基于ADSP-21160的液晶驅動電路設計及系統軟件實現

薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）具有重量輕、平板化、低功耗、無輻射、顯示品質優良等特點，其應用領域正在逐步擴大，已經從音像制品、筆記本電腦等顯示器發展到臺式計算機、工程工作站（EWS）用監視器。對液晶顯示器的要求也正在向高分辨率、高彩色化發展。

由于CRT顯示器和液晶屏具有不同的顯示特性，兩者的顯示信號參數也不同，因此在計算機（或MCU）和液晶屏之間設計液晶顯示器的驅動電路是必需的，其主要功能是通過調制輸出到LCD電極上的電位信號、峰值、頻率等參數來建立交流驅動電場。

本文實現了將VGA接口信號轉換到模擬液晶屏上顯示的驅動電路，采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP-21160來實現驅動電路的主要功能。

硬件電路設計

AD9883A是高性能的三通道視頻ADC可以同時實現對RGB三色信號的實時采樣。系統采用32位浮點芯片ADSP-21160來處理數據，能實 時完成伽瑪校正、時基校正、圖像優化等處理，且滿足了系統的各項性能需求。ADSP-21160有6個獨立的高速8位并行鏈路口，分別連接ADSP- 21160前端的模數轉換芯片AD9883A和后端的數模轉換芯片ADV7125。ADSP-21160具有超級哈佛結構，支持單指令多操作數 （SIMD）模式，采用高效的匯編語言編程能實現對視頻信號的實時處理，不會因為處理數據時間長而出現延遲。

系統硬件原理框圖如圖1所示。系統采用不同的鏈路口完成輸入和輸出，可以避免采用總線可能產生的通道沖突。模擬視頻信號由AD9883A完成模數轉 換。AD9883A是個三通道的ADC，因此系統可以完成單色的視頻信號處理，也可以完成彩色的視頻信號處理。采樣所得視頻數字信號經鏈路口輸入到 ADSP-21160，完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125，完成數模轉換。ADV7125是三通道的DAC，同樣也可以用于處理彩色信號。輸 出視頻信號到灰度電壓產生電路，得到驅動液晶屏所需要的驅動電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標志腳，可用于接受外部控制信號，給系統及其 模塊發送控制信息，以使整個系統穩定有序地工作。例如，ADSP-21160為灰度電壓產生電路和液晶屏提供必要的控制信號。另外，系統還設置了一些 LED燈，用于直觀的指示系統硬件及DSP內部程序各模塊的工作狀態。

圖1 系統硬件原理框圖

本設計采用從閃存引導的方式加載DSP的程序文件，閃存具有很高的性價比，體積小，功耗低。由于本系統中的閃存既要存儲DSP程序，又要保存對應于 不同的伽瑪值的查找表數據以及部分預設的顯示數據，故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL，既能保存程序代碼，又能保存必要的數據信息。

圖2為DSP與閃存的接口電路。因為采用8位閃存引導方式，所以ADSP-21160地址線應使用A20～A0，數據線為D39～32，讀、寫和片選信號分別接到閃存相應引腳上。

圖2 DSP和Flash的接口電路

系統功能及實現

本設計采用ADSP-21160完成伽瑪校正、時基校正、時鐘發生器、圖像優化和控制信號的產生等功能。

1. 伽瑪校正原理
   
   在LCD中，驅動IC/LSI的DAC圖像數據信號線性變化，而液晶的電光特性 是非線性，所以要調節對液晶所加的外加電壓，使其滿足液晶顯示亮度的線性，即伽瑪（γ）校正。γ校正是一個實現圖像能夠盡可能真 實地反映原物體或原圖像視覺信息的重要過程。利用查找表來補償液晶電光特性的γ校正方法能使液晶顯示系統具有理想的傳輸函數。未校正時液晶顯 示系統的輸入輸出曲線呈S形。伽瑪表的作用就是通過對ADC進來的信號進行反S形的非線性變換，最終使液晶顯示系統的輸入輸出曲線滿足實際要求。
   
   LCD的γ校正圖形如圖3所示，左圖是LCD的電光特性曲線圖，右圖是LCD亮度特性曲線和電壓的模數轉換圖。
   
   
   圖3 LCD的γ校正示意圖
   
2. 伽瑪校正的實現
   
   本文采用較科學的γ校正處理技術，對數字三基色視頻信號分別進行數字γ校正（也可以對模擬三基色視頻信號分別進行γ校正）。在完成γ校正的同時，并不損失灰度層次，使全彩色顯示屏圖像更鮮艷，更逼真，更清晰。
   
   某 單色光γ調整過程如圖4所示，其他二色與此相同。以單色光γ調整為例：ADSP-21160 首先根據外部提供的一組控制信號，進行第一次查表，得到γ調整系數（γ值）。然后根據該γ值和輸入的顯示數據進行第 二次查表，得到經校正后的顯示數據。第一次查表的γ值是通過外部的控制信號輸入到控制模塊進行第一次查表得到的。8位顯示數據信號可查表數字 0～255種灰度級顯示數據（γ校正后）。
   
   
   
   
   
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