实验五 基本接口实验 液晶显示实验 实验目的 实验设备 实验内容 实验原理 实验操作步骤 练习与思考 1 2 3 4 5 6 实验五 基本接口实验 液晶显示实验 1 实验目的 2 实验设备 3 实验内容 4 实验原理 5 实验操作步骤 6 练习与思考 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
一、实验目的 初步掌握液晶屏的使用及其电路设计方法。 掌握S3C44B0X处理器的LCD控制器的使用。 通过实验掌握液晶显示文本及图形的方法与程序设计。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
二、实验设备 硬件：Embest EDUKIT-III实验平台; Embest POWERICE ARM标准/增强型仿真器套件; PC机。 软件：Embest IDE 2004集成开发环境，Windows 98/2000/NT/XP。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
三、实验内容 通过使用Embest EduKit-III实验板的256色彩色液晶屏（320x240）进行电路设计，掌握液晶屏作为人机接口界面的设计方法，并编写程序实现： 画出多个矩形框 显示ASCII字符 显示汉字字符 显示彩色位图 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
四、实验原理 1. 液晶显示屏（LCD） 液晶屏（LCD：Liquid Crystal Display）主要用于显示文本及图形信息。液晶显示屏具有轻薄、体积小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定不闪烁等特点，因此在许多电子应用系统中，常使用液晶屏作为人机界面。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
主要类型及性能参数 液晶显示屏按显示原理分为STN和TFT两种： STN（Super Twisted Nematic，超扭曲向列）液晶屏 STN液晶显示器与液晶材料、光线的干涉现象有关，因此显示的色调以淡绿色与橘色为主。STN液晶显示器中，使用X、Y轴交叉的单纯电极驱动方式，即X、Y轴由垂直与水平方向的驱动电极构成，水平方向驱动电压控制显示部分为亮或暗，垂直方向的电极则负责驱动液晶分子的显示。STN液晶显示屏加上彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，也可以显示出色彩。单色液晶屏及灰度液晶屏都是STN液晶屏。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管）彩色液晶屏 随着液晶显示技术的不断发展和进步， TFT液晶显示屏被广泛用于制作成电脑中的液晶显示设备。 TFT液晶显示屏既可在笔记本电脑上应用（现在大多数笔记本电脑都使用TFT显示屏），也常用于主流台式显示器。 使用液晶显示屏时，主要考虑的参数有外形尺寸、分辨率、点宽、色彩模式等。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
以下是Embest EduKit-III实验板所选用的液晶屏（LRH9J515XA STN/BW）主要参数 型号 LRH9J515XA 外形尺寸 93.8×75.1×5mm 重量 45g 像素 320 × 240 画面尺寸 9.6cm（3.8inch） 色彩 16级灰度 电压 21.5V（25℃） 点宽 0.24 mm/dot 附加 带驱动逻辑 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
图5-1 液晶屏参数示意图 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
图5-2 LRH9J515XA STN/BW液晶屏外形 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
驱动与显示 液晶屏的显示要求设计专门的驱动与显示控制电路。驱动电路包括提供液晶屏的驱动电源和液晶分子偏置电压，以及液晶显示屏的驱动逻辑；显示控制部分可由专门的硬件电路组成，也可以采用集成电路（IC）模块，比如EPSON的视频驱动器等；还可以使用处理器外围LCD控制模块。实验板的驱动与显示系统包括S3C44B0X片内外设LCD控制器、液晶显示屏的驱动逻辑以及外围驱动电路。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
2. S3C44B0X LCD控制器 介绍 S3C44B0X处理器集成了LCD控制器，支持4位单扫描、4位双扫描和8位单扫描工作方式。处理器使用内部RAM区作为显示缓存，并支持屏幕水平和垂直滚动显示。数据的传送采用DMA（直接内存访问）方式，以达到最小的延迟。根据实际硬件水平和垂直像素点数、传送数据位数、时间线和帧速率方式等进行编程以支持多种类型的液晶屏。可以支持的液晶类型有： - 单色液晶 - 4级或16级灰度屏（基于时间抖动算法或帧速率控制--FRC） - 256色彩色液晶（STN液晶） 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
LCD控制器主要提供液晶屏显示数据的传送、时钟和各种信号的产生与控制功能。S3C44B0X处理器的LCD控制器主要部分框图如图5-3所示： 显示控制 LCD控制器主要提供液晶屏显示数据的传送、时钟和各种信号的产生与控制功能。S3C44B0X处理器的LCD控制器主要部分框图如图5-3所示： 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
(1) LCD控制器接口说明 VCLK 刷新时钟 为数据传送提供时钟信号（低于16.5MHz） VLINE 水平同步脉冲 提供行信号，即行频率 VFRAME 帧同步信号 帧显示控制信号。显示完整帧后有效 VM 交流控制电压 极性的改变控制液晶分子的显示 VD3:0 数据线 数据输入。双扫描时的高4位数据输入 VD7:4 数据输入。双扫描时的低4位数据输入 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
(2) LCD控制器信号时序 WLH --- VLINE高电平的系统时钟个数（LCDCON1[11:10]设置） WDLY --- VLINE后VCLK延时系统时钟个数（ LCDCON1[9:8]设置） 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
(3) 扫描模式支持 S3C44B0X处理器LCD控制器扫描工作方式通过DISMOD（LCDCON1[6:5]）设置。 DISMOD 00 01 10 11 模式 4-bit 双扫描 4-bit 单扫描 8-bit单扫描 无 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
4位单扫描 --- 显示控制器扫描线从左上角位置进行数据显示。显示数据从VD[3:0]获得；彩色液晶屏数据位代表RGB色 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
4位双扫描 --- 显示控制器分别使用两个扫描线进行数据显示。显示数据从VD[3:0]获得高扫描数据；VD[7:4]获得低扫描数据；彩色液晶屏数据位代表RGB色 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
8位单扫描 --- 显示控制器扫描线从左上角位置进行数据显示。显示数据从VD[7:0]获得；彩色液晶屏数据位代表RGB色 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
(4) 数据的存放与显示 液晶控制器传送的数据表示了一个像素的属性：4级灰度屏用两个数据位；16级灰度屏时使用4个数据位；RGB彩色液晶屏使用8个数据位（R[7:5]、G[4:2]、B[1:0]）。 显示缓存中存放的数据必须符合硬件及软件设置，即要注意字节对齐方式。 在4位或8位单扫描方式时，数据的存放与显示如图5-8 所示 0000 A[31:0] 0004 B[31:0] 0008 C[31:0] … A[31]A[30]…A[1]A[0]B[31]B[30]…B[1]B[0] C[31]C[30]…C[1]C[0]… 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
在4位双扫描方式时，数据的存放与显示如图5-9 所示 0000 A[31:0] 0004 B[31:0] 0008 C[31:0] … 1000 L[31:0] 1004 M[31:0] A[31]A[30]…A[1]A[0]B[31]B[30]…B[1]B[0] C[31]C[30]…C[1]C[0]… L[31]L[30]…L[1]L[0]M[31]M[30]…M[1]M[0] 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
(5) LCD控制器寄存器 S3C44B0X LCD处理器所包含的可编程控制寄存器共有18个。 10-11-1学期 寄存器名 内存地址 读写 说 明 LCDCON1 0x01f00000 R/W LCD 控制寄存器1 工作信号控制寄存器 LCDCON2 0x01f00004 LCD 控制寄存器2 液晶屏水平垂直尺寸定义 LCDCON3 0x01f00040 LCD 控制寄存器3 自测试设定，只用到最低位 LCDSADDR1 0x01f00008 高位帧缓存地址寄存器1 液晶类型和扫描模式定义 LCDSADDR2 0x01f0000c 低位帧缓存地址寄存器2 设定显示缓存区信息 LCDSADDR3 0x01f00010 虚屏地址寄存器 设定虚屏偏址和页面宽度 REDLUT 0x01f00014 红色定义寄存器 定义8组红色数据查找表 GREENLUT 0x01f00018 绿色定义寄存器 BLUELUT 0x01f0001c 蓝色定义寄存器 定义4组红色数据查找表 DP1_2 0x01f00020 1/2 抖动设定 推荐使用0xa5a5 DP4_7 0x01f00024 4/7抖动设定 推荐使用0xba5da65 DP3_5 0x01f00028 3/5抖动设定 推荐使用0xa5a5f DP2_3 0x01f0002c 2/3抖动设定 推荐使用0xd6b DP5_7 0x01f00030 5/7抖动设定 推荐使用0xeb7b5ed DP3_4 0x01f00034 3/4抖动设定 推荐使用0x7dbe DP4_5 0x01f00038 4/5抖动设定 推荐使用0x7ebdf DP6_7 0x01f0003c 6/7抖动设定 推荐使用0x7fdfbfe DITHMODE 0x01f00044 抖动模式寄存器 推荐使用0x12210或0x0 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
(6) LCD控制器主要参数设定 正确使用S3C44B0X LCD控制器，必须设置控制器所有18个寄存器。 控制器信号VFRME、VCLK、VLINE和VM要求配置控制寄存器LCDCON1/2；液晶屏的显示与控制，以及数据的存取控制要求配置其他相关寄存器，详见以下说明。 设置VM、VFRAME、VLINE VM信号通过改变液晶的行列电压的极性来控制像素的显示，VM速率可以配置LCDCON1寄存器的MMODE位及LCDCON2寄存器的MVAL[7:0]。 VM速率 = VLINE 速率 / ( 2 * MVAL) VFRAME和VLINE信号可以根据液晶屏的尺寸及显示模式，配置LCDCON2寄存器的HOZVAL和LINEVAL值，即： HOZVAL = ( 水平尺寸 / VD数据位) –1 彩色液晶屏时: 水平尺寸 = 3 * 水平像素点数； VD数据位：=4 --- 4位单/双扫描模式； =8 --- 8位单扫描模式 LINEVAL = 垂直尺寸 –1 单扫描模式 LINEVAL = (垂直尺寸/ 2) -1 双扫描模式 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
数据传送速率 = 水平尺寸 x 垂直尺寸 x 帧速率 x 模式值(MV) 设定VCLK VCLK是LCD控制器的时钟信号，S3C44B0X处理器在66MHz时钟频率时最高频率为16.5MHz，这可以支持现在所有液晶屏类型。VCLK的计算需要先计算数据传送速率，并由此设定的一个大于数据传送速率的值为VCLKVAL（LCDCON1[21:12]）。 数据传送速率 = 水平尺寸 x 垂直尺寸 x 帧速率 x 模式值(MV) 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
液晶类型和扫描模式 4位单扫描 8位单扫描或4位双扫描 单色液晶 1/4 1/8 4 级灰度屏 16 级灰度屏 彩色液晶 3/4 3/8 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
(7) 液晶屏的支持与设定 对于4级灰度屏（2位数据），LCD控制器通过设置BULELUT[15:0]指定使用的灰度级，并且从0 – 4级使用BULELUT 的4个数据位。16级灰度屏使用BULELUT的每一位来表示灰度级别。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
实验设计 1. 硬件电路设计 图5-10 LCD结构框图 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
引脚说明 表5-6 液晶屏管脚 1 V5 偏压5 6 VO 电源地 11 CP时钟宽度 2 V2 偏压2 7 LOAD 逻辑控制（内部） 表5-6 液晶屏管脚 1 V5 偏压5 6 VO 电源地 11 CP时钟宽度 2 V2 偏压2 7 LOAD 逻辑控制（内部） 12 V4偏压4 3 VEE 驱动电压 8 VSS 信号地 13 V3偏压3 4 VDD 逻辑电压 9 DF 驱动交流信号 14 –17 D3-D0数据 5 FRAME 10 /D-OFF像素开关 18 NC 未定义 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
控制电路设计 由前述可知实验板所选用的液晶屏的驱动电源是21.5V，因此直接使用实验系统的3V或5V电源时需要电压升压控制，实验系统采用的是MAX629电源管理模块，以提供液晶屏的驱动电源。偏压电源可由系统升压后的电源分压得到。以下是EduKit-III实验板的电源驱动和偏压驱动参考电路。 图5-11 电源驱动与偏压驱动电路 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
2. 软件程序设计 由于实验要求在液晶显示屏上显示包括矩形、字符和位图文件，所以实验程序设计主要包括三大部分。 设计思路 使用液晶屏显示最基本的是像素控制数据的使用，像素控制数据的存放与传送形式，决定了显示的效果。这也是所有显示控制的基本程序设计思想。图形显示可以直接使用像素控制函数实现；把像素控制数据按一定形式存放即可实现字符显示，比如ASCII字符、语言文字字符等。 Embest ARM教学系统的像素控制函数按如下设计： /********************************************************************************************* * EduKit-III LCD像素显示宏定义 * LCD_PUT_PIXEL ---------- 把像素发送到显示数据暂存区 * LCD_ACTIVE_PUT_PIXEL --------- 发送到显示缓冲区（直接驱动LCD） *********************************************************************************************/ 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
不管显示ASCII字符还是点阵汉字，都是通过查找预先定义好的字符表来实现，这个存储字符的表我们叫做库，相应的有ASCII库和汉字库。 矩形显示 矩形显示可以通过两条水平线和两条垂直线组成，因此在液晶显示屏上显示矩形实际就是画线函数的实现。画线函数则通过反复调用像素控制函数得到水平线或垂直线。 字符显示 字符的显示包括ASCII字符和汉字的显示。字符的显示可以采用多种形式字体，其中常用的字体大小有（W x H或H x W）：8x8、8x16、12x12、16x16、16x24、24x24等，用户可以使用不同的字库以显示不同的字体。如实验系统中使用8x16字体显示ASCII字符，使用16x16字体显示汉字。 不管显示ASCII字符还是点阵汉字，都是通过查找预先定义好的字符表来实现，这个存储字符的表我们叫做库，相应的有ASCII库和汉字库。 const INT8U g_ucAscii8x16[]={ //ASCII字符查找表 } ASCII字符的存储是把字符显示数据存放在以字符的ASCII值为下标的库文件（数组）中，显示时再按照字体的长与宽和库的关系取出作为像素控制数据显示。ASCII库文件只存放ANSI ASCII的共255个字符。请参考样例程序。 const INT8U g_ucHZK16[]={ //点阵汉字查找表 } 点阵汉字库是按照方阵形式进行数据存放，所以汉字库的字体只能是方形的。汉字库的大小与汉字显示的个数及点阵数成正比。请参考样例程序。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
通过把位图文件转换成一定容量的显示数组，并按照一定的数据结构存放。与字符的显示一样，传送的数据需要设计软件控制程序。 位图文件显示 通过把位图文件转换成一定容量的显示数组，并按照一定的数据结构存放。与字符的显示一样，传送的数据需要设计软件控制程序。 Embest ARM教学系统位图显示的存放数据结构及控制程序： const INT8U g_ucBitmap [] = {// 位图文件数据}; 位图显示（请参考样例程序） void bitmap_view320x240x256(UINT8T *pBuffer); 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
五、实验操作步骤 1. 准备实验环境 使用Embest仿真器连接目标板，使用Embest EduKit-III实验板附带的串口线，连接实验板上的UART0和PC机的串口。 2. 串口接收设置 在PC机上运行windows自带的超级终端串口通信程序（波特率115200、1位停止位、无校验位、无硬件流控制）；或者使用其它串口通信程序。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
五、实验操作步骤 3. 打开实验例程 1）拷贝光盘CD1\Software\EduKit44b0文件夹到EmbestIDE\Examples\Samsung\目录下； 2) 使用Embest IDE通过Embest JTAG仿真器连接实验板，打开实验例程目录5.1_color_lcd子目录下的color_lcd_test.pjf例程，编译链接工程； 3) 点击IDE 的Debug菜单，选择Remote Connect项或F8键，远程连接目标板； 4) 点击IDE 的Debug菜单，选择Download下载调试代码到目标系统的RAM中； 5) 点击Debug菜单的Go或F5键运行程序。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
五、实验操作步骤 在PC机上观察超级终端程序主窗口，可以看到如下界面： 4. 观察实验结果 在PC机上观察超级终端程序主窗口，可以看到如下界面： boot success...LCD display Test Example(please look at LCD screen) 观察LCD液晶屏，用户可以看到包含多个矩形框、ASCII字符、汉字字符和彩色位图显示； 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
5. 完成实验练习题 理解和掌握实验后，完成实验练习题。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470
六 练习与思考 修改程序使用DMA方式在彩色液晶屏上显示彩色位图。 10-11-1学期 淮海工学院 计算机应用技术系 淮海工学院 计算机应用技术系 傅扬烈 407室 电话：13851277470