CC BY
180Применение TFT-дисплеев
со встроенным контроллером
Виктор белецкий,
к. т. н.
belvi@cec-mc.ru Алексей ДАнько danko@cec-mc.ru ольга костинА
olga_k@cec-mc.ru
В современных условиях производители электронных приборов и оборудования поставлены в жесткие условия конкуренции на внутренних рынках сбыта — это системы безопасности, коммутационное оборудование и оборудование для связи, автомобильная электроника, измерительная аппаратура, автоматизация производства. Что касается внешних рынков, то на экспорт электроника российских производителей поступает в основном в составе вооружения.
Если говорить о предметной конкуренции (например, электронные изделия для одного и того же применения, выпускаемого разными предприятиями), то конкурентоспособность определяется функциональностью, ценой и эргономичностью прибора.
При прочих равных условиях потребитель остановит свой выбор на изделии, где в наилучшей степени проявляется оптимизация взаимодействия системы «оператор - прибор». Сказанное относится в первую очередь к органам управления и индикации, размещенным на лицевой панели. Оснащение приборов цветным дисплеем позволяет значительно повысить уровень комфортности восприятия информации.
Модернизация электронных приборов путем использования индикаторов со встроенным контроллером
Наиболее бюджетный вариант модернизации выпускаемой продукции — замена монохромного индикатора на цветной, что сегодня сделать достаточно просто. На рынке представлено значительное количество TFT- и OLED-дисплеев размерами от 0,66" и выше. В большинстве своем малогабаритные индикаторы имеют встроенный контроллер. Подобные контроллеры отличаются разнообразием применяемых интерфейсов: I2C, SPI, параллельный, цифровой RGB. При этом доработка прибора не потребует значительных затрат.
Значительно сложнее вариант модернизации прибора, когда планируется использование цветного индикатора большого формата. В основном рынок TFT-дисплеев размером более 4 дюймов представлен моделями с аналоговым RGB или цифровым интерфейсом, в котором каждая цветовая составляющая пикселя задается 6- или 8-битным значением с передачей сигнала уровнями LVTTL (Low Voltage TTL) или LVDS (Low Voltage Differential Signaling — низковольтная диф-
Рис. 1. TFT-дисплей MTF-TQ57SN741-AV (фирма Microtips)
ференциальная передача сигналов). В этом случае модернизация прибора потребует замены элементной базы, обновления и отладки программного обеспечения, что фактически означает разработку прибора с нуля с соответствующими финансовыми затратами.
Дисплейные технологии постоянно развиваются: сейчас доступны цветные TFT-индикаторы размерами 4,3", 5,6" и У" со встро-
енным контроллером (Microtips, Powertip, Bolymin, Winstar и др.).
Возьмем, к примеру, два дисплея производства фирмы Microtips — MTF-TQ57SN741-AV (5,7", 320x240xRGB, рис. 1) и MTF-TV57NN831-AV (5,7", 640x480xRGB) (таблица).
По своим габаритам (144x104,6 мм) и размерам видимой области (115,2x86,4 мм)
таблица. Технические характеристики дисплеев
Характеристики MTF-TQ57SP741-AV MTF-TV57NN831-AV
Размер экрана 5,7" 5,7"
Разрешение дисплея 320xRGBx240 точек, 262 К цветов 640xRGBx480 точек, 262 K цветов
Размер пикселя 0,36x0,36 мм 0,18x0,18 мм
Видимая область 115,2x86,4 мм 115,2x86,4 мм
Внешние габариты 144x104,6x12,8 мм 144x104,6x2,8 мм
Вес 155 г (MTF-TQ57SN741-AV) — без сенсорной панели 202 г (MTF-TQ57SP741-AV) — с сенсорной панелью 155 г (MTF-TV57NN831-AV) — без сенсорной панели 202 г (MTF-TV57NP831-AV) — с сенсорной панелью
Яркость 500 кд/м2 (400 кд/м2 в варианте с сенсорной панелью) 450 кд/м2 (360 кд/м2 в варианте с сенсорной панелью)
Контрастность 250:1 250:1
Угол видимости 6 o'clock 12 o'clock
Угол обзора ±65° ±65°
Время отклика 15-50 мс 15-50 мс
Подсветка Светодиодная LED, срок жизни 50 000 ч, 6,6 В, 300 мА Светодиодная LED, срок жизни 50 000 ч, 10 В, 200 мА
Интерфейс 8/16-битный (Intel 8080) CPU-интерфейс 8/16/18-битный (Intel 8080, Motorola 6800) CPU-интерфейс
Контроллер SSD1926 (Solomon), 256 K видео SRAM SSD1961 (Solomon), 675 K видео SRAM
Напряжение питания +3,3 В, потребляемый ток 85 мА +3,3 В, потребляемый ток 85 мА
Рабочая температура -20...+70 °С (хранения — -30...+80 °С) -20...+70 °С (хранения — -30...+80 °С)
Внешнее _ тактирование
Карточки
MMC/SD
Аппаратный Графический Интерфейс ЖКИ-
JPEG-декодер 20-ускоритель ЖКИ индикатор
Контроллер
памяти
SRAM
Встроенная видео-память (256 кбайт)
Программируемый
синтезатор
частоты
Внутренние
регистры
Интерфейс
карточек
SD/MMC
Контроллер
управления
питанием
Интерфейс внешнего управления (ЦПУ)
Дополнительные
порты
ввода/вывода
Управляющий
микроконтроллер
(ЦПУ)
они аналогичны таким широко распространенным монохромным индикаторам с разрешением 320x240 точек, как PG320240x (Powertip), MTG-F32240x (Microtips), BG320240х (Bolymin), WG320240x (Winstar) и др. Это позволяет провести модернизацию прибора без корректировки конструкции его корпуса.
На тыльной стороне индикатора размещена плата управления с контроллером и элементами схемы управления, а также разъем под плоский шлейф (26 контактов, шаг 0,5 мм — MTF-TQ57SP741-AV и 33 контакта, шаг 0,5 мм — для MTF-TV57NN831-AV), на который выведены интерфейсные линии контроллера SSD19хх.
Графические контроллеры фирмы
Solomon Systech Limited
Рис. 2. Блок-схема контроллера TFT SSD1926
Следует отметить, что видеопроцессоры SSD1926 (рис. 2) и SSD1961 имеют прекрас-
PBD2-40 GND
+3,3 В
GND^ GNd'~
Iresetin
(. LED BACKLIGHT I
GND
VCCQ VCCQ VBAT
VCCQ(RTC) VCCQ VCCQ VDD
VCCQ CM VDD
VCCQ(PLL) \ VDD
VCCQ t— VDD
VSSQ от O' AVREF
VSSQ W AVDD
VSSQ(RTC) VSSQ AGND
VSSQ VSS
VSSQ VSS
VSSQ(PLL) VSS
VSSQ VSS
+ 1,8 В
ттг
UT'
GND o“
+3,3 В
Рис. 3. Фрагмент схемы подключения индикатора MTF-TQ57SP741-AV к процессору STR912FAW44X6 (STMicroelectronics)
ные характеристики, облегчающие программисту обработку графики.
Возможности 2D-графического ускорителя:
• Прокрутка изображения и панорамирование экрана.
• Вращение изображения (угол 0°, 90°, 180°, 270°).
• Два курсора. Цвет — один из трех плюс прозрачный. Возможность мигания.
• Рисование линии, прямоугольника, эллипса.
• Функция BitBLT (Bit block transfer). Растровые операции, заполнение цветом выделенного пространства, работа с видеобуфером, масштабирование, преобразование цветовых пространств и др.
В задачах, где требуется большее разрешение экрана, можно применить TFT-дисплей MTF-TW70SN911-AV (SP — вариант с сенсорной панелью), с экраном 800x480 точек.
Методы подключения цветного индикатора к микроконтроллеру
Сопряжение индикаторов с микроконтроллером можно осуществить двумя методами: либо как устройство на параллельной шине, либо подключение к независимым GPIO-портам процессора. При этом следует учитывать, что гораздо большей скорости прорисовки изображения можно добиться при подключении индикатора к интерфейсу внешней памяти.
Рассмотрим вариант такого подключения на примере процессора STR912FAW44X6 (рис. 3). Этот процессор имеет мультиплицированную внешнюю шину с сигналом ALE
для защелкивания адреса. В нашем случае используются сигналы A0/D0-A15/D15, WRH,
CS. Недостатком такого подключения является невозможность чтения информации из индикатора.
Для питания светодиодной подсветки индикатора (рис. 4) требуется напряжение 10 В (типовое значение) при токе через светодиоды 200 мА. Для формирования этого напряжения можно применить любой из индуктивных повышающих DC/DC-конвертеров.
В нашем случае это микросхема LM2733х производства National Semiconductor (рис. 5).
При инициализации MTF-TQ57SP741-AV в регистры контроллера записываются значения, обеспечивающие соответствующие настройки интерфейса и режимы работы ин- • дикатора. •
void LCD_MT_TFT_Intial() {
// Software reset to SSD192X Set_LCD_REG(0xA2,1);
Set_LCD_REG(0xA2,0);
// Clock Configuration Registers
Set_LCD_REG(0x126,0x0A); // PLL Clock Setting Register 0 Set_LCD_REG(0x1A4,0xFF); // Display mode [1] (YUV/RGB)
}
Интересен также 7-дюймовый дисплей MTF-TW70SP911-AV. На его плате управления установлен контроллер SSD1963 (рис. 6), имеющий следующие характеристики:
• встроенная видеопамять размером 1215 кбайт.
• управление дисплеями разрешением до 864x480 c глубиной цвета 24 bpp;
• аппаратное вращение изображения на угол 0°, 90°, 180°, 270°;
• аппаратное зеркальное отображение изображения;
• аппаратная поддержка оконного режима;
• программируемые яркость, контрастность, насыщенность.
Более подробную информацию можно почерпнуть из оригинального описания контроллеров SSD19хх (SSD1926 Application Note, Solomon Systech). С примером же инициализации дисплеев с контроллерами SSD19хх можно ознакомиться на сайте фирмы КТЦ-МК [3].
Чаще всего выбор модели цветного дисплея для электронного прибора определяется требованиями конкретного применения и в значительно меньшей степени — его стоимостью. Поскольку дисплеев большого размера со встроенным контроллером не так много, можно пойти на некоторое удорожание модуля визуализации, применив иное решение.
Подбирается полностью соответствующий поставленной задаче дисплей. К примеру, 4,8-дюймовый TFT-дисплей WVGA LMS480KC04 фирмы Samsung (рис. 7) со следующей спецификацией:
• Технология LTPS (Low Temperature Poly Silicon), SOG (System On Glass). Светодиодная подсветка.
Диагональ — 4,8".
н
А: Горизонтальная развертка
4,8" 800xRGBx480 TFT-LCD Panel
Pin #60
Pin #1
Интерфейсный разъем VCC, VCCIO, VDDP, VDDN, GND,
DATA(24bit), DOTCLK, VSYNC, HSYNC, LED+/-(4), 3SPI, Reset
Рис. 7. TFT-дисплей LMS480KC04, изготовленный по технологии LTPS (низкотемпературный поликремний): а) блок-схема дисплея; б) подсветка собрана из 12 белых светодиодов (ток I = 25 мА)
• Формат — 15:9.
• Разрешение — 800xRGBx480.
• Время отклика — 25 мс.
• Частота кадров — 60 Гц.
• Интерфейс — 24-битный RGB.
• Количество цветов — 16,7 млн.
• Сенсорная панель —
встроенная 4-проводная, резистивная.
• Яркость — 500 нит.
• Контрастность — 800:1.
• Угол обзора — 80/80/80/80°.
• Активная область — 104,4x62,64 мм.
• Габариты — 112x75x2,95 мм.
• Диапазон рабочих температур: -20.. .+60 °С.
• Температура хранения: -40.. .+85 °С. Внешний контроллер управления дисплеем
можно реализовать на графических контроллерах от Solomon Systech — SSD1926/196x или же Epson, например S1D13504 (рис. 8).
Несомненный плюс решений от Solomon Systech — наличие видео-ОЗУ на кристалле контроллера.
Поскольку цифровой интерфейс RGB (Direct support for 9/12/18/24-it TFT) является стандартным, то очень просто будет переходить на различные модели дисплеев.
Достаточно распространены также TFT-дисплеи с LVDS-интерфейсом. В том числе и дисплеи малого формата. К примеру, дисплей LMS480JC01 фирмы Samsung (рис. 9), имеющий следующие характеристики:
• Технология LTPS (Low Temperature Poly Silicon), SOG (System On Glass).
• Диагональ — 4,8".
• Светодиодная подсветка — (потребляемая мощность 726 мВт при токе 20 мА).
• Формат — 15,4:9 (более информативный).
• Разрешение — 1024xRGBx600.
• Время отклика — 28 мс.
• Частота кадров — 75 Гц.
• Интерфейс — LVDS.
• Количество цветов — 262 К.
• Яркость — 280 нит.
• Контрастность — 350:1.
• Угол обзора — 65/65/55/50°.
Рис. 8. Реализация управления TFT-дисплеем с помощью внешнего видеоконтроллера
4,8" TFT-дисплей
1:6 Demux
1 chip IC
Л 1
DC/DC- преобразователь Гамма- коррекция
Таблица команд (EEPROM) EDID (EEPROM)
—| Интерфейсный разъем |—J
IT
VDD, VSS, LVDS input EDID signal, TSP signal, LED power
Рис. 9. Функциональная блок-схема дисплея LMS480JC01
DO, D1, D2, D3, _]/ D4, D6, D7 '
D8,D9,D12, D13, V D14,D15,D18
D19,D20,D21, D22, 1/
D24, D25, D26
D27,D5,D10, D11, 7/
D16,D17,D23
SHTDN
CLKIN
CLKSEL
7 х Clock/PLL 7xCLK > CLK
CLKINH
RISING/FALLING EDGE
CLKOUTP
CLKOUTM
7-разрядный сдвиговый регистр с параллельным входом
А,В, ...G
SHIFT/05AD
> CLK
7-разрядный сдвиговый регистр с параллельным входом
А,В, ...G
SHIFT/05AD
> CLK
7-разрядный сдвиговый регистр с параллельным входом
А,В, -G SHIFT/LOAD
> CLK
7-разрядный сдвиговый регистр с параллельным входом А,В, ...G SHIFT/LOAD
> CLK
Логика
управления
Y0P
Y0M
Y1P
Y1M
Y2P
Y2M
Y3P
Y3M
Рис. 10. Функциональная блок-схема драйвера LVDS SN75LVDS83DGG (Texas Instruments)
• Сенсорная панель — встроенная 4-провод-ная, резистивная.
• Активная область — 104,45x61,2 мм.
• Потребляемая мощность — 300 мВт (напряжение питания 3,3 В).
• Габариты — 112,05x73,26x5,68 мм.
• Диапазон рабочих температур: -20.. .+60 °C.
• Температура хранения: -30.. .+70 °C. Интегрировать дисплей с LVDS-интерфейсом в разрабатываемый прибор достаточно просто, используя специализированные микро-схемы-сериализаторы: FIN3385 (Fairchild), SN75LVDS83DGG (Texas Instruments) и др.
Они трансформируют 28-разрядную параллельную шину LVTTL в последовательную LVDS. Высокие скорости LVDS и использование самосинхронизирующихся кодов позволяют передавать больше данных по меньшему количеству проводов, чем при применении параллельной шины (рис. 10). В данном случае цифровой поток данных (рис. 8) направляется на входы сериализатора, выходы которого подключаются непосредственно к входам дисплея.
Таким образом, сегодня у разработчиков электроники различного назначения имеется масса возможностей, чтобы на рынок попадали конкурентоспособные, функциональные, имеющие современный облик приборы и оборудование. ■
Литература
1. www.solomon-systech.com
2. www.microtips.com.tw
3. www.cec-mc.ru
