Подключение LCD дисплея от телевизора к STM32-DISCOVERY

Достался мне нерабочий телевизор PE-1180. Это ни чем не примечательный китайский переносной телевизор с разрешением экрана 800x480 пикселей и диагональю 11.5 дюйма. Телевизор не показывал аналоговое видео (из эфира и с композитного входа) и у него было что-то с питанием — при подаче напряжения на него с лабораторного блока питания, срабатывала защита по току — 3А, и телевизор не включался. При питании от штатного блока питания телевизор работал нормально — и блок питания даже особо и не грелся, видимо, такой бросок тока давали какие-то переходные процессы. Что это было — особенности китайской схемотехники или проблема телевизора — непонятно. К телевизору можно было подключить источник VGA сигнала, правда необычное разрешение не очень-то хорошо сказывалось на картинке.

Поскольку телевизор был уже разобран, и пользы от него не было не было ни какой, я решил попробовать подключить к нему контроллер.

Как подключить модуль LCD с большим разрешением и без видеопамяти к контроллеру — под катом.

Электроника телевизора состоит из 2 плат — на одной расположены видео-АЦП, видеопроцессор, тюнер, DC-DC и прочая обвязка. Эта плата нам не нужна. Вторая плата с маркировкой CPWBX0043TPZZ в данном случае важнее — на ней расположен контроллер LCD и инвертор для питания ламп подсветки. В гугле встречал упоминания, что точно такую же плату можно найти в портативном DVD плеере. Контроллером дисплея является микросхема LZ9JG17 (в даташите эта микросхема названа Timing Control IC). ВАЖНО: интерфейс у LCD модуля на данной микросхеме 18-bit RGB, и у данного LCD модуля нет встроенной видеопамяти.

Опишу поподробней работу данного интерфейса. Данные передаются в модуль по параллельной 18-битной шине(по 6 бит на цвет), по каждому тактовому сигналу на экране отображается новый пиксель, цвет которого соответствует коду на шине данных. Для того, чтобы пиксели отображались на экране в нужных местах, используются сигналы горизонтальной(строчной) и вертикальной (кадровой) синхронизации. Перед началом передачи новой строки необходимо установить нужный уровень на линии горизонтальной синхронизации, послать определенное число тактовых импульсов, изменить уровень, и отправить еще определенное число тактовых импульсов, только после чего можно отправлять данные. Вид уровня и количество тактов берутся из даташита на контроллер дисплея.

Ниже приведена временная диаграмма сигналов для LZ9JG17: clk — тактовый, HSY — горизонтальной синхронизации, DATA — данных.

По какой-то причине в реальности 216 тактовых импульсов отсчитывались от 2 фронта импульса HSY. Для правильной работы индикатора нужно выводить данные о всех 800 видимых пикселях — иначе нормального изображения не добиться.

С импульсом вертикальной синхронизации все похоже — для начала формирования нового кадра нужно установить на линии вертикальной синхронизации нужный уровень, отправить на индикатор определенное число линий, изменить уровень, отправить еще определенное число линий, и только после этого можно передавать данные, которые будут реально отображаться на экране. Частота импульсов VSY — это частота обновления изображения. Ниже приведена временная диаграмма сигналов для LZ9JG17: VSY — вертикальной синхронизации, HSY — горизонтальной синхронизации, DATA — данных.

Поскольку видеопамяти у модуля LCD нет, то данные на индикатор нужно передавать постоянно. Как оказалось, для нормальной работы индикатора нужно обновлять изображение с частотой не менее 15 гц.

Микроконтроллер способен справиться с этой задачей, однако для достижения необходимой скорости передачи данных и формирования тактового сигнала нужно использовать SPI, тактовый сигнал при этом берется с вывода SCK, а данные — c MOSI. Поскольку вывод MOSI только один, то изображение возможно формировать только черно-белое, все входы данных модуля нужно запараллелить и соединить с MOSI. В данном случае, при передаче одного байта через SPI на экране будут обновляться 8 пикселей. Частота передачи данных через SPI может доходить до половины тактовой частоты контроллера. Таким образом, для управления модулем LCD требуется всего 4 линии — clk, DATA, VSY, HSY. У контроллера дисплея есть и другие входы, но, к счастью, их использовать не надо — они отвечают за экзотические настройки контроллера, вроде зеркального отображения изображения, и подтянуты в контроллере к нужным уровням так, что модуль работает в наиболее часто используемом режиме.

Для хранения одного кадка потребуется (800*480)/8 = 48000 байт. К сожалению, у контроллера STM32-DISCOVERY всего 8 килобайт ОЗУ. Поэтому на DISCOVERY возможно формировать только текст. При размере знакоместа 8x16 на экране можно расположить 100x30 знакомест — то потребует 3000 байт ОЗУ.

По поводу подключения в модулю. Модуль LCD соединялся с основной платой телевизора через 40-пиновй шлейф, к выводам которого не подпаятся. Однако рядом с разъемом шлейфа на плате модуля имеются круглые тестовые площадки достаточно большого размера, чтобы к ним можно было припаять провод. Поскольку даташит на контроллер LCD у меня был, то прозвонив мультиметром выводы LZ9JG17 и тестовые площадки, я определил назначение тестовых площадок модуля. С цепями питания еще проще — при подключенной плате телевизора измерил напряжения на наиболее толстых дорожках рядом с разъемом, и определил, что где. Модуль требует 5В 0.1А для питания основных цепей и 12В 0.8А для инвертора. Напряжение сигналов, подаваемых на модуль — 3.3В, так как LZ9JG17 питается именно от 3.3 В. Источник 3.3 вольт есть на самом модуле. Сигнал управления на инвертор подается с еще одного вывода разъема, для того включить подсветку, нужно подать на него 3.3В.

Фотография участка модуля LCD с распиновкой. Подписи соответствуют подписям выводов LZ9JG17 в даташите. Площадки HENAB, HRVC, HRVC остаются не подключенными. Что интересно, диод на плате установили китайцы — когда я в первый раз разбирал телевизор, отверстия под винты были закрыты заводской наклейкой. Вывод VSY модуля у меня соединяется с выводом PC5 платы DISCOVERY, HSY — с PC4, clk — с PA5(SPI_SCK), запараллеленные входы данных — с PA7(SPI_MOSI). Опыт показал, что вывод clk нужно соединить с землей через конденсатор 18пФ, иначе возникают артефакты изображения.

Фотография конструкции в сборе:

Теперь о программе. Она написана в IAR. Информация у меня передается в SPI через DMA. Используется двойная буферизация — в то время, пока данные из одного буфера передаются на индикатор, другой буфер заполняется данными программой. При вызове функции start_line() на линии HSY устанавливается высокий уровень, в SPI два раза отправляется байт, что дает 16 тактовых импульсов, после чего на HSY устанавливается низкий уровень. Горизонтальный импульс синхронизации сформирован. Остается отправить на индикатор 216 тактовых импульсов, что соответствует 27 байтам, после чего отправить 100 байт данных. Для этого DMA конфигурируется на передачу 127 байт; адрес, откуда DMA будет брать данные, определяется как адрес нулевого элемента нужного буфера минус 27. После конфигурирования DMA запускается, при этом устанавливается флаг разрешения заполнения нового буфера. Буфер должен быть заполнен раньше, чем DMA закончит передавать данные, поэтому оптимизация в компиляторе должна быть включена. По завершению передачи DMA создает прерывание. Обработчик прерывания вновь вызывает функцию start_line(), после чего начинается передача новой линии. Если все линии переданы, то start_line() не вызывается, и устанавливается флаг окончания передачи кадра. Формирование вертикального импульса синхронизации аналогично формированию горизонтального. При вызове функции lcd_new_frame() линии VSY устанавливается высокий уровень, вызывается функция start_line(), после чего программа ожидает завершения передачи линии через DMA. Эта оперция повторяется 6 раз, после чего на VSY устанавливается низкий уровень. После вызова start_line() линии начинают передаваться автоматически и функция lcd_new_frame() завершается. Вызывается lcd_new_frame() программно, после того как программа обнаруживает, что все линии переданы.

Фотография готового устройства:

Работает LCD модуль стабильно, мерцание экрана не заметно. В принципе, подобным образом к DISCOVERY можно подключить любой экран с RGB интерфейсом, лишь бы был даташит на контроллер LCD и индикатор мог работать на соответствующей частоте развертки(у меня 17 Гц).

Позже хочу подключить модуль к более мощному контроллеру с 64 Кбайт памяти, что позволит организовать настоящую видеопамять и выводить на экран любую графику, и сделать что-то вроде настенного календаря-будильника с wifi, что позволит показывать прогноз погоды из интернета, синхронизировать данные будильника с компьютером, показывать заметки, сделанные на компьютере. Эдакий шаг к умному дому.