CN101312024A - 显示控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示控制装置和方法，该装置包括：微控制器，用于产生显示数据和地址；随机存储芯片，用于提供工作空间；以及复杂可编程逻辑器件，其连接微处理器、随机存储芯片和显示屏，用于根据微控制器提供的地址将显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间，以及从工作空间读出显示数据输出到显示屏显示。本发明能够支持常用各种尺寸的TFT彩色显示屏的显示和STN单色屏的显示，而且大大地简化了电子系统的设计，有利于电子系统的集成。

Description

显示控制装置和方法

技术领域

本发明涉及显示器领域，具体而言，涉及医疗电子产品所使用的STN及TFT型液晶屏的显示控制装置和方法。

背景技术

在医疗电子产品例如呼吸机中，通常使用STN型单色液晶屏及TFT型彩色液晶屏。STN型单色液晶屏及TFT型彩色液晶屏具有体积较小尺寸灵活的特点，所以适合于集成到医疗电子产品中。

目前，常用的显示控制方案是电脑显卡或者是专用的显示控制芯片外扩显存。对于电脑显卡而言，它的显示功能非常强大，但是需要电脑与之相配套，这不仅增加了电子系统的设计复杂度，而且成本、产品体积也大大提高，导致该产品缺乏竞争力。

对于专用的显示控制芯片来说，尽管它解决了使用电脑显卡的不利问题，但是由于电子产品对液晶屏的尺寸、规格的要求比较多，所以专用的显示控制芯片很难灵活的满足各种需求。

总之上述的两种显示控制装置都不适合应用于医疗电子产品中的STN及TFT型液晶屏。

发明内容

本发明旨在提供一种显示控制装置和方法，能够解决现有技术的电脑显卡或者是专用的显示控制芯片外扩显存不适用于医疗电子产品中的STN及TFT型液晶屏的问题。

在本发明的实施例中，提供了一种显示控制装置，包括：微控制器，用于产生显示数据和地址；随机存储芯片，用于提供工作空间；以及复杂可编程逻辑器件，其连接微处理器、随机存储芯片和显示屏，用于根据微控制器提供的地址将显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间，以及从工作空间读出显示数据输出到显示屏显示。

优选的，复杂可编程逻辑器件包括：写入单元，用于根据微控制器提供的地址将显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间。

优选的，复杂可编程逻辑器件包括：读取单元，用于按照显示屏的频率从工作空间读取显示数据。

优选的，复杂可编程逻辑器件包括：驱动单元，驱动显示屏的对应位置显示显示数据，对应位置与显示数据在工作空间中的物理地址相对应。

优选的，微控制器包括：地址计算单元，用于计算显示数据在工作空间的物理地址，其中，物理地址与显示数据在显示屏上的显示位置相对应。

优选的，物理地址与显示数据在显示屏上的显示位置相对应具体包括：在显示屏上的显示位置是坐标(m，n)时，在工作空间中的物理地址是m*(x+1)+n。

优选的，显示屏是STN单色屏，工作空间的每个字节对应STN单色屏的8个像素。

优选的，显示屏是TFT彩色屏，工作空间的每个字节对应TFT彩色屏的1个像素。

上述显示控制装置采用通用的MCU、CPLD和RAM芯片来构造显示控制装置，所以成本低、体积小，且性能足以灵活地支持常用各种尺寸的TFT多色彩的显示屏的显示和STN单色屏的显示。

在本发明的实施例中，还一种显示控制方法，包括以下步骤：微控制器产生显示数据和地址；复杂可编程逻辑器件根据微控制器提供的地址将显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间；复杂可编程逻辑器件按照显示屏的频率从工作空间读取显示数据；以及复杂可编程逻辑器件驱动显示屏的对应位置显示显示数据，对应位置与显示数据在工作空间中的物理地址相对应。

优选的，微控制器产生显示数据和地址具体包括：微控制器计算显示数据在工作空间的物理地址，其中，物理地址与显示数据在显示屏上的显示位置相对应。

上述显示控制方法采用通用的MCU、CPLD和RAM芯片来构造显示控制装置，所以成本低、体积小，且性能足以灵活地支持常用各种尺寸的TFT多色彩的显示屏的显示和STN单色屏的显示。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的显示控制装置的示意图。

图2示出了根据本发明实施例的显示控制方法的流程图。

图3示出了根据本发明实施例的本技术方案中显示彩色信息的数据格式图。

图4示出了根据本发明实施例的液晶屏与显存的映射关系图。

图5示出了根据本发明实施例的CPLD对某款液晶屏的刷新时序图。

图6示出了根据本发明实施例的CPLD根据液晶屏类型，控制相应行频、场频信号，并对显存进行读操作，从而对液晶屏进行数据刷新的软件流程图。

图7示出了根据本发明实施例的CPLD接收到MCU的命令及数据，根据显存与液晶屏的映射关系进行写操作的软件流程图。

图8示出了根据本发明实施例实现的医疗电子产品的图形用户界面图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图1示出了根据本发明实施例的显示控制装置的示意图，包括：

微控制器(MCU 12)，用于产生显示数据和地址；

随机存储芯片(图中为SDRAM 10，也可以是DDR RAM等)，用于提供工作空间；以及

复杂可编程逻辑器件(CPLD 9)，其连接微处理器、随机存储芯片和显示屏(LCD 11)，用于根据微控制器提供的地址将显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间，以及从工作空间读出显示数据输出到显示屏显示。

上述显示控制装置采用通用的MCU、CPLD和RAM芯片来构造显示控制装置，所以成本低、体积小，且性能足以灵活地支持常用各种尺寸的TFT多色彩的显示屏的显示和STN单色屏的显示。

优选的，复杂可编程逻辑器件9包括：写入单元，用于根据微控制器提供的地址将显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间。

优选的，复杂可编程逻辑器件9包括：读取单元，用于按照显示屏的频率从工作空间读取显示数据。

优选的，复杂可编程逻辑器件9包括：驱动单元，驱动显示屏的对应位置显示显示数据，对应位置与显示数据在工作空间中的物理地址相对应。

优选的，微控制器12包括：地址计算单元，用于计算显示数据在工作空间的物理地址，其中，物理地址与显示数据在显示屏上的显示位置相对应。

优选的，物理地址与显示数据在显示屏上的显示位置相对应具体包括：在显示屏上的显示位置是坐标(m，n)时，在工作空间中的物理地址是m*(x+1)+n。

优选的，显示屏是STN单色屏，工作空间的每个字节对应STN单色屏的8个像素。

优选的，显示屏是TFT彩色屏，工作空间的每个字节对应TFT彩色屏的1个像素。

图1示出了本发明的电路原理。本发明有以下几部分组成：复杂可编程逻辑器件(CPLD)9，SDRAM 10以及线性电源13。CPLD9具有速度快、功耗低的优点，在本发明中主要负责同MCU 12的数据交互。SDRAM 10充当显示数据的缓存，当有新的显示内容时，修改相应位置的数据，通过CPLD 9对LCD 11的刷新就可以实现不同的内容显示。无操作时，SDRAM 10保存了当前的显示数据，供CPLD 9静态刷新用。线性电源13是为了保证本发明的电路系统的工作电压能够同外部电路很好的匹配。本发明电路的工作电源是+3.3V，外电路可能是+5V，因此采用了线性电源13来将+5V转化为+3.3V。CPLD 9同MCU12的接口为14，CPLD 9同LCD 11的接口为15，CPLD 9同SDRAM 10的接口为16。

具体而言，本实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：采用一片可编程逻辑器(Complex Programmable Logic Device，CPLD)同中央控制器(MCU)接口，接口为8位的并行数据，地址数据分时复用，可以进行数据与命令的传递。优选的，采用一片SDRAM做为显示存储器，对于单色STN液晶屏来说，显存的每个字节都对应屏上8个像素；对于彩色TFT液晶屏来说，显存的每个字节数据对应液晶屏上的一个像素，由R、G、B不同的组合就可以获得256种颜色，将显存内的区域同液晶屏的像素建立起一一映射关系，通过向目的地址单元写入不同的显示数据，就可在液晶屏相应的位置得到不同的颜色。根据各种液晶显示屏的不同的驱动时序的要求，可编程逻辑器(CPLD)在相关程序的配置下，可以输出相应的正确的时序逻辑，以达到驱动液晶屏显示的目的。

图2示出了根据本发明实施例的显示控制方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S10，微控制器产生显示数据和地址；

步骤S20，复杂可编程逻辑器件根据微控制器提供的地址将显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间；

步骤S30，复杂可编程逻辑器件按照显示屏的频率从工作空间读取显示数据；以及

步骤S40，复杂可编程逻辑器件驱动显示屏的对应位置显示显示数据，对应位置与显示数据在工作空间中的物理地址相对应。

优选的，微控制器产生显示数据和地址具体包括：微控制器计算显示数据在工作空间的物理地址，其中，物理地址与显示数据在显示屏上的显示位置相对应。

上述显示控制方法采用通用的MCU、CPLD和RAM芯片来构造显示控制装置，所以成本低、体积小，且性能足以灵活地支持常用各种尺寸的TFT多色彩的显示屏的显示和STN单色屏的显示。

CPLD 9与MCU 12的数据交互通过一个数据协议进行，利用地址总线寻址的方式来确定命令及数据，具体参照下表。

CPLD同MCU交互的数据格式：

当前状态	comment	lcd_/cs   A1        A0
			读写显示数据	正常读写操作	0         0         0
写状态寄存器	D4设置为“0”液晶屏显示关闭，设置为“1”液晶屏显示开启	0         0         1
			写列地址	第一次写入高两位，第二次写入低八位	0         1         0
写行地址	第一次写入高两位，第二次写入低八位	0         1         1
			无操作	不对控制板操作	1         X         X

通常，操作应当先进行状态寄存器的配置，使能显示。然后通过命令的方式传递具体操作地址，由于本发明支持的显示像素可达到1024×768，所以行列的信息采用两个字节来表示，MCU 12发送完要操作地址后，应当立即进行数据的读写操作。

本发明最高可以支持256色的图形显示，数据信息由一个字节构成，见图3。颜色分配如下：0～2bit是蓝色19，3～5bit是绿色18，6～7bit是红色17。由上述三基色进行组合，就可以实现256种颜色。

为了实现液晶屏的图像更新，需要将LCD 13的像素点与显存SDRAM 10内部的存储空间一一对应起来，只有这样才可以通过修改SDRAM 10来获得确定效果。如图4所示，8为一个行为x+1，列为y+1的液晶屏，共有像素(x+1)*(y+1)，每个点均可以显示256色，这样以每个点对应一个字节，共需要存储空间(x+1)*(y+1)字节。7为SDRAM 13内的一段空间，它同液晶屏建立起映射关系，地址分配为0～(x+1)*(y+1)-1。对于液晶屏上任意一点(m，n)来说，对应到7的地址为m*(x+1)+n。

图5显示了液晶屏工作的时序逻辑。液晶屏控制总线15通常由行频、场频等信号构成，CPLD模拟液晶屏控制总线时序，软件实现方法见图6，进程23根据时序信号的时间、脉冲要求，完成了行频信号的控制。进程24进行了SDRAM的读写。在完成了整屏刷新后，进程25进行了场频信号的控制，以上各进程软件实现如下：

VS_reset.RESET＝VS；

VS_reset.CLK＝！Dclk；

CASE VS_reset    IS

WHEN   VS_reset_S0＝＞

    VS_reset   ＝VS_reset_S1；

        Screen_reset＝VCC；

   WHEN    VS_reset_S1＝＞

        VS_reset   ＝VS_reset_S2；

   WHEN    VS_reset_S2＝＞

        VS_reset   ＝VS_reset_S2；

       ENDCASE；

   columnaddr_counter[].CLK＝！Dclk；

      columnaddr_counter[].D＝columnaddr_counter[].Q+1；

      columnaddr_counter[].CLRN＝！((columnaddr_counter[]＝＝80

0)# Screen_reset)；

      lcdSdram_columnaddrA[]＝columnaddr_counter[]；

  rowaddr_counter[].CLK＝！HS；

     rowaddr_counter[].D＝rowaddr_counter[].Q+1；

     rowaddr_counter[].CLRN＝！((rowaddr_counter[]＝＝600)#

Screen_reset)；

      lcdSdram_rowaddrA[]＝rowaddr_counter[]；

   Screen_readdata.RESET＝Dclk；

   Screen_readdata.CLK＝internal_clk#！Refresh_start；

   CASE MCU_readdata IS

   WHEN  Screen_readdata_S0    ＝＞

       Screen_readdata＝Screen_readdata_S1；

   WHEN  Screen_readdata_S1   ＝＞--ACTIVE COMMAND

       Screen_readdata＝Screen_readdata_S2；

       sdram_/CS      ＝GND；

       sdram_/RAS     ＝GND；

       sdram_/CAS     ＝VCC；

       sdram_/WE      ＝VCC；

       Sdram_addrA[9..0]＝lcdSdram_rowaddrA[]；

       Sdram_BA[]     ＝lcdSdram_columnaddrA[9..8]；

   WHEN  Screen_readdata_S2＝＞

       Screen_readdata＝Screen_readdata_S3；

     WHEN    Screen_readdata_S3   ＝＞--READ OR WRITE

COMMAND WITH

                          AUTO PRECHARGE

      Screen_readdata＝Screen_readdata_S4；

      sdram_/CS      ＝GND；

      sdram_/RAS     ＝VCC；

      sdram_/CAS     ＝GND；

      sdram_/WE      ＝MCU_/wr；

      Sdram_addrA[7..0]＝lcdSdram_columnaddrA[7..0]；

      Sdram_BA[]     ＝lcdSdram_columnaddrA[9..8]；

      Sdram_addrA10  ＝VCC；

WHEN    Screen_readdata_S4＝＞

      Screen_readdata＝Screen_readdata_S5；

WHEN    Screen_readdata_S5＝＞

      Screen_readdata＝Screen_readdata_S5

      ScreenSdram_readlatency＝GND；

    ENDCASE；

Lcd_TFTdata_tri[].IN＝Sdram_dq[7..0]；

Lcd_TFTdata_tri[].OE＝！ScreenSdram_readlatency；

   Lcd_TFT[]＝Lcd_TFTdata_tri[]；

图7是CPLD同MCU交互的软件流程图。空闲的时候CPLD不停的查询状态总线及数据总线的的状态，确保能够捕捉到MCU的数据。进程20以系统时钟作为同步信号，读取MCU数据。进程21根据MCU传送的行列信息，计算具体操作的SDRAM存储区，具体软件实现方法如下：

Normal_r/w＝lcd_/cs#A1#A0；

State_w＝lcd_/cs#A1#！A0；

Columnaddr_w＝lcd_/cs#！A1#A0；

Rowaddr_w＝lcd_/cs#！A1#！A0；

--Latch MCU′s row address and column address

MCU_rowaddrlatchl[].CLK＝MCU_/wr#Rowaddr_w；

MCU_rowaddrlatchl[].Q＝MCU_D[7..0]；

Sdram_rowaddrA[7..0]＝MCU_rowaddrlatchl[]；

MCU_rowaddrlatchh[].CLK＝！MCU_/wr#Rowaddr_w；

MCU_rowaddrlatchh[].Q＝MCU_rowaddrlatchl[]；

Sdram_rowaddrA[9..8]＝MCU_rowaddrlatchh[1..0]；

MCU_columnaddrlatchl[].CLK＝MCU_/wr#Columnaddr_w；

MCU_columnaddrlatchl[].Q＝MCU_D[7..0]；

Sdram_columnaddrA[7..0]＝MCU_columnaddrlatchl[]；

MCU_columnaddrlatchh[].CLK＝！MCU_/wr#Columnaddr_w；

MCU_columnaddrlatchh[].Q＝MCU_columnaddrlatchl[]；

Sdram_columnaddrA[9..8]＝MCU_columnaddrlatchh[1..0]；

--MUC read data and write data

MCU_readdata.RESET＝Normal_r/w；

MCU_readdata.CLK＝internal_clk#！Refresh_start；

CASE MCU_readdata IS

WHEN  MCU_readdata_S0＝＞

    MCU_readdata＝MCU_readdata_S1；

WHEN  MCU_readdata_S1＝＞--ACTIVE COMMAND

    MCU_readdata＝MCU_readdata_S2；

    sdram_/CS   ＝GND；

    sdram_/RAS  ＝GND；

    sdram_/CAS  ＝VCC；

    sdram_/WE   ＝VCC；

    Sdram_addrA[9..0]＝Sdram_rowaddrA[]；

    Sdram_BA[]＝Sdram_columnaddrA[9..8]；

WHEN  MCU_readdata_S2＝＞

    MCU_readdata＝MCU_readdata_S3；

WHEN  MCU_readdata_S3＝＞--READ OR WRITE

COMMAND WITH AUTO

                              PRECHARGE

    MCU_readdata＝MCU_readdata_S4；

    sdram_/CS   ＝GND；

    sdram_/RAS  ＝VCC；

    sdram_/CAS  ＝GND；

    sdram_/WE   ＝MCU_/wr；

    Sdram_addrA[7..0]＝Sdram_columnaddrA[7..0]；

    Sdram_BA[]＝Sdram_columnaddrA[9..8]；

    Sdram_addrA10＝VCC；

WHEN  MCU_readdata_S4＝＞

    MCU_readdata＝MCU_readdata_S5；

WHEN  MCU_readdata_S5＝＞

    MCU_readdata＝MCU_readdata_S5

    Sdram_readlatency＝GND；

END CASE；

Sdramdata_tri[].IN＝MCU_D[7..0]；

Sdramdata_tri[].OE＝！(Normal_r/w#MCU_/wr)；

Sdram_dq[7..0]＝Sdramdata_tri[]；

MCUdata_tri[].IN＝Sdram_dq[7..0]；

MCUdata_tri[].OE＝！(Normal_r/w#MCU_/rd#Sdram_readlatency)；

MCU_D[7..0]＝MCUdata_tri[]；

  --MCU write state_register

MCU_writestate [].CLK＝MCU_/wr#State_w；

MCU_writestate[].Q＝MCU_D[7..0]；

Lcd_de＝MCU_writestate4

图8所示的内容，为本发明的一个实施例。采用本发明控制了一款分辨率为640×480的TFT彩色液晶屏，应用于呼吸机产品上。通过该发明的应用，大大提高了该呼吸机产品设计的集成度，简化了系统。当然，这个应用仅仅是一个优选实施例，并不用于限制本发明，除此之外，本发明还可用于各种分辨率的液晶屏。

上述实施例的显示控制装置的有益效果是，不仅可以灵活地支持常用各种尺寸的TFT多色彩的显示屏的显示和STN单色屏的显示，而且大大地简化了电子系统的设计，有利于电子系统的集成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种显示控制装置，其特征在于，包括：

微控制器，用于产生显示数据和地址；

随机存储芯片，用于提供工作空间；以及

复杂可编程逻辑器件，其连接所述微处理器、随机存储芯片和显示屏，用于根据所述微控制器提供的地址将所述显示数据写入所述随机存储芯片提供的工作空间，以及从所述工作空间读出所述显示数据输出到所述显示屏显示。

2.根据权利要求1所述的显示控制装置，其特征在于，所述复杂可编程逻辑器件包括：

写入单元，用于根据所述微控制器提供的地址将所述显示数据写入所述随机存储芯片提供的工作空间。

3.根据权利要求1所述的显示控制装置，其特征在于，所述复杂可编程逻辑器件包括：

读取单元，用于按照所述显示屏的频率从所述工作空间读取所述显示数据。

4.根据权利要求1所述的显示控制装置，其特征在于，所述复杂可编程逻辑器件包括：

驱动单元，驱动所述显示屏的对应位置显示所述显示数据，所述对应位置与所述显示数据在所述工作空间中的物理地址相对应。

5.根据权利要求1所述的显示控制装置，其特征在于，所述微控制器包括：

地址计算单元，用于计算所述显示数据在所述工作空间的物理地址，其中，所述物理地址与所述显示数据在所述显示屏上的显示位置相对应。

6.根据权利要求1所述的显示控制装置，其特征在于，所述物理地址与所述显示数据在所述显示屏上的显示位置相对应具体包括：

在所述显示屏上的显示位置是坐标(m，n)时，在所述工作空间中的物理地址是m*(x+1)+n。

7.根据权利要求1至6任一项所述的显示控制装置，其特征在于，所述显示屏是STN单色屏，所述工作空间的每个字节对应所述STN单色屏的8个像素。

8.根据权利要求1至6任一项所述的显示控制装置，其特征在于，所述显示屏是TFT彩色屏，所述工作空间的每个字节对应所述TFT彩色屏的1个像素。

9.一种显示控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

微控制器产生显示数据和地址；

复杂可编程逻辑器件根据所述微控制器提供的地址将所述显示数据写入随机存储芯片提供的工作空间；

所述复杂可编程逻辑器件按照所述显示屏的频率从所述工作空间读取所述显示数据；以及

所述复杂可编程逻辑器件驱动所述显示屏的对应位置显示所述显示数据，所述对应位置与所述显示数据在所述工作空间中的物理地址相对应。

10.根据权利要求9所述的显示控制方法，其特征在于，微控制器产生显示数据和地址具体包括：

所述微控制器计算所述显示数据在所述工作空间的物理地址，其中，所述物理地址与所述显示数据在所述显示屏上的显示位置相对应。

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