Применение TFT-дисплеев со встроенным контроллером

Если говорить о предметной конкуренции
(например, электронные изделия для
одного и того же применения, выпускаемого разными предприятиями), то конкурентоспособность определяется функциональностью, ценой и эргономичностью прибора.

При прочих равных условиях потребитель
остановит свой выбор на изделии, где в наилучшей степени проявляется оптимизация
взаимодействия системы «оператор – прибор». Сказанное относится в первую очередь
к органам управления и индикации, размещенным на лицевой панели. Оснащение
приборов цветным дисплеем позволяет значительно повысить уровень комфортности
восприятия информации.

Модернизация электронных
приборов путем использования
индикаторов со встроенным
контроллером

Наиболее бюджетный вариант модернизации выпускаемой продукции — замена монохромного индикатора на цветной, что сегодня
сделать достаточно просто. На рынке представлено значительное количество TFT- и OLED-дисплеев размерами от 0,66″ и выше. В большинстве своем малогабаритные индикаторы
имеют встроенный контроллер. Подобные
контроллеры отличаются разнообразием применяемых интерфейсов: I²C, SPI, параллельный, цифровой RGB. При этом доработка прибора не потребует значительных затрат.

Значительно сложнее вариант модернизации прибора, когда планируется использование цветного индикатора большого формата.
В основном рынок TFT-дисплеев размером
более 4 дюймов представлен моделями с аналоговым RGB или цифровым интерфейсом,
в котором каждая цветовая составляющая
пикселя задается 6- или 8-битным значением с передачей сигнала уровнями LVTTL
(Low Voltage TTL) или LVDS (Low Voltage
Differential Signaling — низковольтная дифференциальная передача сигналов). В этом
случае модернизация прибора потребует замены элементной базы, обновления и отладки программного обеспечения, что фактически означает разработку прибора с нуля с соответствующими финансовыми затратами.

Дисплейные технологии постоянно развиваются: сейчас доступны цветные TFT-индикаторы размерами 4,3″, 5,6″ и 7″ со встроенным контроллером (Microtips, Powertip,
Bolymin, Winstar и др.).

Рис. 1. TFT-дисплей MTF-TQ57SN741-AV (фирма Microtips)

Возьмем, к примеру, два дисплея производства фирмы Microtips — MTF —
TQ57SN741-AV (5,7″, 320×240×RGB, рис. 1)
и MTF-TV57NN831-AV (5,7″, 640×480×RGB)
(таблица).

Таблица. Технические характеристики дисплеев

По своим габаритам (144×104,6 мм) и ра
мерам видимой области (115,2×86,4 мм)
они аналогичны таким широко распространенным монохромным индикаторам с разрешением 320×240 точек, как PG320240x
(Powertip), MTG-F32240x (Microtips),
BG320240х (Bolymin), WG320240x (Winstar)
и др. Это позволяет провести модернизацию
прибора без корректировки конструкции его
корпуса.

На тыльной стороне индикатора размещена плата управления с контроллером и элементами схемы управления, а также разъем под плоский шлейф (26 контактов, шаг
0,5 мм — MTF-TQ57SP741-AV и 33 контакта, шаг 0,5 мм — для MTF-TV57NN831-AV),
на который выведены интерфейсные линии
контроллера SSD19хх.

Графические контроллеры
фирмы
Solomon Systech Limited

Рис. 2. Блок-схема контроллера TFT SSD1926

Следует отметить, что видеопроцессоры
SSD1926 (рис. 2) и SSD1961 имеют прекрасные характеристики, облегчающие программисту обработку графики.
Возможности 2D-графического ускорителя:

• Прокрутка изображения и панорамирование экрана.
• Вращение изображения (угол 0°, 90°, 180°,
  270°).
• Два курсора. Цвет — один из трех плюс
  прозрачный. Возможность мигания.
• Рисование линии, прямоугольника, эллипса.
• Функция BitBLT (Bit block transfer). Растровые операции, заполнение цветом выделенного пространства, работа с видеобуфером, масштабирование, преобразование
  цветовых пространств и др.

В задачах, где требуется большее разрешение экрана, можно применить TFT-дисплей
MTF-TW70SN911-AV (SP — вариант с сенсорной панелью), с экраном 800×480 точек.

Методы подключения цветного
индикатора к микроконтроллеру

Сопряжение индикаторов с микроконтроллером можно осуществить двумя методами:
либо как устройство на параллельной шине,
либо подключение к независимым GPIO-портам процессора. При этом следует учитывать,
что гораздо большей скорости прорисовки изображения можно добиться при подключении
индикатора к интерфейсу внешней памяти.

Рассмотрим вариант такого подключения
на примере процессора STR912FAW44X6
(рис. 3). Этот процессор имеет мультиплицированную внешнюю шину с сигналом ALE
для защелкивания адреса. В нашем случае используются сигналы A0/D0–A15/D15, WRH,
CS. Недостатком такого подключения является невозможность чтения информации
из индикатора.

Рис. 3. Фрагмент схемы подключения индикатора MTF-TQ57SP741-AV к процессору STR912FAW44X6 (STMicroelectronics)

Для питания светодиодной подсветки
индикатора (рис. 4) требуется напряжение
10 В (типовое значение) при токе через светодиоды 200 мА. Для формирования этого напряжения можно применить любой из индуктивных повышающих DC/DC-конвертеров.
В нашем случае это микросхема LM2733х
производства National Semiconductor (рис. 5).

Рис. 4. Схема светодиодной подсветки дисплея

Рис. 5. Схема формирователя напряжения 10 В для светодиодной подсветки индикатора MTF-TV57NN831-AV

При инициализации MTF-TQ57SP741-AV
в регистры контроллера записываются значения, обеспечивающие соответствующие
настройки интерфейса и режимы работы индикатора.

Рис. 6. Блок-схема контроллера TFT SSD1963

Интересен также 7-дюймовый дисплей
MTF-TW70SP911-AV. На его плате управления установлен контроллер SSD1963 (рис. 6),
имеющий следующие характеристики:

• встроенная видеопамять размером
  1215 кбайт.
• управление дисплеями разрешением
  до 864×480 c глубиной цвета 24 bpp;
• аппаратное вращение изображения на угол
  0°, 90°, 180°, 270°;
• аппаратное зеркальное отображение изображения;
• аппаратная поддержка оконного режима;
• программируемые яркость, контрастность,
  насыщенность.

Более подробную информацию можно почерпнуть из оригинального описания
контроллеров SSD19хх (SSD1926 Application
Note, Solomon Systech). С примером же
инициализации дисплеев с контроллерами
SSD19хх можно ознакомиться на сайте фирмы КТЦ-МК [3].

Чаще всего выбор модели цветного дисплея
для электронного прибора определяется требованиями конкретного применения и в значительно меньшей степени — его стоимостью. Поскольку дисплеев большого размера
со встроенным контроллером не так много,
можно пойти на некоторое удорожание модуля визуализации, применив иное решение.

Рис. 7. TFT-дисплей LMS480KC04, изготовленный по технологии LTPS (низкотемпературный поликремний):
а) блок-схема дисплея; б) подсветка собрана из 12 белых светодиодов (ток I = 25 мА)

Подбирается полностью соответствующий поставленной задаче дисплей. К примеру, 4,8-дюймовый TFT-дисплей WVGA
LMS480KC04 фирмы Samsung (рис. 7) со следующей спецификацией:

• Технология LTPS (Low Temperature Poly
  Silicon), SOG (System On Glass).
• Светодиодная подсветка.
• Диагональ — 4,8″.
• Формат — 15:9.
• Разрешение — 800×RGB×480.
• Время отклика — 25 мс.
• Частота кадров — 60 Гц.
• Интерфейс — 24-битный RGB.
• Количество цветов — 16,7 млн.
• Сенсорная панель —
  встроенная 4-проводная, резистивная.
• Яркость — 500 нит.
• Контрастность — 800:1.
• Угол обзора — 80/80/80/80°.
• Активная область — 104,4×62,64 мм.
• Габариты — 112×75×2,95 мм.
• Диапазон рабочих температур: –20…+60 °C.
• Температура хранения: –40…+85 °C.

Внешний контроллер управления дисплеем
можно реализовать на графических контроллерах от Solomon Systech — SSD1926/196x
или же Epson, например S1D13504 (рис. 8).

Рис. 8. Реализация управления TFT-дисплеем с помощью внешнего видеоконтроллера

Несомненный плюс решений от Solomon
Systech — наличие видео-ОЗУ на кристалле
контроллера.

Поскольку цифровой интерфейс RGB
(Direct support for 9/12/18/24-it TFT) является
стандартным, то очень просто будет переходить на различные модели дисплеев.

Рис. 9. Функциональная блок-схема дисплея LMS480JC01

Достаточно распространены также TFT-дисплеи с LVDS-интерфейсом. В том числе
и дисплеи малого формата. К примеру, дисплей LMS480JC01 фирмы Samsung (рис. 9),
имеющий следующие характеристики:

• Технология LTPS (Low Temperature Poly
  Silicon), SOG (System On Glass).
• Диагональ — 4,8″.
• Светодиодная подсветка — (потребляемая
  мощность 726 мВт при токе 20 мА).
• Формат — 15,4:9 (более информативный).
• Разрешение — 1024×RGB×600.
• Время отклика — 28 мс.
• Частота кадров — 75 Гц.
• Интерфейс — LVDS.
• Количество цветов — 262 К.
• Яркость — 280 нит.
• Контрастность — 350:1.
• Угол обзора — 65/65/55/50°.
• Сенсорная панель — встроенная 4-проводная, резистивная.
• Активная область — 104,45×61,2 мм.
• Потребляемая мощность — 300 мВт (напряжение питания 3,3 В).
• Габариты — 112,05×73,26×5,68 мм.
• Диапазон рабочих температур: –20…+60 °C.
• Температура хранения: –30…+70 °C.

Интегрировать дисплей с LVDS-интерфейсом в разрабатываемый прибор достаточно
просто, используя специализированные микросхемы-сериализаторы: FIN3385 (Fairchild),
SN75LVDS83DGG (Texas Instruments) и др.

Они трансформируют 28-разрядную параллельную шину LVTTL в последовательную
LVDS. Высокие скорости LVDS и использование самосинхронизирующихся кодов позволяют передавать больше данных по меньшему
количеству проводов, чем при применении параллельной шины (рис. 10). В данном случае
цифровой поток данных (рис. 8) направляется
на входы сериализатора, выходы которого подключаются непосредственно к входам дисплея.

Рис. 10. Функциональная блок-схема драйвера LVDS SN75LVDS83DGG (Texas Instruments)

Таким образом, сегодня у разработчиков
электроники различного назначения имеется
масса возможностей, чтобы на рынок попадали конкурентоспособные, функциональные, имеющие современный облик приборы и оборудование.

Литература

1. www.solomon-systech.com
2. www.microtips.com.tw
3. www.cec-mc.ru