基于CPLD的TFT－LCD RGB接口设计

黄泽锷

（广州飒特股份有限公司，广东 广州 510006）

TFT－LCD性能优良、大规模生产特性好，自动化程度高，原材料成本低廉，发展空间广阔，将迅速成为新世纪的主流产品。TFT－LCD技术也逐渐成熟，使TFT－LCD显示技术成为人们研究开发的热点。液晶屏数据接口主要有YUV格式和RGB格式，对于具有 YUV接口的液晶屏，可使用视频解码芯片将复合视频转成YUV数据格式。该芯片能可提供屏所需行，场，像素时钟，数据信号。这些信号可与液晶屏接口直连，不需要考虑接口的时序设计。但现在不少液晶屏都没有 YUV接口，只有RGB接口。这就要求将复合视频转化为RGB数据接口，并根据液晶屏接口时序要求进行设计。CPLD（Complicate Porgrammable Logic Devices）主要是由可编程逻辑宏单元（MC，Macro Cell）围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。CPLD具有编程方便、集成度高、速度快、价格低等优点。本文通过AD芯片SAA7111将复合信号转化为数字信号，然后通过CPLD编程得到液晶屏所需的接口信号。本设计以型号LTV350QV－F04的3.5寸屏为例，设计最后给出了CPLD硬件实现的结果。

1 RGB数据接口设计流程

1.1 系统设计相关IC介绍

本设计使用的CPLD型号为XCR3128XL，它有128个宏单元，3000个逻辑门电路，适合小型系统的开发。而SAA7111是philips公司生产的可编程视频处理器。该芯片集A/D与解码功能于一身。芯片内部含有I2C接口，故可通过I2C总线对其工作方式进行设定。SAA7111的场同步信号VREF、行同步信号HREF、奇偶场信号RESO、象素时钟信号LLC2都可由引脚直接引出，从而可省去时钟同步电路。本设计使用该芯片与CPLD相结合，设计液晶屏所需的RGB数据接口。

1.2 视频解码芯片及液晶屏的初始化

系统的设计总体框图1所示，其中复合视频信号由CCD（电荷耦合元件）模块来提供。框图中省去了液晶屏的其它驱动电路。

图1 系统设计框图

首先，必须对视频解码芯片SAA7111进行初始化，该芯片是通过IIC来初始化参数配置。可用CPLD的I/O口来模拟I2C总线接口，其硬件配置非常简单，因为CPLD的I/O口很多（本设计使用的CPLD有84个可使用的I/O），并且都可以双向输入输出，因此可以直接用两个I/O口线作为I2C总线的串行时钟线SCL和串行数据线SDA。通过CPLD使用虚拟IIC总线技术来实现SAA7111的初始化。

其次是液晶屏的初始化，液晶屏参数的初始化一般使用三线进行参数初始化。这三线是指片选信号，时钟信号，数据信号。其工作方式类似SPI方式，具体的工作方式根据不同液晶屏略有不同。本设计所用的 3.5寸屏的参数初始化信号如图 2所示。通过CPLD编程时我们可以用上面模拟IIC用到的两个IO口作为数据和时钟信号，只需要再增加一个IO口作为片选信号，就可以通过CPLD设计SPI接口与液晶屏通信，从而完成液晶屏的初始化。

1.3 RGB数据接口实现方法

进行 RGB数据接口设计前，必须先通过 IIC初始化SAA7111的配置寄存器，通过配置输出寄存器将数据输出配置为24位RGB数据格式，此时SAA7111输出了16位数据信号，还有行，场，数据时钟等信号。而16位数据信号如何转成我们需要的24位RGB数据呢？我们可以根据SAA7111提供的时序图2进行编程。

图2 16位数据转24位RGB数据框图

图3 RGB合成的中间数据转换框图

我们将SAA7111输入到CPLD的16根数据信号命名Data[15：0]，根据时序图，在CPLD中编程，必须将数据分为两部分进行处理。首先对于Data[7：0]，在clock上升沿且CREF信号为高电平时，将输入的数据信号直接赋值给输出信号，可得到图3所示的输出数据。其中Rtmp0到Rtmp2分别指红色数据的第0位到第2位；Gtmp0，Gtmp1是指绿色数据的第0位和第一位；Btmp0到Btmp2分别指蓝色数据的第0位到第2位。其次，对于Data[16：8]，由时序图可知，这8根信号可直接作为红色数据的第3位到第7位，还有绿色数据的第5位到第7位。将这些数据与原来16位数据进行组合可得到最终的24位RGB数据。图4通过CPLD原理图编程的方式，直观的给出了RGB数据的生成方式。

图4 RGB数据合成方法

液晶的的RGB接口时序画见图5。根据时序图在CPLD中进行编程，由于24位RGB数据是在CREF为1时合成的，而数据输出是在像素时钟DOTCLK下降沿的时候，所以编程时取数据应该在CREF为0，像素时钟DOTCLK为上升沿时。将24位RGB数据按下图时序的要求输入到液晶屏上，就完成了此次的设计。

图5 RGB接口时序

2 硬件实验结果

通过上述方法，成功的将3.5寸液晶屏点亮，图像数据正确传输。显示效果见图6，显示效果较好。该方法可用于只有RGB数据接口的液晶屏，可作用液晶屏RGB接口的通用设计方法。

图6 三星3.5寸屏行正常显示效果

[1]宋万杰，罗丰，吴顺君. CPLD技术及其应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[2]SAA7111 ProductSpecification/DataSheet[M]. Philips, 1999.

[3]杨介生.虚拟I2C总线技术实现SAA7111的初始化[J].雷达与对抗，2005（03）：60－63.

[4]张冬冬. IIC总线通讯接口器件的CPLD实现[J].电子技术应用，2002（08）.

[5]廖裕评，陆瑞强.CPLD数字电路设计[J].北京：清华大学出版社，2001.

[6]何永泰.基于CPLD的SPI接口设计[J].电脑开发与应用，17（10）.