基于ARM的TFT—LCD液晶显示图像控制系统研究

孙林军，贺锋涛

(西安邮电学院电子工程系，陕西西安710061)

基于ARM的TFT—LCD液晶显示图像控制系统研究

孙林军，贺锋涛

(西安邮电学院电子工程系，陕西西安710061)

本文针对ILI9320型号的TFT－LCD液晶，设计了基于ARM的液晶图像显示控制系统。对液晶显示模块的接口、指令、工作模式进行了详细介绍。通过对ARM及液晶初始化、写入图像程序，实现了在液晶上显示240*320大小的图像信息，验证了基于ARM显示图像控制系统的正确性。此系统可广泛应用于便携式设备及光学领域。

TFT—LCD;ILI9320;ARM;驱动电路

随着人类进入信息时代，平面显示技术被广泛应用于人们的日常生活当中，而液晶显示(LCD:LiquldcrystalDisplay)器件以其体积小、重量轻、低电压、低功耗、低辐射等特点具有十分广阔的市场前景。其中TFT－LCD以其大容量、高清晰和全色彩视频等优点成为当前显示领域的主流［1］。

Thin Film Transistor(薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。这个场效应管制作在液晶显示器件的玻璃上。每个场效应管独立驱动一个像素，从而实现高速，高亮度，高对比度的显示效果［2］。

1 TFT液晶原理及ILI9320驱动芯片原理

1.1 TFT 显示原理

TFT液晶显示器件结构如图1所示。TFT液晶显示器件的后玻璃上有薄薄的一层硅胶，在硅层内光刻又许多场效应管，每个场效应管的源极S连接到一个像素的驱动电极。

一个像素行的所有场效应管栅极G都连接起来，形成行驱动级;一个像素列的所有场效应管源极S连接起来，形成列驱动电极，构成对像素的驱动矩阵电路［2］。

由于一般TFT－LCD的点阵画面的数据比较大，所以发送图像数据时间按照时间分解。当栅极驱动器扫描到某一行时，扫描脉冲电压将其该行上的所有TFT导通;同时源极驱动器将每个像素显示的信号送入到液晶的像素上，并且对Cs电容进行充电。然后选通下一行像素点，传送下一次像素信号。依次执行，从第一行起到最后一行，就完成一帧图像的传送。所有像素电压都要保持一段时间，即一帧的时间。如果刷信频率为60Hz，则一帧的时间约为16.7ms。

图1 TFT液晶显示阵列图

1.2 ILI9320驱动芯片原理

ILI9320是一个262144色240RGB*320分辨率的TFT液晶驱动芯片，由720通道源驱动器，320通道门极驱动器，172800字节RAM的图像数据。其原理图可参考参考文献3。

其芯片基本功能有［3］:

(1)支持高速RAM写入功能。(2):支持四种接口模式。

i80系统接口－8－/9－/16－/18－bit总线宽度

串行外设接口(SPI)

RGB接口－6－/16－/18－bit总线宽度(接口引脚:VSYNC，HSYNC，DOTCLK，ENABLE，DB［17:0］)

VSYNC接口(接口引脚:系统接口 +VSYNC)

(3)图像尺寸改变功能(*1/2，*1/4)。(4)γ校正电路。

在本文中通过设置IM［3:0］=0010选择i80系统接口16－Bit模式，其引脚与单片机连接方式如图2所示［4］。

引脚功能说明:RESET—液晶硬件复位引脚;CS—液晶选中端口，低电平有效;RS，WR，RD功能如表1。

表1 RS、WR和RD引脚功能

图2 系统接口

1.3 ILI9320驱动芯片显示控制指令

ILI9320对应的功能比较多，针对主要的参数进行说明。

(1)GRAM的与液晶屏的对应关系。通过分别设置01H的SS，03H的BGR，60H的GS。通过设置这三个参数可得到对应的对应的关系，分别如下表2的(a)、(b)。

表2 GRAM与液晶屏对应关系

看上图可知通过设置参数可得到GRAM与液晶屏对应不同关系，其中G1、G2…G319、G320是液晶屏的显示行，S1、S2…S719、S720是液晶屏的列，像素点每行240个，而一个像素点包含RGB三种色，所以S数据线就有720根。

(2)GRAM的水平/垂直地址设置(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 …

设置此两个寄存器就可以写入对应的GRAM单元的数据，我们定义为地址寄存器AC，21H中数据代表320行中的一行，20H中数据代表240列中的一列，这样我们可以通过坐标设置选出液晶屏中一个像素点的地址。这样就可以对选中的GARM单元进行读/写操作。

(3)写/读入GRAM的寄存器(22H)

R/W RS D17 D16 D15 …D5 D4 D3 D2 D1 D0 W 1写数据R 1读数据

按照上面设置的GRAM地址，根据对应的时序操作22H单元就是读/写相应的GRAM。

(4)显示区域地址设置(50H，51H，52H，53H)

HSA［7:0］，HEA［7:0］分别是行显示开始和结束的行数，VSA［8:0］，HEA［8:0］分别表示列显示开始和结束列数，当我们设置 HSA［7:0］=10h，HEA［7:0］=3FhVSA［8:0］=20h，HEA［8:0］=4Fh，AM=0，I/D［1:0］=11。可以得到如图3的液晶屏显示区域和地址寄存器增长方式。

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

图3 液晶屏显示区域和地址寄存器增长方式

(5)地址寄存器(AC)的增长方式设置

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是是否开启快速写GRAM功能，ORG是设置AC是自己动增加/减小，设置AM和I/D可控制AC的增长方式，如图4所示。TR1/DFM是设置数据传送格式，在本文中我们设置TR1=0，DFM=0采用565传输数据格式。

图4 AC的增长方式

上面列出ILI9320主要寄存器设置，同时支持四种系统接口，γ校正功能等。

2 ARM驱动液晶显示图像程序设计

ARM与液晶的系统接口如图2.3所示，查看硬件接口我们可以编写对应的驱动程序。

(1)向液晶屏写入命令

(2)向液晶屏写入数据

(3)写入控制字

由此三个函数就可以写入数据到液晶之中，比如我们想写入51H单元0000h我们就可以写成LCD_WriteReg(0x50，0x00000)就完成操作，其它寄存器也是按照这个方法操作。

(4)设置光标函数

(Xpos，Ypos)为要写入或读取的像素点坐标，这里的设置其实就是利用了20H，21H这两个命令，在前面寄存器介绍的时候已经介绍过了。

(5)画点点函数

有了上面五个基本函数我就可以显示基本的图像。

(6)ARM程序的基本流程

写好上面的函数后就完成基本操作，对ARM与液晶进行设置可以达到要求。ARM程序的流程图如图5所示。

图5 ARM程序的流程图

(7)编写程序显示240*320的图片显示

图片显示程序，在实际制作中我们借助软件把240*320的图片转化成Pic［153600］的数组，并且以.h文件形式保存，在主程序中通过include包含就可以使用了。下面程序是显示240*320的图片功能函数。(如果读者想查看全部程序和图片效果请与作者联系:E－mail:sunlinjunchen@163.com)。

本文提出基于ARM的ILI9320的液晶控制，说明了ILI9320液晶的工作原理和重要的寄存器配置，同时也给出了ARM驱动液晶的基本函数和流程图。基于基本的驱动程序我们可以显示几何图像和图片，得到预期效果。

［1］蒋庆全.彩色TFT－LCD技术的发展［J］.现代显示，2003，20(1):29－32.

［2］郭强.液晶显示模块应用与调试［M］.北京:电子工业出版社，2010:10.

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

［4］刘金星，李洪文.基于高速单片机的液晶显示模块控制［J］.液晶与显示，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

孙林军，男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事数字信号处理研究.

(张所滨)