基于ARM的TFT—LCD液晶顯示圖像控制系統研究

孫林軍，賀鋒濤

(西安郵電學院電子工程系，陜西西安710061)

基于ARM的TFT—LCD液晶顯示圖像控制系統研究

孫林軍，賀鋒濤

(西安郵電學院電子工程系，陜西西安710061)

本文針對ILI9320型號的TFT－LCD液晶，設計了基于ARM的液晶圖像顯示控制系統。對液晶顯示模塊的接口、指令、工作模式進行了詳細介紹。通過對ARM及液晶初始化、寫入圖像程序，實現了在液晶上顯示240*320大小的圖像信息，驗證了基于ARM顯示圖像控制系統的正確性。此系統可廣泛應用于便攜式設備及光學領域。

TFT—LCD;ILI9320;ARM;驅動電路

隨著人類進入信息時代，平面顯示技術被廣泛應用于人們的日常生活當中，而液晶顯示(LCD:LiquldcrystalDisplay)器件以其體積小、重量輕、低電壓、低功耗、低輻射等特點具有十分廣闊的市場前景。其中TFT－LCD以其大容量、高清晰和全色彩視頻等優點成為當前顯示領域的主流［1］。

Thin Film Transistor(薄膜場效應晶體管)，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動。這個場效應管制作在液晶顯示器件的玻璃上。每個場效應管獨立驅動一個像素，從而實現高速，高亮度，高對比度的顯示效果［2］。

1 TFT液晶原理及ILI9320驅動芯片原理

1.1 TFT 顯示原理

TFT液晶顯示器件結構如圖1所示。TFT液晶顯示器件的后玻璃上有薄薄的一層硅膠，在硅層內光刻又許多場效應管，每個場效應管的源極S連接到一個像素的驅動電極。

一個像素行的所有場效應管柵極G都連接起來，形成行驅動級;一個像素列的所有場效應管源極S連接起來，形成列驅動電極，構成對像素的驅動矩陣電路［2］。

由于一般TFT－LCD的點陣畫面的數據比較大，所以發送圖像數據時間按照時間分解。當柵極驅動器掃描到某一行時，掃描脈沖電壓將其該行上的所有TFT導通;同時源極驅動器將每個像素顯示的信號送入到液晶的像素上，并且對Cs電容進行充電。然后選通下一行像素點，傳送下一次像素信號。依次執行，從第一行起到最后一行，就完成一幀圖像的傳送。所有像素電壓都要保持一段時間，即一幀的時間。如果刷信頻率為60Hz，則一幀的時間約為16.7ms。

圖1 TFT液晶顯示陣列圖

1.2 ILI9320驅動芯片原理

ILI9320是一個262144色240RGB*320分辨率的TFT液晶驅動芯片，由720通道源驅動器，320通道門極驅動器，172800字節RAM的圖像數據。其原理圖可參考參考文獻3。

其芯片基本功能有［3］:

(1)支持高速RAM寫入功能。(2):支持四種接口模式。

i80系統接口－8－/9－/16－/18－bit總線寬度

串行外設接口(SPI)

RGB接口－6－/16－/18－bit總線寬度(接口引腳:VSYNC，HSYNC，DOTCLK，ENABLE，DB［17:0］)

VSYNC接口(接口引腳:系統接口 +VSYNC)

(3)圖像尺寸改變功能(*1/2，*1/4)。(4)γ校正電路。

在本文中通過設置IM［3:0］=0010選擇i80系統接口16－Bit模式，其引腳與單片機連接方式如圖2所示［4］。

引腳功能說明:RESET—液晶硬件復位引腳;CS—液晶選中端口，低電平有效;RS，WR，RD功能如表1。

表1 RS、WR和RD引腳功能

圖2 系統接口

1.3 ILI9320驅動芯片顯示控制指令

ILI9320對應的功能比較多，針對主要的參數進行說明。

(1)GRAM的與液晶屏的對應關系。通過分別設置01H的SS，03H的BGR，60H的GS。通過設置這三個參數可得到對應的對應的關系，分別如下表2的(a)、(b)。

表2 GRAM與液晶屏對應關系

看上圖可知通過設置參數可得到GRAM與液晶屏對應不同關系，其中G1、G2…G319、G320是液晶屏的顯示行，S1、S2…S719、S720是液晶屏的列，像素點每行240個，而一個像素點包含RGB三種色，所以S數據線就有720根。

(2)GRAM的水平/垂直地址設置(20H，21H)

R/W RS D15 …D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W 1 0 …AD16 AD15 AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 0 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 W 1 0 …

設置此兩個寄存器就可以寫入對應的GRAM單元的數據，我們定義為地址寄存器AC，21H中數據代表320行中的一行，20H中數據代表240列中的一列，這樣我們可以通過坐標設置選出液晶屏中一個像素點的地址。這樣就可以對選中的GARM單元進行讀/寫操作。

(3)寫/讀入GRAM的寄存器(22H)

R/W RS D17 D16 D15 …D5 D4 D3 D2 D1 D0 W 1寫數據R 1讀數據

按照上面設置的GRAM地址，根據對應的時序操作22H單元就是讀/寫相應的GRAM。

(4)顯示區域地址設置(50H，51H，52H，53H)

HSA［7:0］，HEA［7:0］分別是行顯示開始和結束的行數，VSA［8:0］，HEA［8:0］分別表示列顯示開始和結束列數，當我們設置 HSA［7:0］=10h，HEA［7:0］=3FhVSA［8:0］=20h，HEA［8:0］=4Fh，AM=0，I/D［1:0］=11。可以得到如圖3的液晶屏顯示區域和地址寄存器增長方式。

R/W RS D15 …D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W 1 0 …0 Hsa7 Hsa6 Hsa5 Hsa4 Hsa3 Hsa2 Hsa1 Hsa0 W 1 0 …0 Hea7 Hea6 Hea5 Hea4 Hea3 Hea2 Hea1 Hea0 W 1 0 …Vsa8 Vsa7 Vsa6 Vsa5 Vsa4 Vsa3 Vsa2 Vsa1 Vsa0 W 1 0 …Vea8 Vea7 Vea6 Vea5 Vea4 Vea3 Vea2 Vea1 Vea0

圖3 液晶屏顯示區域和地址寄存器增長方式

(5)地址寄存器(AC)的增長方式設置

R/W RS D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W 1 TRI DMF 0 BGR 0 0 HWM 0 ORG 0 I/D1 AM 0 0 0 0

而在03H寄存器中HWM是是否開啟快速寫GRAM功能，ORG是設置AC是自己動增加/減小，設置AM和I/D可控制AC的增長方式，如圖4所示。TR1/DFM是設置數據傳送格式，在本文中我們設置TR1=0，DFM=0采用565傳輸數據格式。

圖4 AC的增長方式

上面列出ILI9320主要寄存器設置，同時支持四種系統接口，γ校正功能等。

2 ARM驅動液晶顯示圖像程序設計

ARM與液晶的系統接口如圖2.3所示，查看硬件接口我們可以編寫對應的驅動程序。

(1)向液晶屏寫入命令

(2)向液晶屏寫入數據

(3)寫入控制字

由此三個函數就可以寫入數據到液晶之中，比如我們想寫入51H單元0000h我們就可以寫成LCD_WriteReg(0x50，0x00000)就完成操作，其它寄存器也是按照這個方法操作。

(4)設置光標函數

(Xpos，Ypos)為要寫入或讀取的像素點坐標，這里的設置其實就是利用了20H，21H這兩個命令，在前面寄存器介紹的時候已經介紹過了。

(5)畫點點函數

有了上面五個基本函數我就可以顯示基本的圖像。

(6)ARM程序的基本流程

寫好上面的函數后就完成基本操作，對ARM與液晶進行設置可以達到要求。ARM程序的流程圖如圖5所示。

圖5 ARM程序的流程圖

(7)編寫程序顯示240*320的圖片顯示

圖片顯示程序，在實際制作中我們借助軟件把240*320的圖片轉化成Pic［153600］的數組，并且以.h文件形式保存，在主程序中通過include包含就可以使用了。下面程序是顯示240*320的圖片功能函數。(如果讀者想查看全部程序和圖片效果請與作者聯系:E－mail:sunlinjunchen@163.com)。

本文提出基于ARM的ILI9320的液晶控制，說明了ILI9320液晶的工作原理和重要的寄存器配置，同時也給出了ARM驅動液晶的基本函數和流程圖。基于基本的驅動程序我們可以顯示幾何圖像和圖片，得到預期效果。

［1］蔣慶全.彩色TFT－LCD技術的發展［J］.現代顯示，2003，20(1):29－32.

［2］郭強.液晶顯示模塊應用與調試［M］.北京:電子工業出版社，2010:10.

［3］On Semiconductor.ILI3920Datasheet［Z］.2006.

［4］劉金星，李洪文.基于高速單片機的液晶顯示模塊控制［J］.液晶與顯示，2011，26(1):88－91.

ARM-based TFT-LCD liquid crystal display image contral system

SUN Lin-jun，HE Feng-tao
(Department of Electical Engineering，Xi’an University of Posts and Telecommuinications，Xi’an 710061，Shanxi，China)

Aiming at TFT-LCD liquid crystal of ILI9320 model，this paper，based on ARM，designs a liquid crystal display system，and give a detailed introduction in the interface，instuctions and operating modes of liquid crystal display module.Through the initialization of ARM and LCD and the written image program，the size of 240*320 image can be displayed in liquid crystal display and this verifies the correction of the image display control system based on ARM.The results show that the system can be widely used in protable device and optical field.

TFT-LCD;ILI9320;ARM;driver circuit

TN27

A

1003-8078(2012)03-0041-05

2012-05-06 doi10.3969/j.issn.1003-8078.2012.03.12

孫林軍，男，湖北黃岡人，碩士研究生，主要從事數字信號處理研究.

(張所濱)