1、基于 CY7C68013 的液晶驱动电路设计摘要：在智能仪表和工业控制中经常需要显示静态图像和动态数据信息，本设计利用通用串行总线（USB）接口控制器 CY7C68013 的 Slave FIFO 接口技术，实现 TFT 液晶屏的显示驱动，Slave FIFO接口技术的高速率为实现视频显示提供了保障。设计中利用 USB 接口技术实现了真正的实时热插拔，可用于支持 USB 接口的设备和仪表以及数字视频应用的场合。 关键词：Slave FIFO 接口; 真彩液晶屏; 三色同步 Abstract:Demonstration of static image and dynamic date infor
2、mation are need frequently in intelligent instrument and industry control. Display drive of TFT-LCD was realized using Slave FIFO interface technology of Universal Serial Bus (USB) interface controller CY7C68013 in this design. The high speed of the technology ensured realization of video display. R
3、eal-time hot swap was achieved through USB interface technology. This design is used for device with USB interface, instrument and digital video.Key words : slave FIFO interface; TFT True Color LCD; Three Color Synchronization引言在智能仪表和工业控制设计中常常会使用 TFT 液晶屏,现在常用的屏大部分都是高性能的。因为 TFT液晶屏的生产厂商很多,标准也不统一, TFT
4、液晶屏往往不能与 TFT 液晶控制器无粘合连接,所以在使用 TFT 液晶屏时,厂家还会推荐使用其专为 TFT 液晶屏设计的时序芯片。TFT 液晶屏价格很高,控制器成本也非常高。而在很多智能仪表和工业控制中并不需要动态画面，除一些数据或局部图象变化外，背景图像基本不变。本设计选用的是 Cypress 公司的 EZ-USB FX2 系列芯片中的 CY7C68013 和 SHARP 6.4英寸液晶显示屏 LQ064V3DG01。CY7C68013 是一种带 USB 接口的单片机芯片，虽然采用低价的 8051单片机，但仍然能获得很高的速度；LQ64D343 液晶显示屏是一款 6.4 英寸 640480
5、 的 TFT-LCD。采用 USB 接口控制芯片来驱动液晶屏的显示无疑是一个很好的解决方案。 1 芯片简介：1.1 CY7C68013 芯片CY7C68013 是 Cypress 公司推出的 USB2.0 集成微处理芯片，片上集成了一个串行接口引擎（SIE）、一个 USB 收发器、增强型 8051 单片机（其指令系统与普通 8051 单片机完全兼容）及一个 8.5kB片上 RAM、一个 4 KB FIFO 存储器及一个通用可编程接口（GPIF），这 2 个通用外部接口可实现 USB2.0 的高速传输。SIE 负责和 USB 收发器、USB 接口进行数据交换，大大简化固件编程。SIE 执行基本的
6、 2.0 协议操作，释放 MCU（这里是 8051 芯片）去处理应用程序的请求，使得 68013 虽使用低价格的 8051 芯片，但获得了 USB2.0 协议允许的最大带宽。GPIF 和 FIFO 可与大部分 ASIC 或 DSP 进行“无缝粘接” 。1.2 LQ064V3DG01 液晶屏LQ064V3DG01 是市面上较为常用的液晶显示芯片，是一款 6.4 英寸 480234 的 TFT-LCD，具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等特点，同时该屏是一片真彩显示屏，并属于透光型的 TFT、其亮度高、视角宽、背光灯的寿命也很长（该背光灯比较容易更换），并且采用的是 AG 涂层和 260K 的彩色显
7、示。可广泛应用于各种仪器仪表及各种视频显示的场合。LQ64D343 的主要参数如下：显示尺寸(HV) 130.697.9mm 输入接口 TTL-6bit RGB外形尺寸(HVD) 161.311712mm 供电电压 3.3/5V分 辨 率 640RGB480 背 光 2xCCFL点 尺 寸(HV) 0.0680.204mm 响应时间(tr+td) 30+50ms显示颜色 262K 功 耗 5.2W对 比 度 150:1 工作温度 055I2C 总线的单片机 C 语亮 度350存储温度-3080视 角(U/D/L/R)40/70/70/702 硬件原理设计：CY7C68013 提供三种接口模式：
8、PORT（默认）、Slave FIFO 和 GPIF，由寄存器 IFCFG 决定。当它工作于 Slave FIFO 模式时，外部逻辑可像普通 FIFO 那样对它的端点数据缓冲区进行读写与控制，通过 FX2 的内部端点 FIFO，USB 数据在主机和外部逻辑之间传输，而不需 FX2 设备 CPU 的任何干预。这时仅将 FX2 设备作为 USB 与外部逻辑间的一个通道。在 GPIF 模式下，CY7C68013 作为一个内部控制器，可由软件编程输出读写控制。CY7C68013 作为 USB 接口实现对液晶屏显示驱动，提供了 FIFO接口实现与 LQ064V3DG01 连接，并实现上位 PC 机经 U
9、SB 接口控制芯片到液晶显示屏的快速图像传输显示的过程。系统框图如图 1 所示：图 1 基于 CY7C68013 的液晶驱动设计的系统框图CY7C68013 共有 4 个支持 USB2.0 高速传输的“大”端点（2 个 IN 端点和 2 个 OUT 端点）和 4KB 片内RAM，该 RAM 可配置为 4 个“大”端点的 FIFO，其中 2 个“大”端点可以配置为双、三、四缓冲区（FIFO），一个“大”端点最大可配置为 2KB FIFO，更重要的是该芯片提供了两个用于实现 USB2.0高速传输的可编程外部设备接口以及 Slave FIFO 和 GPIF，这 2 个通用外部接口可通过与 4 个“大
10、”端点协调工作来实现 USB2.0 的高速传输,本设计只讨论 Slave FIFO 可编程外部设备接口在设计中驱动液晶屏的应用。本设计为了便于显示中文信息和常用图片，采用了一片 32K8 的高速静态 RAM（型号为 CY7C1399BN）作为数据暂存器。 可存放容量比较大的字库和一些常用小图标等数据信息（如仪表中的一些常用图标和工控中的设备图标），这样在显示的过程当中不仅可以显示背景图像，还可以动态显示数字、中文和小图标。数据存储器 CY7C1399BN 的原理图如图 2 所示（因 CY7C68013 原理图太大，这里省略）。设计中程序存储器选用 24LCxx 序列，可通过跳线选择，这里以 2
11、4LC64 为例。24LC64 是 8K8 位电擦除可编程只读存储器，能进行在线修改，并能在断电的情况下保持修改结果。24LC64 的读操作与普通的 E2PROM 的读出相同，在写入一个字节的指令码或数据前，自动地对所要写入的单元进行擦除，因而无需进行专门的字节/芯片擦除操作，从这个意义上讲，使用 24LC64 这 E2PROM 就如同使用静态 RAM 一样，程序存储器的原理图如图 3 所示。图 2 数据存储器 CY7C1399BN 的工作连接图 图 3 程序存储器连接图这些外围的器件设计完之后，最后实现液晶显示屏与控制器 CY7C68013 之间的连接，在连接过程中要考虑的问题就是要使红绿蓝
12、三色数据信号线上的数据同步，并且保持相互独立。至于同步我们可以根据软件的设计或者是对 CY7C68013进行设置。为了把管脚配置为 Slave FIFO 模式，需使 IFCFG1:011。要是使其工作在同步模式下就需使IFCONFIG.3=0。外部逻辑通过一条 8 位或 16 位数据总线访问 FIFO。每个 FIFO 的控制寄存器(EPxFIFOCFG.0)的WORDWIDE 位控制数据总线的位数是 8 位还是 16 位：当 WORDWIDE=0 时数据总线为 8 位模式，FD7:0占用 B 端口。当 WORDWIDE=1 时数据总线为 16 位模式，FD15:8、FD7:0分别占用 D、B
13、端口。当 FIFO 端口中有一个设置为 16位数据线模式，不管当前的 FIFOADR1:0是多少，端口 D 都不能用作 I/O 口。虽然将 FIFO 数据总线设置为 16 位模式，但是还不能够满足 LQ064V3DG01 的 6bit3 =18bits 颜色显示的的需求。设计中通过降低颜色性能来简化电路，就将 LQ064V3DG01 三色数字信号线的最低位与低电平相连接，因为三色数字信号线的低位对颜色的影响不大，实际上将 262K 的显示颜色变成 32K 的显示颜色，同时可以节约三根数据总线，可用 FIFO的 16 位数据总线实现三色数字信号的传输。这样三色数字信号的同步性和独立性问题都得以解
14、决了。设计当中选用的液晶屏 LQ064V3DG01 的显示频率要求最高不得高于 28.33MHZ。在这样条件之下，可以通过对 8051 设置 CPUCS.1=1 达到 CLKOUT 端口输出频率为 24MHZ，此时与典型的显示频率比较接近。如果送入液晶屏的时钟频率过低的话就会导致显示画面的质量下降，还可能会出现闪烁等不理想的现象。横纵向同步信号可以决定行同步和场同步，如果将 Hsync、V sync两引脚同为负极性时显示屏工作在 480行显示模式下。在这里将 Hsync、V sync与 CY7C68013 的数据线 D0 和 D1 相连，可以通过软件设计达到所需目的。该液晶屏还可以实现上下翻转
15、、左右镜像的功能，本设计中没有用到这些功能，将 U/D、R/L 两脚悬空即可。液晶屏原理图如图 4 所示。图 4 液晶屏在工作连接图3 固件程序设计固件程序是所有基于微控制器及其外围电路的功能设备正常工作必不可少的部分，其作用就是辅助硬件完成相应的功能，主要实现系统初始化、辅助硬件完成设备的重新列举过程、模拟设备的断开与重新连接、对中断的处理、数据的接收和发送以及外围电路的控制等功能。CY7C68013 带有加强的 8051 内核性能，可达到标准 8051 的 5-10 倍，且与标准 8051 的指令完全兼容，固件程序通过执行 8051 代码完成相应的功能。Cypress 公司的网站提供了 C
16、Y7C68013 芯片的开发工具包下载，该开发包提供了开发固件程序的所需的一些资源，如 Keil Vision2 集成开发环境(限制版)、Cypress C51 固件框架程序以及一些例子程序。CY7C68013 的固件主要有两种引导方式，一种是存储在 EEPROM 上，通过上电后的自检自动将固件程序加在 CY7C68013 上；另一种方式是通过主机将固件程序下载到 CY7C68013。在设计中我们采用了前一种方式，其工作流程如图 5 所示。图 5 固件程序工作流程4 小结本设计主要应用于智能仪表和工业控制，但从设计中可以看出，由于使用了 CY7C68013 的 Slave FIFO，数据传输速
17、率相当快，完全可以满足视频应用的要求，这也是选用 CY7C68013 的原因，只是颜色只有 32K，但对于普通的视频应用也足够了，有兴趣的技术人员可以做深入的研究。本文作者创新点:通过利用 CY7C68013 的 USB 接口技术和 Slave FIFO 实现 TFT 液晶屏的快速驱动，可理解为 USB 接口芯片的巧妙应用。参考文献： 彭良智,王晓春等.LCD 控制器驱动的 24 位 TFT 真彩屏接口设计J.单片机与嵌入式系统应用，2006 年第6 期：34-35CYPRESS CORPORATION. EZ-USB FX2 Technical Reference Manual.USA: CYPRESS CORPORATION,2001.http:/ .pdfSHARP CORPORATION.LQ064V3DG01 TFT LCD Module (640 x RGB x 480 dots)OL.Japan: SHARP CORPORATION, 2006.11.2.http:/ 06.pdf郭书军 侯文杰 张延华.基于 SOPC 的液晶屏接口组件设计J.微计算机信息 2006，11-2：115-116 刘延波 郑世强等.USB 设备固件程序设计J. 信息工程大学学报，2004 年 6 月 第 5 卷 第 2 期：56-59
