工作频率。 通过片内 boot 装载程序实现在系统编程（ ISP）和在应用编程（ IAP）。 512 字节行编程时间为 1ms。单扇区或整片擦除时间为 400ms。 EmbeddedICE-RT和嵌入式跟踪接口使用片内 RealMonitor软件对任务进行实时调试并支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。 2 个互连的 CAN接口，带有先进的验收滤波器。多个串行接口，包括 2个 16C550工业标准 UART、高速 I2C接口（ 400 kbit/s）和 2 个 SPI接口。 8 路 10 位 A/D转换器，
15、转换时间低至 2.44 s。 2 个 32 位定时器（带 4 路捕获和 4 路比较通道）、 PWM 单元（ 6 路输出）、实时时钟和看门狗。 向量中 断控制器。可配置优先级和向量地址。 通过外部存储器接口可将存储器配置成 4组，每组的容量高达 16Mb，数据宽度为8/16/32 位。 多达 112 个通用 I/O口（可承受 5V电压）， 9个边沿或电平触发的外部中断引脚。 通过片内 PLL可实现最大为 60MHz 的 CPU 操作频率。 5 片内晶振频率范围： 1 30 MHz。 2 个低功耗模式：空闲和掉电 。 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 。 可通过个别使能 /禁止外部功能来优化功
16、耗。 双电源 。 CPU 操作电压范围： 1.65 1.95 V(1.8 V 0.15 V)。 I/O 操作电压范围： 3.0 3.6 V(3.3 V 10%)，可承受 5V电压。 2.2.2 LPC2290 管脚排列 图 2.2 LPC2290 管脚排列 LPC2290 6 3 GUI 图形用户界面 3.1 概述 GUI 为 Graphics User Interface 的缩写，即图形用户界面。它是用于提高人机交互友好性、易操作性的计算机程序，是建立在计算机图形学基础上的产物。图形用户界面是当今计算机技术的重大成就之一，它极大方便了 非专业用户的使 用，人们不再需要死记硬背大量的命令，而是
17、可以通过窗口、菜单方便地 进行操作。 随着嵌入式系统的日益发展，以及 32 为嵌入式处理器及图形显示设备的广泛应用，目标产品对 GUI 的需求越来越多。因为嵌入式系统的资源有限，所以对 GUI的需求是可裁剪的、高速度的。嵌入式系统简易的图形用户界面 ZLG/GUI 提供了最基本的画点、线、图形、圆弧、椭圆形、矩形、正方形和填充等功能， 较高级的接口功能有ASC显示、汉字显示、图标显示、窗口和菜单等，支持单色、灰度、伪彩色和真彩色等图形设备。 3.2 基本画图原理 为了实 现基本的图形操作，要在 RAM中开辟一块或多块显示缓冲区。缓冲区大小一般与实际图形显示设备的点像素对应，如 128 64 点
18、的单色图形 LCD，开辟显示缓冲区大小为 1024字节（即 128 64/8,1 字节数据对应 8个点像素）。在 RAM 开辟显示缓冲区进行图形操作时可以获得较高的速度，待操作完毕后再将显示缓冲区 的数据发送到显示设备中。当然，也可以直接使用显示设备的显示 RAM，如果直接 使用显示设备中的显示 RAM进行图形 操作，由于其读 /写操作速度较慢，就会直接 影响显示效果。一般在系统存储器 RAM 较宽松的情况下，对于单色、 4级灰度、 16 级灰度或读 /写操作速度较慢的显示设备，使用系统存储器 RAM 建立缓冲区。 ZLG/GUI 的显示存储器映射（即显示缓冲区映射）如图 3.1 与图 3.2所示。图 3.2为图 3.1 显示区对应的显示缓冲区。缓冲区为顺序排列的，即显示区（ 0,0）上的点对应缓冲区的第 1个字节的显示数据。各种图形的运算结果先保存在显示缓冲区中，ZLG/GUI 接口函数的坐标参数采用绝对坐标值。 7 图 3.1 显示设 备的显示区 表 3.2 显示缓存区 为了更好地理解及设计软件， 可以将 ZLG/GUI 分为 3个层次，如图 3.3 所示。 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Dn Dn+1 Dn+2 Dn+3 Dn+4 Dn+5 Dn+6 Dn+7 ，原点
