实验 9 LCD 控制实验

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实验 9 LCD 控制实验. 1. 实验目的. 1 .了解 LCD 基本概念与原理。 2 .了解 Linux 下 LCD 的 Framebuffer 结构原理 3 .了解用总线方式驱动 LCD 模块。 4 .熟悉用 ARM 内置的 LCD 控制器驱动 LCD 。. 2. 实验内容. 学习 LCD 显示器的基本原理,了解 Linux 下 Framebuffer 结构原理。了解用总线方式驱动 LCD 模块,并编程实现 ARM 内置的 LCD 控制器来驱动 LCD 。. 3. 实验设备.

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实验9LCD控制实验 1. 实验目的 1.了解LCD基本概念与原理。 2.了解Linux 下LCD的Framebuffer结构原理 3.了解用总线方式驱动LCD模块。 4.熟悉用ARM内置的LCD控制器驱动LCD。 2. 实验内容
  • 学习LCD显示器的基本原理,了解Linux下Framebuffer结构原理。了解用总线方式驱动LCD模块,并编程实现ARM内置的LCD控制器来驱动LCD。
  • 3.实验设备
  • 硬件:UP-TECHPXA270-S嵌入式开发板、PC机Pentumn500以上, 硬盘10G以上。
  • 软件:PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0 +MINICOM + ARM-LINUX开发环境
  • 4.实验原理 (1)LCD(Liquid Crystal Display)原理
  • LCD显示器的基本原理就是通过给不同的液晶单元供电,控制其光线的通过与否,从而达到显示的目的。因此,LCD的驱动控制归于对每个液晶单元的通断电的控制,每个液晶单元都对应着一个电极,对其通电,便可使光线通过(也有刚好相反的,即不通电时光线通过,通电时光线不通过)。
  • 4.实验原理 (2)电致发光
  • LCD的发光原理是通过控制加电与否来使光线通过或挡住,从而显示图形。光源的提供方式有两种:透射式和反射式。笔记本电脑的LCD显示屏即为透射式,屏后面有一个光源,因此外界环境可以不需要光源。而一般微控制器上使用的LCD为反射式,需要外界提供光源,靠反射光来工作。电致发光(EL)是液晶屏提供光源的一种方式。电致发光的特点是低功耗,与二极管发光比较而言体积小。
  • 电致发光(EL)是将电能直接转换为光能的一种发光现象。电致发光片是利用此原理经过加工制作而成的一种发光薄片,如图所示。其特点是:超薄、高亮度、高效率、低功耗、低热量、可弯曲、抗冲击、长寿命、多种颜色选择等。因此,电致发光片被广泛应用于各种领域。
  • (3)LCD的驱动控制 市面上出售的LCD有两种类型: 一种是带有驱动电路的LCD显示模块,这种LCD可以方便地与各种低档单片机进行接口,如8051系列单片机,但是由于硬件驱动电路的存在,体积比较大。这种模式常常使用总线方式来驱动。 另一种是LCD显示屏,没有驱动电路,需要与驱动电路配合使用,如下图所示。特点是体积小,但却需要另外的驱动芯片。也可以使用带有LCD驱动能力的高档MCU驱动,如ARM系列的PXA270。 LCD的驱动控制 (a) 总线驱动方式 一般带有驱动模块的LCD显示屏使用这种驱动方式,由于LCD已经带有驱动硬件电路,因此模块给出的是总线接口,便于与单片机的总线进行接口。驱动模块具有八位数据总线,外加一些电源接口和控制信号。而且自带显示缓存,只需要将要显示的内容送到显示缓存中就可以实现内容的显示。由于只有八条数据线,因此常常通过引脚信号来实现地址与数据线复用,以达到把相应数据送到相应显示缓存的目的。表5.2-1为一个典型的显示模块(HY-12864B)提供的总线接口。 表1 典型带驱动液晶模块的总线接口 (b) 控制器扫描方式
  • PXA270中具有内置的LCD控制器,它具有将显示缓存(在系统存储器中)中的LCD图象数据传输到外部LCD驱动电路的逻辑功能。支持DSTN(被动矩阵或叫无源矩阵)和TFT(主动矩阵或叫有源矩阵)两种LCD屏,并支持黑白和彩显示。
  • 在灰度LCD上,使用基于时间的抖动算法(time-based dithering algorithm)和FRC (Frame Rate Control)方法,可以支持单色、2级、4级和8级灰度模式的灰度LCD。 在彩色LCD上,可以支持16777216 色 (24 位)。有七路DMA通道,可支持两个LCD屏。对于不同尺寸的LCD,具有不同数量的垂直和水平象素、数据接口的数据宽度、接口时间及刷新率,而LCD控制器可以进行编程控制相应的寄存器值,以适应不同的LCD显示板。
  • 外部接口信号
  • 内置的LCD控制器提供了下列外部接口信号:
  • L_FCLK_RD:LCD控制器和LCD驱动器之间的帧同步信号。它通知LCD屏新的一帧的显示,LCD控制器在一个完整帧的显示后发出VFRAME信号。
  • L_LCLK_A0:LCD控制器和LCD驱动器间的同步脉冲信号,LCD驱动器通过它来将水平移位寄存器中的内容显示到LCD屏上。LCD控制器在一整行数据全部传输到LCD驱动器后发出VLINE信号。
  • L_PCLK_WR:此信号为LCD控制器和LCD驱动器之间的象素时钟信号,LCD控制器在VCLK的上升沿发送数据,LCD驱动器在VCLK的下降沿采样数据。
  • L_BIAS:LCD驱动器所使用的交流信号。LCD驱动器使用VM信号改变用于打开或关闭象素的行和列电压的极性。VM信号可在每一帧触发,也可在数量可编程的一些VLINE信号后触发。
  • L_DD[17:0]:LCD象素数据输出端口。
  • L_CL :LCD片选信号。
  • (c)PXA的硬件电路图 (d)PXA270的LCD控制器 PXA270的LCD控制器包含以下寄存器及其相应地址 : (4)Linux 下LCD驱动介绍 (a)Linux的帧缓冲设备 Framebuffer是在Linux内核架构版本2.2以后推出的标准显示设备驱动接口。采用mmap系统调用,可以将framebuffer的显示缓存映射为可连续访问的一段内存储针,进行绘图工作。而且多个进程可以映射到同一个显示缓冲区。由于映射操作都是由内核来完成,所以我们基本上不用对Framebuffer做改动。 (4)Linux 下LCD驱动介绍 (a)Linux的帧缓冲设备 Framebuffer驱动程序的实现分为两个方面:一方面是对LCD及其相关部分的初始化,包括画面在缓冲区的创建和对DMA通道的设置,我们做的工作主要体现在这方面;另外一方面是对画面缓冲区的读写及控制,具体到代码为read、write、ioctl等系统调用接口。至于将画面缓冲区的内容输出到LCD显示屏上,则由硬件自动完成。对于软件来说是透明的。当对于DMA通道和画面缓冲区设置完成后,DMA开始正常工作,并将缓冲区中的内容不断发送到LCD上。这个过程是基于DMA对于LCD的不断刷新的。基于该特性,framebuffer驱动程序必须将画面缓冲区的存储空间(物理空间)重新映射到一个不加高缓存和写缓存的虚拟地址区间中,这样能才保证应用程序通过mmap将该缓存映射到用户空间后,对于该画面缓存的写操作能够实时的体现在LCD上。 (4)Linux 下LCD驱动介绍
  • 在用户空间,对/dev/fb下设备的操作主要有以下几个步骤:
  • 用open操作打开/dev/fb设备文件。
  • 用ioctl操作取得当前显示屏的参数,如分辨率,显示颜色数,屏幕大小等,并可计算出显示屏缓冲区的大小。
  • 映射MAP操作,将文件的内容映射到用户空间。
  • 读取用户映射空间的屏幕缓冲区,进行文字图片显示。
  • (b) /dev/fb下设备的操作 (4)Linux 下LCD驱动介绍 帧缓冲设备对应的设备文件为/dev/fb0-31,linux可以支持最多可达32个帧缓冲设备,/dev/fb0为当前默认的帧缓冲设备。帧缓冲设备为标准字符设备,主设备好号为29,次设备号则从0到31,分别对应/dev/fb0-fb31,LCD的设备文件操作结构如下: static struct file_operations fb_fops = { owner: THIS_MODULE, read: fb_read, write: fb_write, ioctl: fb_ioctl, mmap: fb_mmap, open: fb_open, release: fb_release, #ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA get_unmapped_area: get_fb_unmapped_area, #endif }; (a)Linux的帧缓冲设备 5.实验步骤 1. PXA270 LCD驱动源代码分析。 PXA270平台对LCD及其相关部分的初始化工作体现在/drivers/video/pxafb.c文件,Linux的Framebuffer标准显示设备驱动接口为/drivers/video/fbmem.c文件。 2. 用户空间LCD应用程序分析。用户空间LCD应用程序为test.c文件。 3.在本次实验下用make命令编译出测试应用程序,与hz16字库支持文件一起下载到开发板运行。 思考题 1.液晶显示的基本原理是什么? 2.总线方式驱动液晶模块和使用控制器进行驱动控制有什么异同? 3.LINUX下framebuffer显示图形的基本思想是什么?
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