TFT—LCD显示及驱动电路的设计.doc

摘要摘要 TFT LCD 显示及驱动电路设计由视频解码电路 LCD 显示电路 电源控制 电路和单片机控制电路四个模块组成 视频源产生模拟视频信号 由 TVP5150 视 频解码把模拟视频信号解码输出数字视频信号 由 LCD 液晶屏显示 对视频解码 和液晶显示器的配置是通过单片机完成的 本设计主要针对高校电视技术实践课 程设计 应用于视频解码输出教学 实现信号处理可视模块化教学方案 关键字关键字 视频解码 LCD 显示 单片机 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 I 目录目录 第一章 概 述 1 1 1 设计背景 1 1 2 系统框图 1 第二章 TFT LCD 液晶显示技术 2 2 1 液晶基本性质及显示原理 2 2 2 PT035TN01 V6 液晶显示屏 2 2 2 1 PT035TN01 V6 模式选择 2 2 2 2 PT035TN01 V6 屏的交直流电路设计 2 2 2 3 PT035TN01 V6 屏的 SPI 电路设计 3 第三章 图像解码的电路设计 5 3 1 视频解码芯片的选取 5 3 2 TVP5150 视频解码芯片 6 3 2 1 TVP5150 芯片引脚功能 6 3 2 2 TVP5150 典型寄存器 6 3 3 TVP5150 视频解码系统配置 7 3 3 TVP5150 典型电路 7 3 3 1 复位电路 7 3 3 2 A D 采样电路 7 3 3 3 晶振电路 7 3 4 TVP5150 的具体配置 8 第四章 MCU 控制电路 10 4 1 单片机概述 10 4 2 单片机的总线控制 10 4 2 1 单片机对液晶屏的控制 10 4 2 2 单片机对 TVP5150 的控制 10 第五章 开关电源设计 12 5 1 设计要求 12 5 1 1 电源芯片的选取 12 5 1 2 功能分析 12 5 2 升压电路 12 5 2 1 升压原理 12 5 2 2 升压电路 12 5 2 降压电路 12 5 2 1 降压原理 12 5 2 2 降压电路 12 第六章 软件系统 13 6 1 软件流程图 13 6 1 1 PT035TN01 V6 液晶显示屏软件流程图 13 6 1 2 TVP5150 解码电路程序框图 14 6 2 TVP5150 IIC 程序见 附录一 14 第七章 系统调试与结果 15 7 1 硬件调试 15 7 1 1 调试方法 15 7 1 2 调试数据 15 7 2 软件调试 15 7 2 1 编译环境 15 7 2 2 调试波形 15 总 结 16 谢 辞 17 参考文献 18 毕业论文 II 附录一 19 第一章 概 述 1 1 设计背景设计背景 1 2 系统框图系统框图 SPI IIC 图 1 1 系统框图 TVP5150 视 频解码 TFT LCD 液晶显示 电源模块 外部视频 源 STC12C5412AD 单片机控制 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 1 第二章第二章 TFT LCD 液晶显示技术液晶显示技术 2 1 液晶基本性质及显示原理液晶基本性质及显示原理 上把物质分为三态 固态 液态和气态 在自然界中 大部分材料随温度的 变化只呈现固态 液态和气态 液晶 Liquid Crystal 是不同于通常的固态 液态和气态的一种新的物质状态 它是能在某个温度范围内兼有液体和晶体两者 特性的物质状态 也叫液晶相或中介相 故又称为物质的第四态 液晶最早是奥地利植物学家莱尼茨尔 F Reinitzer 于 1888 年发现的 他 在测定有机物的熔点时 发现某些有机物熔化后会经历一个透明的呈白色混浊状 态 并发出多彩而美丽的珍珠光泽 只有继续加热到某一温度才会变成透明清亮 的液体 这是人们对液晶认识的开始 次年 德国物理学家莱曼 O Lehmann 使用偏光显微镜对这些酯类化合物进行了观察 他发现这些白而浑浊的液体外观 上虽然属于液体 但却显示出各相异性晶体特有的双折射性 于是莱曼将其命名 为液晶晶体 这就是液晶的由来 2 22 2 PT035TN01PT035TN01 V6V6 液晶显示屏液晶显示屏 2 2 12 2 1 PT035TN01PT035TN01 V6V6 模式选择模式选择 液晶屏有四种数据接收模式及引脚接入如图 2 1 所示 本设计采用屏的默认 数据接收方式 ITU R BT 656 进行数据传输 图 2 1 数据接收模式 2 2 22 2 2 PT035TN01PT035TN01 V6V6 屏的交直流电路设计屏的交直流电路设计 电路主要控制屏的 VCOM 引脚实现翻转电压 如果液晶屏正常工作 POL 引脚 会产生一个交流电压 电路图如图 2 2 所示 毕业论文 2 图 2 2 交直电路 2 2 32 2 3 PT035TN01PT035TN01 V6V6 屏的屏的 SPISPI 电路设计电路设计 单片机对屏的控制是通过 SPENA SPCK SPDA 端口进行的 屏内的 Driver IC 里面有一些特殊功能寄存器 这些寄存器必须使用 SPENA SPCK SPDA 引脚进 行设定 只有给这些寄存器设定正确的值后 液晶屏才能政策的显示 客户系统 如图 2 3 设定值参考如图 2 4 所示 图 2 3 DPI 电路设计 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 3 图 2 4 寄存器初始化值 毕业论文 4 第三章第三章 图像解码的电路设计图像解码的电路设计 3 1 视频解码芯片的选取视频解码芯片的选取 本系统设计中图像的输出为 PAL 制式的模拟视频信号 图像信号只有转换为 数字信号才能够被系统处理器进行处理和控制以及数据传输 需要对图像信号进 行转换 在设计这一部分电路时必须注意以下几点 能够完成模数转化 ADC 实现视频图像信号的数字化 要有同步信号 保证视频图像信号的正确采集和传输 能够对信号进行 Y C 分离 由于数据必须通过 LCD 屏口传 回存储器存储 而 LCD 屏支持的是 ITU RBT656 等视频格式 因此必须对 视频图像数据进行 Y C 分离 生成 YUV 即 YCbCr 色差信号 符合 ITU RBT656 视频流格式 功耗低 因为本系统中用到四路图像转换电路 如果每一路的功耗大的 话 那就造成系统的功耗大 对系统电源 系统布局等都造成影响 电路设计简单 保证系统设计的稳定性 目前 世界上有两大视频解码芯片生产厂家 PHILIPS 和 TI 公司 其代表 产品有 SAA7112 Philips SAA7113 Philips TVP5150 TI 和 TVP5146 TI 这几款视频解码芯片在实际中都得到了广泛应用 其中 TVP5150 以其优良的性能在这一方面占据优势 满足视频解码芯片的选取要求 在 TVP5150 芯片内部有一个 9 位高速的 带模拟处理器的 A D 转换器 有专门的场同步信号和垂直同步信号 保证信号的 正确采集 内部有专门的 Y C 分离电路 实现视频解码数据按照 ITU RBT656 输 出 芯片本身的功耗才 115mW 功耗低 便于系统多路采集设计 电路设计 简单 内部自带可编程的 ROM 以及支持部分 RAM 内部自带程控增益放大电路 PGA 以及很好的电位钳置电路 能够捕 捉微弱信号 具有很好的信噪比 S N 保证了信号稳定正确采集 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 5 3 23 2 TVP5150TVP5150 视频解码芯片视频解码芯片 3 2 13 2 1 TVP5150TVP5150 芯片引脚功能芯片引脚功能 芯片一共有 32 个引脚 引脚功能图如图 3 1 所示 1 2 脚是信号输入脚 其 中 11 至 18 脚是数据输出脚 5 6 脚接晶振 21 22 脚为 IIC 控制引脚 24 25 脚为行 场输出引脚 29 30 脚为 A D 采样功能引脚 图 3 1TVP5150 引脚功能 3 2 23 2 2 TVP5150TVP5150 典型寄存器典型寄存器 通道选择寄存器如图 3 2 所示 图 3 2 通道选择寄存器 视频通道切换数据如表 3 1 所示 表 3 1 毕业论文 6 3 33 3 TVP5150TVP5150 视频解码系统配置视频解码系统配置 1 要求输入通道采用 AIP1A 通道 2 视频输入模式允许 NTSC M PAL B G H I 或者 SECAM 模式 3 数据输出为 8 bit ITU R BT 656 模式 注意 对寄存器的设置只要对地址为03H寄存器的第4位 YCbCr output enable TVPOE 设置为 1 即可 如图 3 3 所示 其他寄存器采用默认值 图 3 3 输出匹配寄存器 3 33 3 TVP5150TVP5150 典型电路典型电路 3 3 13 3 1 复位电路复位电路 复位电路如图 3 4 所示 主要由外围电路和单片机进行控制 当单片机给控 制端口大于 2 毫秒的高电平实现复位 软后给予低电平进行设置操作 图 3 4 复位电路 3 3 23 3 2 A DA D 采样电路采样电路 A D 采样电路由三电容组成如图 3 5 所示 其中 29 脚 REFP 为地电位采样 量化点 即当采集到的信号低于 REFP 就为 0 29 脚 REFM 高电位采样量化点 即当采集到的信号高于 REFM 就为 1 3 3 33 3 3 晶振电路晶振电路 晶振电路如图 3 5 所示 TVP5150 芯片晶振采样 14 13838M 晶振 但芯片工 作正常时 芯片 9 脚可输出一个 27M 晶振同时供给液晶显示屏 为液晶屏提供时 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 7 钟信号 图 3 5 晶振电路 A D 采样电路 3 43 4 TVP5150TVP5150 的具体配置的具体配置 系统中对 TVP5150 的配置是通过与单片机 oM642 连接的 I2C 线完成的 TVP5150 的 I2c 总线由串行数据输入输出线 SDA 和时钟输入输出线 SCL 组成的 TVP5150 只能作为从设备 STC12C5412AD 作为主设备 I2C 总线最高传输速率为 400Khits s l TVPS150 配置的写操作 STC12C5412AD 作为 I2c 主设备对从设备 TvP5150 做初始化写操作时 按下面 步骤进行 1 单片机产生一个起始条件 2 单片机发出一个 TVPS150 的从设备地址 为 OXBAH 或 OXBSH 并标明为写操作 毕业论文 8 等待 TVPS150 响应 3 单片机接收到 TVP5150 的响应后 DSP 发出给要配置 TVP5150 寄存器的地址 等待 TVPS150 响应 4 接收到 TPV5150 的响应后 单片机发送要配置的数据 等待 TVP5150 响应 5 接收到 TVP5150 的响应后 发送停止位 结束一次配置 在进行配置寄存器 OX00H 一 OX8FH 时 TVP5150 需要一段延时来完成当前的配置 此时 TVPS150 的 SCL 保持为低 通知配置尚未完成 在软件实现中 一般不用查询 SCL 的状态的变化 而是将延时时间配置为需要的最大延时 64us l TVPS150 配置的读操作 当要读取当前的 TVP5150 的状态时 需要通过 I2C 总线启动对 TVP5150 的寄存器 的读操作 整个读操作由两个部分组成 步骤如下 l 向 TVP5150 写入要读取的寄存器的地址 单片机产生一个起始条件 单片机发给 TVPS150 从设备地址 OXB8H 标为读操作 等待 TVPS150 响应 单片机接收到 TVP5150 响应后 单片机发出给要配置 TVP5150 寄存器的地址 等待 TVP5150 响应 收到 TVP5150 响应后 单片机发送要读取寄存器地址数据 等待 TVP5150 响应 接收到 TVPS150 响应后 发送停止位 结束一次读寄存器地址操作 2 由单片机向 TVPS150 发送读取寄存器数据的命令 单片机产生一个起始条件 单片机发给 TVP5150 从设备地址 OXB8H 标为读操作 等待 TVP5150 响应 单片机接收到 TVP5150 响应后 DSP 发出给要配置 TVP5150 寄存器的地址 等 待 TVP5150 响应 收到 TVP5150 响应后 DSP 发送要读取寄存器数据信号 等待 TVP5150 响应 接收到 TVP5150 响应后单片机发送停止位 结束 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 9 第四章第四章 MCU 控制电路控制电路 4 1 单片机概述单片机概述 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支 也是颇具生命力的机种 单片机微型计算机简称单片机 特别适用于控制领域 故又称为微控制器 通常 单片机由单块集成电路芯片构成 内部包含有计算机的基本功能部件 中央处理器 存储器和 I O 接口电路等 因此 单片机只需要和适当的软件及外 部设备相结合 便可成为一个单片机控制系统 单片机经过 1 2 3 3 代的发展 目前单片机正朝着高性能和多品种方向 发展 它们的 CPU 功能在增强 内部资源在增多 引角的多功能化 以及低电压 底功耗 4 24 2 单片机的总线控制单片机的总线控制 4 2 14 2 1 单片机对液晶屏的控制单片机对液晶屏的控制 单片机对液晶屏数据写入方式采用 SPI 控制 一共由三个控制端 即使能 信号 时钟信号和数据信号 分别对应于液晶屏的三个引脚 SPENA SPCK SPDA 当使能信号为低电平时数据开始读入 在时钟信号低电平 时取出数据 SPI 控制时序如图 4 1 所示 图 4 1 SPI 控制时序 4 2 24 2 2 单片机对单片机对 TVP5150TVP5150 的控制的控制 单片机对 TVP5150 数据写入方式采用 IIC 控制 一共由两个控制端 即时钟 信号和数据信号 分别对应于 5150 的两个引脚 SCL SDA 数据采用 8 位发送方 式进行 IIC 控制有三个固定标准 即开始 结束和应答信号 当 SCL 为高电平 时 SDA 有一个高到低负跳变时为开始信号 当 SCL 为高电平时 SDA 有一个低 到高正跳变时为结束信号 每传输完 8 位数据时控制器件给一个应答信号后方可 继续传输 否则终止传输 传输步骤如图 4 2 所示 毕业论文 10 图 4 2 TVP5150 IIC 传输步骤 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 11 第五章第五章 开关电源设计开关电源设计 5 1 设计要求设计要求 5 1 15 1 1 电源芯片的选取电源芯片的选取 5 1 25 1 2 功能分析功能分析 5 2 升压电路升压电路 5 2 15 2 1 升压原理升压原理 5 2 25 2 2 升压电路升压电路 5 2 降压电路降压电路 5 2 15 2 1 降压原理降压原理 5 2 25 2 2 降压电路降压电路 毕业论文 12 第六章第六章 软件系统软件系统 6 16 1 软件流程图软件流程图 6 1 16 1 1 PT035TN01PT035TN01 V6V6 液晶显示屏软件流程图液晶显示屏软件流程图 液晶显示器主程序流程图 N Y 图 6 1 主框图 数据传输子程序 Y N Y N Y N 图 6 2 数据传输子程序框图 开始 液晶屏复 位 数据传输 KEY 0 开始信号 通用地址 寄存器地 址 写数据 应答信 号 结束 结束 应答信 号 应答信 号 毕业设计论文 TFT LCD 显示及驱动电路的设 计 13 6 1 26 1 2 TVP5150TVP5150 解码电路程序框图解码电路程