可编程TFT驱动电路的设计.doc

63可编程TFT驱动电路的设计目录摘要1Abstract21 绪论31.1 TFT液晶屏的现状与发展31.2 驱动电路的应用32 TFT驱动电路总体方案设计42.1 系统功能需求42.2 系统总体结构规划42.3 设计原则及其扩展性53 系统硬件设计63.1 系统总体硬件原理图描述63.2 PIC单片机73.3 视频接口芯片IR3Y63M113.4 模块电路设计173.5 硬件开发环境254 系统软件设计304.1 主程序304.2 主要功能子程序315 程序烧写与系统运行355.1 程序编译、调试与烧写355.2 系统的运行366 扩展与展望376.1 车载摄像头检测376.2 系统展望377 设计小结39参考文献40附录A TFT驱动电路元器件清单41附录B 程序源代码43致谢61摘要本设计研究的是薄膜晶体管（TFT）液晶屏的驱动电路，以实现对4.2寸TFT屏的驱动。通过选用适当的视频接口芯片，在实现TFT驱动的前提下，可实现TFT测试功能。针对TFT液晶屏在数码产品中的广泛使用，以及我们目前对TFT屏幕测试的需要，此次设计实现TFT测试工装。整个系统的功能是驱动TFT液晶屏，并产生几种特定的视频信号，以便对TFT的好坏进行检测；系统经过少许的更改，可以用于使用TFT屏的产品中，直接作为产品TFT屏的驱动电路部分。设计的过程包括原理图、印刷电路板（PCB）图设计、电路板制作、软件设计、程序编译与烧写等。做出成品后，TFT驱动电路的正常运行验证了设计方案的可行性。本TFT驱动电路的特点在于选用了合适的视频接口芯片，这使TFT驱动电路省去了很多硬件开销，也使驱动电路的设计变的更为简单。关键词：单片机；视频接口芯片；TFT液晶屏；视频信号AbstractThis design study on the TFT LCDs drive circuit to drive the 4.2-inch TFT screen. By selecting the appropriate video interface chip, TFT testing capabilities can be realized under the realization of TFT-driven.As the TFT LCD screen is widely used for the digital products and we are in need of the TFT screen at present, the design is about to realize the TFT check tool. The whole systems function is to drive the TFT LCD screen. It have several specific video signals, in order to test whether the TFT is stand or fall. After a few changes, it can be used for the products, directly as the drive circuit parts of the product.The design process includes Schematic design, PCB design, circuit board production, software design, compiling and programming procedures and so on. After finishing the product, the normal operation of the TFT driving circuit verify the feasibility of the design.The characteristics of the TFT driver circuit is the appropriate choice of video interface chip. This makes TFT save a lot of hardware spending and the design of the drive circuit become easier.Key words: MCU; Video interface chip; TFT LCD; Video Signal1 绪论1.1 TFT液晶屏的现状与发展随着科学技术的进步和信息技术的迅猛发展，具有质量轻，图像细腻、清晰，色彩丰富、自然、逼真等优点的薄膜晶体管型液晶显示器(TFT-LCD)正逐渐取代传统的阴极射线管(CRT) 显示器，预计未来几年将成为显示器的主流产品。TFT-LCD显示器具有诸多优点：1）比普通CRT显示器能够节省大量空间；2）在重量、耗电等方面，TFT-LCD显示器的重量仅为同屏幕尺寸的CRT显示器的1/7左右，耗电量仅为CRT显示器的1/4；3）TFT-LCD显示器有利于使用者的健康，可以说是一种真正意义上的无辐射产品；4）由于不存在电子束的汇聚问题，TFT-LCD显示器不存在几何失真和散焦现象，新一代的LCD还具有不受电磁场的干扰、亮度较高、视角宽广的特点。TFT-LCD技术已经成熟，长期困扰液晶平板显示器的三大难题：视角、色饱和度、亮度已经获得解决。正是TFT-LCD如此多的优点，使它得到了广泛的应用，并迅速成长为主流显示器。TFTLCD在国内外广泛地应用于笔记本电脑、液晶监视器、个人信息助理（PDA）、全球卫星定位系统（GPS）、游戏机、可视电话等各个领域。国内市场无论中小尺寸还是大尺寸TFTLCD都处于正式启动阶段，需求极其旺盛。TFTLCD的出现和发展，使得显示器技术产生了革命性的飞跃。液晶产业在国民经济各个领域中的地位和作用愈来愈重要，其市场前景极其广阔。1.2 驱动电路的应用1.2.1 用于TFT屏的测试随着TFT液晶屏在各种数码产品中的广泛应用，TFT屏的入库检测就成了一个控制质量的重要环节。通过检测可以及时发现来料的质量问题，及时反馈异常情况。目前，国内的TFT技术和其检测设备尚属发展初期阶段。市场上提到的多数的检测设备都是面板检测设备，包括素玻璃检测、彩色滤光片检测、薄膜电晶体检测等。本课题的驱动电路可用于TFT液晶屏的测试，通过显示几种特定的标准信号，来检测TFT屏是否能够正确的显示。1.2.2 用于产品屏幕的驱动车载设备产品中对TFT液晶屏有着较多的应用。比如，GPS导航仪需要一个TFT液晶屏用于显示主机的各种信息，车载调度屏也需要一个显示屏用于显示各种调度信息。课题中设计的驱动电路的方案可直接应用于产品，作为产品中的屏幕驱动部分。2 TFT驱动电路总体方案设计TFT驱动电路总体方案设计是确定能够满足设计要求的总体方案的环节。本章从系统功能需求出发，规划并确定了系统的总体结构，并在此基础上考虑了系统的可扩展性。2.1 系统功能需求TFT驱动电路系统主要有以下两大功能：1）实现对TFT屏的驱动；2）为满足对TFT屏的测试要求，在驱动屏幕的基础上，设计实现完整的TFT测试工装功能。所以，要设计实现一种操作简单、实用的TFT屏测试工装。具体的设计要求如下：1）支持特定的模拟TFT屏以及其背光模组驱动。驱动电路需满足对4.2寸屏的检测；2）驱动电路可以输出一些必要的视频测试信号，用于判断屏的好坏程度，如彩条信号、灰度信号等等；3）具有人机操作界面，用于切换输出的视频信号和复位开关。驱动电路需能提供多种视频信号的输出，并能简单、有效地实现各视频信号之间的切换；4）驱动电路连接屏幕的接口要便于装卸。测试工装在驱动电路的基础上，实现对屏幕好坏的测试，在测试过程中测试目标（屏）的装卸应比较容易。需要考虑如接口损坏了容易更换、屏的接口线容易安装等问题。2.2 系统总体结构规划TFT驱动电路总体结构框图如图2.1所示。图2.1 驱动电路结构框图驱动电路实现对4.2寸TFT液晶屏的驱动。设计中使用SHARP公司的视频接口芯片IR3Y63M芯片，并通过对此芯片的控制，来驱动TFT液晶屏。IR3Y63M芯片需要外部处理器，根据使用的液晶屏的大小和分辩率等配置IR3Y63M的相关参数。外部处理器选择Microchip公司的PIC系列单片机，通过单片机系统实现对IR3Y63M的控制以及实现人机操作界面的设计。2.3 设计原则及其扩展性在硬件和软件设计中，为了设计合理，确保系统功能的实现，应该注意以下几个设计原则：1）视频接口芯片的选择在设计中使用了最新的、功能完善的视频接口芯片。本系统设计所使用的IR3Y63M芯片是SHARP公司新推出的视频解码芯片，利用此芯片能够更加方便的实现对TFT液晶屏的驱动，并可以节约大量的软件、硬件方面的开销。另外，使用此最新的芯片，提高了系统的可靠性，并使设计留有余地，为以后的升级提供方便。2）硬件、软件实现方案的选择在系统功能能够确保实现的前提下，能够用软件完成的功能，尽量不使用硬件。这样不仅仅节省了成本，而且也提高了系统的可靠性和灵活性。3）系统的扩展因为软件的升级比硬件要方便的多，而且往往只需要修改或添加软件中的模块，就能大幅度地提高系统的功能，因此在硬件设计时应尽可能地留有余地，以方便将来的修改和扩充。正如本系统中预留了一定的扩展接口，就是出于这方面的考虑。4）PCB图的布局与布线要设计出满足电磁兼容的PCB板，应深入了解PCB中存在的各种电磁干扰及其产生的原因，并根据PCB设计原则，合理进行布局与布线，使系统符合抗干扰设计的要求。3 系统硬件设计系统硬件设计是按照TFT驱动电路系统的规划，选用合适的视频接口芯片和单片机平台，并围绕选用平台完成各个电路模块的过程。系统硬件设计是软件设计的基础，也体现了本TFT驱动电路节省硬件开销、开发方便、可扩展性好等特点。3.1 系统总体硬件原理图描述TFT驱动电路总体硬件原理图如图3.1所示。总体电路通过分模块设计，实现TFT屏幕驱动和测试的功能。清晰的总体硬件原理图见图纸1。图3.1 总体硬件原理图总体硬件原理图包括稳压电路、单片机控制电路、视频接口电路、TFT液晶屏连接电路、电源和地线连接电路、扫描驱动供电电路、TFT背光电路等模块。稳压电路供应系统内部各模块所需的5V电源；视频接口电路实现视频解码、时序控制和OSD功能，并通过单片机对其进行控制；通过单片机中按键电路还可以实现系统所需要的测试信号以及其他扩展功能的切换；为保证系统的电磁兼容性，还要合理处置电源线和地线的连接；扫描驱动供电电路向TFT提供所需的阴极和阳极电源，背光电路用于向TFT提供背光电源。以上各模块即构成了TFT驱动电路。3.2 PIC单片机3.2.1 PIC系列单片机概述由美国Microchip公司推出的PIC单片机系列产品，首先采用了RISC结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。PIC单片机从覆盖市场出发，已有三种(又称三层次)系列多种型号的产品问世，所以在全球都可以看到PIC单片机从电脑的外设、家电控制、电讯通信、智能仪器、汽车电子到金融电子各个领域的广泛应用。现今的PIC单片机已经是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一。与其他系列单片机相比，PIC系列单片机有如下的优势和特点：1）精简指令使其执行效率大为提高PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。2）产品上市零等待采用PIC的低价OTP型芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。3）PIC有优越的开发环境OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。4）其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源,可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。5）彻底的保密性PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。6）自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。7）睡眠和低功耗模式。虽然PIC在这方面已不能与新型的TIMSP430相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。PIC 8位单片机产品共有三个系列，即基本级、中级和高级。1）基本级系列该级产品的特点是低价位，如PIC16C5X，适用于各种对成本要求严格的家电产品选用。又如PIC12C5XX是世界第一个8脚的低价位单片机，因其体积很小，完全可以应用在以前不能使用单片机的家电产品的空间。2）中级系列该级产品是PIC最丰富的品种系列。它是在基本级产品上进行了改进，并保持了很高的兼容性。外部结构也是多种的，从8引脚到68引脚的各种封装，如PIC12C6XX。该级产品其性能很高，如内部带有A/D变换器、E2PROM数据存储器、比较器输出、PWM输出、I2C和SPI等接口。PIC中级系列产品适用于各种高、中和低档的电子产品的设计中。3）高级系列该系列产品如PIC17CXX，其特点是速度快，所以适用于高速数字运算的应用场合中，加之它具备一个指令周期内(160ns)可以完成88(位)二进制乘法运算能力，所以可取代某些DSP产品。再有PIC17CXX具有丰富的I/O控制功能，并可外接扩展EPROM和RAM，使它成为目前8位单片机中性能最高的机种之一。所以很适用于高、中档的电子设备中使用。3.2.2 PIC16F73的硬件资源PIC16F73芯片的硬件结构图如图3.2所示。图3.2 PIC16F73芯片硬件结构图从图中可以看出，PIC16F73系列单片机是14位的指令宽度、8位的数据宽度、13位的指令计数器、7位的直接地址、8位的间接地址、9位的RAM地址，有4096字的程序存储器、192字节的数据存储器，图中的箭头表示数据流的方向，指令解码和控制决定上电延迟寄存器、振荡器起振定时器、上电复位定时器、看门狗定时器的动作。另外还有3个定时器、5通道8位A/D转换模块、2个CCP模块、同步串行接口、USART和22个I/O端口等。硬件堆栈深度为13位8级。振荡的频率范围在DC20MHz之间。PIC16F73芯片引脚排列如图3.3所示。设计中采用双列直插的28脚封装形式。表3.1是PIC16F73的引脚说明。图3.3 PIC16F73芯片引脚排列表3.1 PIC16F73的引脚说明引脚名称引脚号I/O类型功能OSC1/CLKIN9I振荡器晶体/外部时钟输入端OSC2/CLKOUT10O振荡器晶体输出端，在晶体振荡方式接晶体，在RC方式输出OSC1频率的1/4信号CLKOUTMCLR/VPP1I/P主清零（复位）/编程电压输入主要功能：端口A是一个输入/输出可编程的双向端口。此外还有第2、第3功能RA0/AN02I/ORA0还可作模拟量输入0RA1/AN13I/ORA1还可作模拟量输入1RA2/AN24I/ORA2还可作模拟量输入2RA3/AN3/VREF5I/ORA3还可作模拟量输入3/模拟参考电压RA4/T0CKI6I/ORA4还可作为Time0定时器/计数器时钟输入，输出是集电极开路RA5/AN4/SS7I/ORA5还可作模拟量输入4/同步串行口的从动选择输入续表3.1主要功能：端口B是一个输入/输出可编程的双向端口，作输入时内部有可编程的弱上拉电路。此外还有第2、第3功能RB0/INT21I/ORB0还可作为外部中断信号输入RB122I/ORB1引脚电平变化产生中断RB223I/ORB2引脚电平变化产生中断RB3/PGM24I/ORB3还可作为低电压编程输入RB425I/ORB4引脚电平变化产生中断RB526I/ORB5引脚电平变化产生中断RB6/PGC27I/ORB6引脚电平变化产生中断/在线调试器引脚，串行编程时钟RB7/PGD28I/ORB7引脚电平变化产生中断/在线调试器引脚，串行编程数据线主要功能：端口C是一个输入/输出可编程的双向端口。此外还有第2、第3功能RC0/T1OSO/T1CKI11I/ORC0也可作Timer1振荡器输出/ Timer1时钟输入RC1/T1OSI/CCP212I/ORC1也可作Timer1振荡器输入/捕捉器2输入/比较器2输出/PWM2输出RC2/CCP113I/ORC2也可作捕捉器1输入/比较器1输出/PWM1输出RC3/SCK/SCL14I/ORC 3也可作SPI或IIC方式的同步器时钟输入/输出RC4/SDI/SDA15I/ORC4也可作SPI通信数据输入线/IIC数据I/O线RC5/SDO16I/ORC5也可作SPI通信数据输出线RC6/TX/CK17I/ORC6也可作异步发送或SCI同步时钟线RC7/RX/DT18I/ORC7也可作异步接收或SCI同步数据线VSS8、19P接地端VDD20P正电源端注：I=输入；O=输出；I/O=输入/输出；P=电源。3.2.3 PIC单片机的C程序设计PIC16F73属中档系列单片机，全部的指令只有35条单字，精简指令名副其实。依靠此区区35条指令，可以实现任何其他单片机所能实现的任务，差别只是具体实现的方式和效率不同而已。35条指令分成三大类：面向寄存器的字节操作指令、位操作指令、立即数和控制操作指令。用C语言来开发单片机系统软件最大的好处是编写代码效率高、软件调试直观、维护升级方便、代码重复利用率高、便于跨平台的代码移植等等。Microchip公司没有针对PIC中低档系列单片机的C语言编译器，但很多专业的第三方公司有众多支持PIC单片机的C语言编译器提供。本设计中使用Hitech公司的PICC编译器直接挂接在MPLAB-IDE集成开发平台下，实现一体化的编译连接和源代码调试。需要先后安装MPLAB-IDE和PICC软件，安装成功后进入IDE，选择菜项ProjectSet Language Tool Locations, 按图3.4中选择C源程序编译器PICC Compiler,点击“OK”完成挂接。图3.4 语言工具设置基于PICC编译环境编写PIC单片机程序的基本方式与标准C语言程序类似，程序一般由以下几个主要部分组成：1）在程序的最前面用#include预处理指令引用包含头文件，其中必须包含一个编译器提供的pic.h文件，实现单片机内特殊寄存器和其他特殊符号的声明；2）用“_CONFIG”预处理指令定义芯片的配置位；3）声明本模块内被调用的所有函数的类型，PICC将对所调用的函数进行严格的类型匹配检查；4）定义全局变量或符号替换；5）实现函数（子程序），特别注意main函数必须是一个没有返回的死循环。3.3 视频接口芯片IR3Y63M3.3.1 IR3Y63M硬件结构TFT驱动电路设计中使用IR3Y63M作为TFT液晶屏的视频接口芯片。它带有时序控制器和视频解码器。视频解码器可以将CVBS、S-Video、YUV、模拟RGB及数字RGB等信号转换成适合TFT液晶屏的模拟RGB信号。时序控制器产生不同的时序脉冲来驱动TFT液晶屏面板。IR3Y63M芯片引脚排列如图3.5所示，表3.2是IR3Y63M的引脚说明。图3.5 IR3Y63M芯片引脚排列表3.2 IR3Y63M的引脚说明引脚名称引脚号I/O类型功能系统XCLR69I系统复位VDCLK25I数字输入时钟XTALIN18I振荡器输入端XTALOUT19O振荡器输出端XCLK2MC24O时钟输出端模拟视频输入ADC0_IN02IADC0模拟视频输入端0ADC0_IN13IADC0模拟视频输入端1ADC0_IN24IADC0模拟视频输入端2ADC1_IN07IADC1模拟视频输入端0ADC1_IN18IADC1模拟视频输入端1续表3.2ADC1_IN29IADC1模拟视频输入端2ADC2_IN012IADC2模拟视频输入端0ADC2_IN113IADC2模拟视频输入端1ADC2_IN214IADC2模拟视频输入端2VREFP95-ADC电容连接端VREFN96-ADC电容连接端VCOM97-ADC电容连接端VBIAS98-ADC电容连接端数字视频输入VSYNC_IN21I数字场同步输入信号HSYNC_IN22I数字行同步输入信号D7:033-26I数字图像输入串行控制输入SDA61IO串行数据I/O(IIC/3-wire)SCL60I串行时钟（3-wire）SEN59I串行数据使能（3-wire）RDATA62I从地址选择(IIC)，读写切换(3-wire)SIFSEL58I串行方式选择（low: IIC/high: 3-wire）LCD面板驱动信号输出STH136IO水平起始脉冲1STH237IO水平起始脉冲2STV138IO垂直起始脉冲1STV239IO垂直起始脉冲2OEH40O水平输出使能GCLK41O门时钟GOE42O垂直输出使能LR44O水平倒置信号UD43O垂直倒置信号CPH146O水平时钟1CPH247O水平时钟2CPH348O水平时钟3PMOD45O面板方式输出端VSYNC_OUT65O垂直HSYNC_OUT64O水平同步输出信号续表3.2模拟视频输出ROUT52O模拟视频输出（R）GOUT53O模拟视频输出（G）BOUT54O模拟视频输出（B）DACVREF55-VIDEO DAC参考电压平滑滤波器连接端公共输出COMOUT74OCOMOUT电压AC输出COMDC75OCOMOUT电压DC输出COMREF76-COMOUT参考电压平滑滤波器连接端DC/DC转换控制信号SW82O负荷电压调节端VFB79-电压反馈端IFB80-电流反馈端VC78-周相匹配电容STARTUP77-电容连接（功率开始速度控制）GPIO端子PWM66O脉冲宽度调制或普通输出端GPIO167O普通输入/输出端GPIO268O普通输入/输出端TEST端子TEST189I测试端（LOW:使用内部调整器/HIGH：使用外部调整器）TEST290I测试端（LOW:使用内部调整器/HIGH：使用外部调整器）TEST391I测试端（LOW:使用内部调整器/HIGH：使用外部调整器）TEST492I测试端（LOW:使用内部调整器/HIGH：使用外部调整器）电源和接地VCC199-ADC使用1.8V电源VCC21，6，11-模拟输入端5V电源VCC371-内部模拟电路5V电源VCC472-COMOUT 5V电源VCC551-RGB输出5V电源VCC681-SW调整器5V电源GND1100-ADC接地端GND25,10,15-模拟输入接地端GND387-内部模拟电路接地端续表3.2GND473-COMOUT接地端GND556-RGB输出接地端GND683-开关调整器接地端VDD86-内部逻辑电路1.8V电源VSS34,49,70-内部逻辑电路VDD117-数字输入3V或5V电源VDD235-时序控制输出3V或5V电源VDD363-TEST,GPIO,背光控制输出PWM,复位和串行输入3V或5V电源VDD485-18V内部调整器3V或5V电源3.3.2 IR3Y63M功能说明IR3Y63M芯片包含了解码、时序控制和OSD功能，通过5V电源的驱动，可用于TFT液晶显示器。芯片是通过配置寄存器来实现对芯片功能的控制的，所以需要单片机对其寄存器进行读写控制。芯片的功能也是在寄存器中体现的。芯片通过寄存器实现的功能较多，正因如此，使用此芯片可以节省近半的硬件开销。下面结合寄存器，来简要说明IR3Y63M的功能，以及本设计中主要用到的功能。1）支持节能模式通过PSM（ADD:01H）寄存器可以设置内部每个ADC通道的正常工作模式或节能模式。2）主机通信接口方式通过相关寄存器的设置，可以选择不同的串行通信方式，使主机与其他芯片进行通信。本设计中主要需要与PIC单片机之间的串行通信。IR3Y63M支持IIC和三线制（3-wire）两种通信方式，本设计采用3-wire方式实现与单片机通信。3-wire方式具体的时序如图3.6所示。按照图中的时序要求，就可以向芯片中不同的寄存器配置不同的数据。图3.6 三线制串行通信时序图3）支持多种信号输入芯片支持CVBS、S-Video(Y/C)、YUV(YCbCr)、Digital-YUV、Digital-RGB等多种视频信号，对不同的视频信号方式，可以通过配置INPSEL寄存器进行选择和区分。另外芯片还具有ADC模块，对模拟信号进行模数转换。4）图像数据处理芯片提供CVBS、S-Video(Y/C)到YUV(YCbCr)的转换模块，另外还有低通滤波、边缘增强等功能，对YUV或RGB进行处理。还可通过寄存器的设置，对面板显示方式、显示位置、模糊处理、亮度调节等调整不同的显示效果。如可以通过对寄存器DISMODE（ADD:38H）设置选择16：9或4：3两种显示方式，通过寄存器BRI（ADD：26H）进行亮度的调整。5）时序控制TFT屏幕的显示需要一定的时序协议。根据驱动对象4.2寸TFT的STV、STH扫描信号等信号的时序要求，需要对IR3Y63M的时序控制寄存器进行设置，以满足TFT屏的时序要求。如设置STV的极性、脉冲起始和结束时间等。6）测试图选择器功能芯片可以内部产生几种供测试的标准信号，可以用来对TFT屏幕进行测试，这也是本设计中用到的功能。通过对TESTP寄存器（ADD: E3H）中TESTP2:0位的设置，可以选择不同的图像信号的输出。输出的几种图像如图3.7所示。图3.7 标准测试信号7）菜单显示功能芯片OSD功能支持两种方式：位图（BitMap）模式和字符(Character)模式,模式的选择可以通过寄存器设置进行选择。通过OSD功能，可以设置屏幕显示字符、图像等内容，以及设置不同的显示效果。设计中使用的是字符模式，下面简要介绍此模式的设置方法： 在OSD RAM中设置OSD图像数据； 在LUT RAM中设置填充颜色； 设置OSD区域范围和OSD起始位置； 选择字符模式，设置字库的宽度和高度； 字符起始地址设置； 设置字符的基地址和结束地址； 开始显示。3.4 模块电路设计3.4.1 稳压电路稳压电路提供系统内部5V直流电源供电。由于设计的TFT驱动电路需要在外部12V电源的条件下工作，因此在系统中需添加一种能够将12V转为5V的电路单元。在这里用H7805实现电压的转换和稳压。H7805系列为3端正稳压电路，内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。它的输入电压范围5-18V。图3.8是7805实现5V稳压电源的应用电路。图3.8 5V稳压电路当稳压器远离电源滤波器时，要求用C1，C0可改善稳定性和瞬态响应。3.4.2 单片机控制电路图3.9是TFT驱动电路系统的单片机控制电路部分。单片机主要实现对视频接口芯片的控制，通过与视频接口芯片的串行通信来实现。图3.9 单片机控制电路首先介绍单片机的复位电路。PIC单片机片内已包含完整的上电复位电路，电源与MCLR直接相连即可实现最简单的低电平复位电路。本系统中增加了RC复位电路，它可为上升速率缓慢的电源提供上电复位操作。RC电路的时间常数t可计算为：t=RC (3-1)由此算的t=22us,远大于单片机复位所需要的时间。另外，设计中还增加了按键复位功能。图中二极管在单片机正常工作时不起作用，在单片机短暂下电又上电时，可以让复位电容迅速放电，然后让单片机复位，是为下次上电复位做好准备。其次，是关于单片机振荡电路，单片机中的振荡器是为CPU提供定时信号的。工作方式有:1）LP方式：低功耗晶体振荡器方式；2）XT方式：晶体陶瓷谐振器方式；3）HS方式：高速晶体陶瓷谐振器方式；4）RC方式：阻容振荡器方式。选择XT方式，此模式下的典型电容选择在表3.3中示出。表3.3 典型电容选择模式频率C1/C2XT455KHz22 - 100 pF2.0MHz15 - 68 pF4.0MHz15 - 68 pF振荡器中，采用较大的电容值有利于提高振荡器的稳定性，但同时也延长了起振时间。系统中使用4.0MHz晶体，15pF电容。单片机中带有RDATA、SEN、SIFSEL、SCL、SDA等电气连接名称的引脚与IR3Y63M连接并进行串行通信。此串行通信的协议已在3.3.2中介绍过，由于依次需要传送8位地址和8位数据共16位数据，所以选择使用软件模拟串行通信的方法。这点也将在软件部分介绍到。图中标有VPP/MCLR、PGD、PGC、PGM等电气连接名称的引脚是用于同ICD2-RS232在线调试/烧写器连接的引脚，由于后期烧写中发现此版本ICD2暂不支持PIC16F73的在线调试和烧写，在这里就不再介绍。单片机控制中还提供了键盘功能，以实现人机交互。通过按键S2、S3，可以实现系统不同的测试信号的切换，以及其他显示内容的切换。在后期的功能扩展中，还可以通过软件将按键设置为其他用途。3.4.3 视频接口电路视频接口电路包括视频接口芯片及其外围电路。IR3Y63M芯片包含了解码、时序控制和OSD功能。第3.3节对此芯片有更为详细的说明。图3.10给出了此模块电路的原理图，外围电路的部分电路在IR3Y63M芯片资料中提供。图3.10 视频接口电路该模块电路结合IR3Y63M芯片及其外围电路，由时钟电路、复位电路、模拟信号输入、DC/DC转换控制信号输出、串行控制输入、LCD驱动信号输出、电源和接地等组成。时钟电路提供27MHz时钟信号，上电复位电路与3.4.2节单片机复位电路类似，模拟信号输入可以输入外部模拟视频信号，DC/DC转换控制信号输出用来提供DC/DC转换电路的脉宽调制、电压反馈、电流反馈等信号，串行控制输入可以实现与单片机的串行通信，LCD驱动信号输出部分向TFT提供驱动信号，电源和接地向芯片各模块供电。3.4.4 TFT液晶屏连接电路TFT液晶屏需要由视频接口芯片提供TFT所必须的驱动信号。4.2寸TFT屏的面板引脚及其与IR3Y63M之间的电气连接如图3.11所示。图3.11 TFT液晶屏连接电路图中是TFT液晶屏与视频接口芯片的电气连接电路，由IR3Y63M向TFT屏提供扫描信号、视频信号等。关于TFT面板的引脚说明如表3.4所示。表3.4 TFT面板引脚说明引脚名称引脚号I/O类型功能GND1-逻辑电路接地端VCC2I逻辑控制电路电源（扫描驱动）VGL3I扫描驱动阴极电源VGH4I扫描驱动阳极电源STVR5I/O垂直开始脉冲STVL6I垂直开始脉冲CKV7I扫描驱动转换时钟输入U/D8IUP/DOWN扫描控制输入OEV9I扫描驱动输出使能VCOM10I公共电极驱动信号VCOM11I公共电极驱动信号L/R12ILEFT/RIGHT扫描控制MOD13I顺序采样和同步采样设置OEH14I数据驱动输出使能STHL15I/O水平扫描起始脉冲STHR16I/O水平扫描起始脉冲CPH317I数据驱动采样和转换时钟脉冲CPH218I数据驱动采样和转换时钟脉冲CPH119I数据驱动采样和转换时钟脉冲续表3.4VCC20I逻辑控制电路电源（数据驱动）GND21-逻辑电路接地端VR22I交替视频信号（红）VG23I交替视频信号（绿）VB24I交替视频信号（蓝）AVDD25I模拟电路电源AVSS26-模拟电路接地端TFT的各信号需在满足一定的时序要求，才能正常工作。图3.12是水平扫描信号的时序图。图3.12 水平扫描时序图图中，tOEH=1.6us, tDISP1=4.4us, tSTH=166ns, tOEV=12us, tDISP2=6us等。当然，这些参数不是严格不变的，上述只是它们的典型值。根据TFT以上参数的要求，以及更为重要的有效电平、有效触发沿（上升沿或下降沿）在IR3Y63M中配置相关数据，才可以使屏幕正常工作。3.4.5 电源线和地线设计为满足后期PCB设计的电磁兼容性要求，在集成电路电源和地之间需要加上去耦电容。如图3.13所示。图3.13 电源线和地线设计去耦电容在集成电路电源和地之间有三个作用：一是本集成电路的蓄能电容，二是旁路掉该器件的高频噪声，三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。一个电源和地之间，由大小两个并联电容分别承担低频、高频交流成分滤波的任务。容量较大的电容，在低频时能提供好的通路，而在高频时由于其寄生电感的存在阻抗将变大无法提供滤波通路，可取4.7uF、10uF等；容量较小的电容，在低频时阻抗较大无法提供滤波通路，而在高频时阻抗变小则会有很好的滤波特性，这里取0.1uF、0.01uF。这样可以看出C1、C2的滤波特性是互补的，需要同时利用才能得到较宽频的有效滤波范围。当然，如果需要更宽的滤波频段还可用更多不同类型的电容并联得到。图中还用到了0欧电阻，用来使电路中数字地与模拟地分开，并且单点连接。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。0欧电阻相当于很窄的电流通路，能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。3.4.6 扫描驱动供电电路TFT面板VGL、VGH引脚分别需要阴极和阳极电源，图3.14是根据开关电源原理设计的DC/DC转换电路，供给扫描驱动的阴极和阳极电源。这部分电路在IR3Y63M芯片资料的应用电路部分提供。3.14 扫描驱动供电电路3.4.7 TFT背光电路TFT液晶屏正常工作，需要向TFT屏提供背光电源。图3.15是用AT1308芯片实现的背光电路。3.15 TFT背光电路该电路由稳压电源提供5V电压的输入，通过电路实现升压，输出TFT背光所需的15V电压。图中LED用于指示工作状态，当背光电路正常工作时，LED发光指示电路正常工作。P1为二端口连接器，接到TFT背光信号输入接口。表3.5是AT1308的引脚说明。表3.5 AT1308引脚说明引脚名称引脚号I/O类型功能LX1I开关脚，用于连接电感和二极管GND2P接地端FB3I反馈引脚，连接电阻分压器从输出到FB到模拟地ENA4I使能脚，高电平有效VIN5P电源芯片的使能脚ENA可以输入脉宽调制信号，通过控制芯片工作和非工作的时间比率来维持一定的稳定输出电压，这里直接接高电平使能。根据芯片资料，此状态下FB端电压VFB =1.23V，由分压电阻近似计算，输出电压Vo=(R14+R15)VFB/R15 (3.2)由上述公式算得Vo=15.92V，足够提供TFT背光所需电压。3.5 硬件开发环境3.5.1 硬件开发工具及开发流程本设计应用Protel99SE完成电路原理图和PCB图的设计。一般情况下，设计一个电子系统，可分为以下几个步骤：1）构想电路模块；2）创建原理图元件库文件，设计电路原理图；3）创建元器件封装库；4）生成网络表（SPICE netlist）；5）加载SPICE netlist与元件；6）设置设计规则；7）布局与布线。3.5.2 PCB设计一般原则在进行TFT驱动电路的PCB设计时，必须遵守PCB设计的一般原则，符合抗干扰设计的要求。PCB设计应遵守以下一般原则：1）布局 布局应满足特殊元件的位置要求。 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。 位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。电路板面尺寸大于200150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。2）布线 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。 印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1-15mm时，通过2A的电流，温度不会高于3，因此，导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02-0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线，在电源、地线之间加上去耦电容，尽量加宽电源、地线宽度。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。 数字地和模拟地应该隔离，最后通过一些手段在把它们连在一起，大多数情况是单点接地，就是数字地和模拟地只有一个很小的点是连在一起的，这是接地原则。可以用磁珠、电容、电感或0欧姆电阻连接。 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。在印制线路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，这样得到的屏蔽效果比一长条地线要好，传输线特性和屏蔽作用也将得到改善，另外还起到减小分布电容的作用。3.5.3 TFT驱动电路电路板设计步骤按照上述硬件设计步骤，在遵守设计的一般原则的基础上，完成了TFT驱动电路电路板的设计。1）根据驱动电路要求，绘制原理图。原理图是电路板设计的基础，根据驱动电路要求对整个系统进行模块化设计之后，即可用Protel软件为不同的电路模块分别绘制出具体的原理图。各个模块通过接口连接，从而构成一个具体而完整的TFT驱动电路系统。TFT驱动电路的原理图绘制窗口如图3.16所示。图3.16 绘制原理图2）给各元件添加封装，并生成网络表。SPICE netlist是电路原理图设计与印刷电路板设计之间的一座桥梁，是电路板布线的核心。SPICE netlist可以从电路原理图中获得。生成的网络表如图3.17所示。图3.17 生成网络表值得注意的是，网络表的生成必须以添加正确的元器件封装为前提。若没有全部添加元器件封装，网络表无法生成；若器件封装不正确，则会给后期的电路板焊接带来麻烦。3）创建PCB文件，并导入网络表。将网络表装载到PCB文件中，即可装载各元件封装及其电气连接，如图3.18所示。图3.18 导入网络表4）根据布局要求，合理布局元器件。设计中采用手动布局，因为电路板的电磁兼容性要求在布局的过程中满足一定的布局原则，采用自动布局后，没有达到预期的效果。手动布局后的效果如图3.19所示。图3.19 元件布局5）根据布线要求，合理布线。设计中布