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引言 現在大部分的便攜式手持終端產(chǎn)品，如移動(dòng)電話(huà)、導航系統等，都擁有一個(gè)小型LCD顯示屏，這使LCD驅動(dòng)電路的設計成為手持終端設計的重要組成部分。 本文以應用于特殊行業(yè)的手持終端為例，敘述LCD驅動(dòng)電路的設計實(shí)現方法。 硬件電路設計 硬件電路結構 本設計中手持終端CPU采用三星公司ARM920T內核處理器S3C2440A，其LCD控制器支持STN LCD和TFT LCD，實(shí)際使用的LCD為L(cháng)TS350Q1-PE1_PI，屬于TFT LCD。 電路框圖如圖1所示。 
驅動(dòng)電路主要包括三部分：第一部分是LCD驅動(dòng)，采用MAX1779芯片；第二部分是LED背光驅動(dòng)，采用MP1521芯片；第三部分是VCOM信號驅動(dòng)，采用LM8261芯片。這里主要敘述LCD驅動(dòng)和背光電路的實(shí)現。 LCD驅動(dòng)電路 由于LCD內集成有數字電路和模擬電路，需要外部提供數字電壓DVDD和模擬電壓AVDD。另外，為了完成數據掃描，需要TFT輪流開(kāi)啟/關(guān)閉。當TFT 開(kāi)啟時(shí)，數據通過(guò)源極驅動(dòng)器加載到顯示電極，顯示電極和公共電極間的電壓差再作用于液晶實(shí)現顯示，因此需要控制TFT的開(kāi)啟電壓VGH、關(guān)閉電壓VGL，以及加到公共電極上的電壓VCOM。 MAX1779芯片能產(chǎn)生LCD需要的模擬電壓AVDD、柵極開(kāi)啟電壓VGH及柵極關(guān)斷電壓VGL。芯片內部集成有3個(gè)DC-DC轉換器，其中包括兩個(gè)充電泵和一個(gè)升壓轉換器，可以為小型TFT液晶屏提供高效的調節電壓。LCD驅動(dòng)電路如圖2所示。
這里，一個(gè)充電泵產(chǎn)生正電壓，作為T(mén)FT的開(kāi)啟電壓VGH；另外一個(gè)充電泵產(chǎn)生負電壓，作為T(mén)FT的關(guān)閉電壓VGL。此外，芯片還可以產(chǎn)生-5V電壓輸出，設計時(shí)利用-5V輸出電壓協(xié)助LM8261產(chǎn)生VCOM信號。 LED背光驅動(dòng)電路 LCD作為一種被動(dòng)顯示器件本身并不能發(fā)光，必須要有背光模塊提供光源。白光LED由于復雜程度較低、成本低且尺寸較小，被普遍用做嵌入式手持設備的LCD背光源。本文中背光驅動(dòng)電路如圖3所示。
驅動(dòng)芯片采用MP1521，該芯片有3組獨立的電流反饋回路，可同時(shí)驅動(dòng)3組并聯(lián)的LED�，F將3組反饋回路FB1、FB2、FB3短接，可以提供更大的驅動(dòng)電流，用于驅動(dòng)6個(gè)白色串聯(lián)LED背光燈。 MP1521支持兩種方式控制LED亮度，一是將BRT連接在范圍為0.26V~1.2V的電壓上，另外一種是通過(guò)PWM信號控制LED亮度。設計時(shí)，將其連接在PWM端口，使用PWM控制LCD背光亮度。 S3C2440A有5個(gè)16bit定時(shí)器，其中定時(shí)器0、1、2、3有PWM功能。將BRT連接到能夠輸出PWM信號的CPU的TOUT0/GPB0引腳，利用定時(shí)器0產(chǎn)生的PWM信號控制LCD亮度。通過(guò)改變PWM信號的占空比調整LED亮度，而通過(guò)設置CPU內部寄存器的值可以改變PWM的占空比。 為了節省功耗，電路的使能(EN)端接CPU的LCD_PWREN管腳，高電平時(shí)背光電路工作；低電平時(shí)背光電路不工作。同時(shí)，可將EN端通過(guò)電阻直接連接到3.3V電源上以便調試時(shí)使用。 LCD_BCK+和LCD_BCK-分別連接到串聯(lián)LED的正負兩端。 軟件設計 手持終端的嵌入式Linux所采用的內核版本是kernel-2.4.18。 為了使LCD能正常顯示，還需要在Linux系統下開(kāi)發(fā)LCD的驅動(dòng)程序。 字符設備的驅動(dòng)程序 字符設備是Linux系統中最簡(jiǎn)單的設備，可以像文件一樣訪(fǎng)問(wèn)。當字符設備初始化的時(shí)候，其驅動(dòng)程序向Linux內核登記，在chrdevs向量表中增加一個(gè)device_struct數據結構條目。這個(gè)設備的主設備標識符用作這個(gè)向量表的索引。一個(gè)設備的主設備標識符是固定的。chrdevs向量表中的 device_struct數據結構包括一個(gè)登記設備驅動(dòng)程序名稱(chēng)的指針和一個(gè)指向一組文件操作的指針。這組文件操作本身位于這個(gè)設備的字符設備驅動(dòng)程序中，并處理一些特定任務(wù)。 Linux下的幀緩沖設備 Linux操作系統為L(cháng)CD等顯示設備提供了幀緩沖區。幀緩沖區(Framebuffer)是Linux為顯示設備提供的一個(gè)接口，是把顯存抽象化后的一種設備。為L(cháng)CD編寫(xiě)驅動(dòng)程序的實(shí)質(zhì)就是為幀緩沖區編寫(xiě)驅動(dòng)程序。 由于幀緩沖驅動(dòng)程序的實(shí)現在許多論文中有詳細敘述，這里不再贅述，本文重點(diǎn)討論背光設備驅動(dòng)程序的實(shí)現。 LCD背光設備的驅動(dòng)程序 LCD背光設備可看作字符設備，可以按照字符設備驅動(dòng)程序的編寫(xiě)方法進(jìn)行實(shí)現。在驅動(dòng)程序里實(shí)現了LCD各種控制功能。驅動(dòng)程序主要包括 lcdctrl.c和lcdctrl_smdk2440.c。其中lcdctrl.c屏蔽了具體的硬件，它通過(guò)鉤子函數調用 lcdctrl_smdk2440.c相關(guān)函數完成各種具體操作。為了形象地說(shuō)明兩個(gè)文件之間的關(guān)系，這里以L(fǎng)CD亮度調節過(guò)程為例，說(shuō)明函數的調用過(guò)程，如圖4所示。
lcdctrl.c中的lcdctrl_ioctl函數需根據上層應用程序的不同參數實(shí)現不同的功能，這些控制LCD的功能包括亮度調整、對比度調整、關(guān)閉LCD、開(kāi)啟LCD等。 下面分別敘述兩個(gè)文件的實(shí)現。 lcdctrl.c文件 1、定義file_operation結構體 static struct file_operations lcdctrl_fops = { ioctl: lcdctrl_ioctl, open: lcdctrl_open, release: lcdctrl_close }; LCD的各種控制功能在lcdctrl_ioctl函數中實(shí)現，lcdctrl_open和lcdctrl_close不實(shí)現具體功能，直接返回0值。 2、lcdctrl_ioctl函數 lcdctrl_ioctl函數需根據上層應用程序的不同參數實(shí)現不同的功能，這里主要說(shuō)明亮度調節功能的實(shí)現。部分代碼如下： static int lcdctrl_ioctl(struct inode * inode, struct file *filp, unsigned int cmd , unsigned long arg) {…… switch(cmd) { …… case _LCDCTRL_IOCTL_BRIGHTNESS: if ((arg >=0) && (arg <= 100)) ret = lcdctrl_set_brightness(arg); break; //調節LCD背光亮度 …… break;} return ret;} 當應用程序傳遞的命令參數為L(cháng)CDCTRL_IOCTL_BRIGHTNESS時(shí)，lcdctrl_ioctl調用lcdctrl_set_ brightness具體實(shí)現亮度調節功能。 3、lcdctrl_set_brightness函數 lcdctrl_set_brightness具體實(shí)現亮度調節功能。主要代碼如下： int lcdctrl_set_brightness(int b) { brightness = b; return lcd_device->set_brightness(b); } 可以看出，此函數調用lcd_ device->set_brightness函數，而lcd_device在初始化時(shí)已被指向與具體的硬件相關(guān)的函數。 4、初始化函數 初始化函數主要完成初始信息的設置和設備的注冊。 lcdctrl.c_smdk2440文件 1、lcdctrl_device結構體 lcdctrl_device結構體定義了具體操作LCD的各函數指針，包括LCD初始化函數，LCD開(kāi)啟和關(guān)閉函數，亮度、對比度等設置函數。其中LCD關(guān)閉函數的本質(zhì)就是將LCD背光亮度設置為0。 static struct lcdctrl_device smdk2440_dev = { init: smdk2440_lcdctrl_init, enable: smdk2440_lcdctrl_enable, disable: smdk2440_lcdctrl_disable, set_intensity: smdk2440_lcdctrl_set_intensity, set_brightness: smdk2440_lcdctrl_set_brightness, set_contrast: smdk2440_lcdctrl_set_contrast}; 2、smdk2440_lcdctrl_set_brightnes函數 這里只敘述亮度設置函數的實(shí)現。 static int smdk2440_lcdctrl_set_brightness( int b) { …… TCNTB0 = 100; TCMPB0 = b*100/100; //設置TCMPB0寄存器的值 TCON = (TCON & ~(0xf)) | ( TCON_0_AUTO | TCON_0_MAN | COUNT_0_OFF); TCON = (TCON & ~(0xf)) | 0; TCON=(TCON & ~(0xf)) | (TCON_0_AUTO | COUNT_0_ON);} 函數中的語(yǔ)句大部分是給與定時(shí)器相關(guān)的寄存器寫(xiě)值。其中b就是上層函數傳遞下來(lái)的bright值，從程序中可以看到，調節亮度本質(zhì)上是通過(guò)TCMPB0寄存器寫(xiě)入與bright相關(guān)的值，控制PWM占空比實(shí)現亮度調節功能。 3、lcdctrl_device_get_ops函數 用于上層獲取具體設備的鉤子函數。代碼如下： struct lcdctrl_device *lcdctrl_device_get_ops(void) {return &smdk2440_dev;} 此函數被lcdctrl.c初始化時(shí)調用，將設備指向smdk2440_dev。 至此，驅動(dòng)程序設計完成，為了更好地實(shí)現LCD的管理，需要在上層的Qtopia應用程序中提供人機操作的界面。 Qtopia應用程序 Qtopia應用程序提供人機操作界面并調用底層驅動(dòng)程序完成LCD控制功能，這里，仍然以亮度調節為例敘述應用程序工作過(guò)程。 主要完成功能： 1、應用程序完成人機操作的界面，為使用人員提供友好界面； 2、讀取亮度值，并將其存入變量bright中； 3、打開(kāi)設備文件：fd=open("/dev/devname",O_RDONLY)； 4、調用底層的驅動(dòng)程序，通過(guò)底層的驅動(dòng)程序將LCD背光亮度調整為指定值。 ioctl(fd, _BACKLIGHT_ IOCTL_BRIGHT, bright)。 ioctl函數調用驅動(dòng)程序完成亮度的調節。 結語(yǔ) 經(jīng)測試，設計完成的LCD能很好地完成圖形的顯示，終端電源管理界面中包含了LCD亮度調節功能。 LCD驅動(dòng)電路的設計是手持終端產(chǎn)品的重要組成部分。本文設計并實(shí)現了基于S3C2440A的手持終端LCD驅動(dòng)電路。通過(guò)圖形管理界面能夠方便地管理LCD，達到節約能量、延長(cháng)手持終端工作時(shí)間的目的。 參考文獻 1. 楊水清, 張劍, 施云飛. ARM嵌入式Linux系統開(kāi)發(fā)技術(shù)詳解，電子工業(yè)出版社，2008/11 2. 常贊杰, 張位勇. 基于Framebuffer的LCD驅動(dòng)程序設計. 辦公自動(dòng)化，2008/12 作者：通信指揮學(xué)院 蔡理金 王逢?yáng)| 王會(huì )濤 來(lái)源:電子設計應用2009年第12期 |
