FPGA实战演练逻辑篇26：LCD显示驱动子板详细设计

rousong1989

LCD显示驱动子板详细设计

本文节选自特权同学的图书《FPGA设计实战演练（逻辑篇）》

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SF-LCD与FPGA引脚定义如表3.4所示。（特权同学，版权所有）

表3.4 SF-LCD与FPGA引脚定义

分类	名称	引脚号	功能描述
背光控制	9293EN	85	背光芯片使能信号。
LCD驱动	LCD_B0	84	蓝色数据位0。
	LCD_B1	83	蓝色数据位1。
	LCD_B2	80	蓝色数据位2。
	LCD_B3	79	蓝色数据位3。
	LCD_B4	77	蓝色数据位4。
	LCD_G0	76	绿色数据位0。
	LCD_G1	75	绿色数据位1。
	LCD_G2	74	绿色数据位2。
	LCD_G3	73	绿色数据位3。
	LCD_G4	72	绿色数据位4。
	LCD_G5	71	绿色数据位5。
	LCD_R0	70	红色数据位0。
	LCD_R1	69	红色数据位1。
	LCD_R2	68	红色数据位2。
	LCD_R3	67	红色数据位3。
	LCD_R4	66	红色数据位4。
	LCD_HSY	65	行同步信号。
	LCD_VSY	64	场同步信号。
	LCD_CLK	60	显示数据锁存时钟。
触摸屏控制	AWIRQ	55	中断请求信号。
	AWSCL	59	I2C接口时钟信号。
	AWSDA	58	I2C接口数据信号。

         54PIN的FPC插座用于连接LCD进行驱动，这个LCD的驱动接口原理图如图3.56所示，其接口详细定义和功能描述如表3.5所示。（特权同学，版权所有）

图3.56 LCD接口电路

表3.5 LCD驱动接口引脚定义

引脚	信号	功能
1	VBL-	LED背光地。
2	VBL-	LED背光地。
3	VBL+	LED背光电源。
4	VBL+	LED背光电源。
5	Y1	触摸屏：上。
6	X1	触摸屏：右。
7	NC	无连接。
8	RESET#	硬件复位。
9	SPENA	SPI接口数据使能信号。
10	SPCLK	SPI接口数据锁存时钟。
11	SPDAT	SPI接口数据信号。
12	B0	蓝色数据位0。
13	B1	蓝色数据位1。
14	B2	蓝色数据位2。
15	B3	蓝色数据位3。
16	B4	蓝色数据位4。
17	B5	蓝色数据位5。
18	B6	蓝色数据位6。
19	B7	蓝色数据位7。
20	G0	绿色数据位0。
21	G1	绿色数据位1。
22	G2	绿色数据位2。
23	G3	绿色数据位3。
24	G4	绿色数据位4。
25	G5	绿色数据位5。
26	G6	绿色数据位6。
27	G7	绿色数据位7。
28	R0	红色数据位0。
29	R1	红色数据位1。
30	R2	红色数据位2。
31	R3	红色数据位3。
32	R4	红色数据位4。
33	R5	红色数据位5。
34	R6	红色数据位6。
35	R7	红色数据位7。
36	HSYNC	行同步信号。
37	VSYNC	场同步信号。
38	DCLK	显示数据锁存时钟。
39	NC	不连接。
40	NC	不连接。
41	VCC	数字电源。
42	VCC	数字电源。
43	Y2	触摸屏：下。
44	X2	触摸屏：左。
45	NC	不连接。
46	NC	不连接。
47	NC	不连接。
48	IF2	数据输入格式控制引脚。
49	IF1	数据输入格式控制引脚。
50	IF0	数据输入格式控制引脚。
51	NC	不连接。
52	DE	数据输入使能。
53	GND	数字地。
54	GND	数字地。

我们可以将该表中的信号接口归为五类。第一类是数字信号接口，如RESET、SPENA、SPCLK、SPDAT、Rx（x为0到7）、Gx、Bx、HSYNC、VSYNC、DCLK和DE。此类信号主要是传输显示数据给LCD面板，这么多接口，是不是所有的引脚都要用上呢？不是的，其实仔细看这款LCD的datasheet，我们发现它提供了多种数据传输方式，有常见的并行RGB数据传输，也有CCIR601/656等方式。前者通常驱动时钟慢一些，而需要的数据总线宽一些，传输协议也更简单，我们也更倾向于采用前者进行通信。由于这里的数据接口合计是24bit的，也就是说每个像素点的色彩可以显示2的24次方种，即通常所说的1600万色。不过实际上我们并没有用足这24bit数据线，我们的图片是16bit的，基本上人眼感觉已经够绚丽了。因此，在硬件连接上，我们做了如图3.56所示的处理，为的是减少数据位宽。SPENA、SPCLK、SPDAT是SPI接口，用于给LCD的一些控制寄存器写数据，有些液晶屏需要在LCD上电后用该接口做一些配置才能够正常使用，而我们使用的这款屏则不需要，因此我们可以不必理会这些引脚。时序的控制上既可以用HSYNC/VSYNC模式（我们的电路上使用了该模式），也可以用只有DE的模式。（特权同学，版权所有）

第二类接口，即液晶的模式设置专用输入接口，包括了IF0、IF1、IF2等接口，它们的主要功能就是设置使用哪种数据传输方式，我们的设计中统一采用并行RGB数据传输。第三类接口是触摸屏信号接口，是模拟信号，如Y1、X1、Y2、X2，这些引脚是否使用需要看液晶屏是否真的接好了触摸屏。第四类接口是电源接口，即VCC（接3.3V）和GND信号。第五类是背光电源，即VBL+和VBL-信号，这部分硬件上设计了专门的背光电源电路产生19.8V电压进行供电。（特权同学，版权所有）

         如图3.57所示，LCD内部的背光是6个LED串联，每个LED的额定电压是3.3V，电流是20mA。因此，要驱动这6个LED就需要19.8V/20mA的电压。我们的系统输入电源是5V，必须升压才能够得到19.8V。（特权同学，版权所有）

图3.57 LCD的背光驱动条件

         LCD驱动的背光电路如图3.58所示，这里使用了升压芯片RT9293，该芯片为恒流控制，只要设定驱动电流即可使LCD的背光正常工作。FB引脚和GND之间有两个33ohm电阻并联，得到的阻值是16.5ohm，该阻值对应设置了约20mA的驱动电流。（特权同学，版权所有）

图3.58 LCD背光驱动电路

         触摸屏驱动器芯片AW2083电路如图3.59所示。它由两路的差分模拟电压输入，用于采集电阻式触摸屏的模拟电压。数字端有一个IRQ中断信号可以连接到FPGA，FPGA接收到中断后，作为主机，可以通过I2C接口读取的当前的触摸屏坐标数据。（由于我们所使用的3.5寸液晶屏LQ035NC111带触摸屏版本已经停产，所以我们电路上只是保留，但不焊接芯片）

图3.59 触摸屏驱动电路