平板显示控制器AL300及其应用 The application of the Flat Panel Display Monitor Controller AL300

摘要：平板显示控制器AL300是AVERLogic公司产生的，可用于实现PC或视频信源与平板显示器（如LCD，PDP等）的控制与连接。文中介绍了该芯片的特点、功能、原理以及在平面显示系统中的应用。并结合应用电路给出了软件流程。 关键词：平板显示器；控制器；OSD（在屏显示）；锁相环；总线；AL300

1. 概述 平板显示器（FPD）包括液晶显示器（LCD）和等离子显示屏（POP）。通常，平板显示器仅支持逐行扫描格式的数据输入，且分辨率也是固定不变的。平板显示控制器 AL300可用来设计将不同格式和不同分辨率的视频/图形数字信号转换成平板显示器能显示的数据格式。其典型应用如图1所示。 图中，TV解码器可采用PHILIPS公司的SAA7111A或SAMSUNG公司的KS0127。这两种解码器都能自动识别输入视频信号的制式，然后解码输出24bit RGB或16bitYUV数字信号，同时输出Hsync、Vsync、Blank及采样时钟。 来自PC的模拟R、G、B图形信号经AL875输入到AL300。AL875是AVERLogic公司产品，采用100 pin 14×20mm PQFP 封装，是一个可对PC机的R、G、B图形信号进行数字化的三通道8bitA/D转换器。110MHz的转换率支持的图形显示分辨率高达1280×1024（64Hz）。其A/D转换数据以二进制码输出。输出使能端（）可使输出状态在高阻和有效之间切换，以便于进行输出控制。该芯片工作状态可通过 接口编程控制。 如果直接输入PC数字图形信号，则可通过LVDS（Low Voltage Differential Signaling）DS90CF583/DS90CF584将数字图形信号输入至AL300。DS90CF583是发送器，可将24 bitRGB数据在一个时钟周期内转换成4组LVDS；DS90CF584为接收器，它可将接收到的LVDS数据流再转换成TTL/CMOS数据。以便于多路数字信号的高速远距离传输。其时钟频率高达65MHz，支持高达227Mbytes/s 的带宽。 2. AL300的工作原理 若输入为VCD/DVD信号，可用MPGA解码器与AL300连接。 AL300是一种功能强大的新型平板显示控制芯片，具有多种控制功能，可由微处理器通过接口实现。供电电压 3.3V，I/O口为TTL电平，采用160pin 28×28mm PQFP封装形式。AL300R原理框图如图2所示。

2.1扫描模式检测电路 AL300具有输入信号扫描模式检测功能，根据输入的行、场扫描信号Hsync和Vsync可以检测输入信号的制式。当输入信号的行速改变时，它将产生一个中断信号送到微处理器，并由微处理器进行模式设置及控制。 2.2输入数据格式 AL300可接收四种输入数据格式：24bit RGB 8bit ITU-RBT656（CCIR656 422），16bitCCIR601 422和42bit CCIR601 444;各种输入数据格式的TV解码器与AL300的连接方法示于图3。 由图3可见，输入视频格式由引脚YUVin决定，当YUVin=1时，YUV输入数据被选中；当YUVin=0时，RGB输入数据有效。 2.3放大功能 AL300有相互独立的水平和垂直两个方向的放大功能，水平放大系数由1bit寄存器HRATIO定义，高3位决定其整数部分，低8位决定其小数部分。HRATIO 的数据由输入图象点阵与放大显示图象点阵确定。垂直放大系数由15bit寄存器VRA-TIO定义，其高3位为整数部分，低12 位为小数部分。其数值也由输入图象尺寸和放大图象尺寸所确定。水平和垂直放大的线性范围为1～8倍。

2.4在屏显示（OSD） AL300提供两个独立的在屏显示（OSD）窗口以实现覆盖于输出显示上的控制菜单、文本或标题。它的OSD功能非常灵活，其字型、尺寸、显示位置都可编程控制。内部1kB的SRAM提供OSD信息的存储。OSD可以在内部SRAM或外部扩展ROM内存储字表或位图。OSD 键可选择叠加在屏幕上的位图的颜色，将被选中的4种OSD颜色数据通过闪烁电路送到逻辑操作单元，逻辑操作单元可产生透明、不透明、底片、背景等殊效果。

2.5输出接口 AL300同时支持单象素/时钟和双象素/时钟两种显示模式。其输出接口包括：24bitRGB奇象素数据、24bit RGB偶象素数据、显示允许、显示时钟、偶象素时钟、奇象素时钟、行同步和场同步等信号，其显示模式可通过 接口编程控制。 3. AL300寄存器描述 AL300共设有124个内部控制存器，通过接口对存器编程可以控制AL300，以实现各种功能。下面对寄存器分类介绍。 3.1配置寄存器（00h～07h） 包括三个只读寄存器,用于分别记录公司ID(46h)、版本号和芯片序列号；另外五个是读写寄存器，通过它们可以设置芯片的工作状态：如输入类型（视频或图形）、同步信号（分离同步或复合同步）、掉电模式、旁路模式、锁相环工作状态、时钟极性或抖动控制选择等。 3.2输出锁相环及增益寄存器（10h～1Bh） 该寄存器包括八个读写寄存器,用于设置锁相环参数和水平、垂直方向的放大系数和初始相位。 3.3输入时钟寄存器（20h～29h） 它包括六个读写寄存器,用于设置输入图象的水平有效起始位置、水平有效尺寸、垂直有效起始位置和垂直有效结束位置。 3.4输出时钟寄存器（30h～3Ch） 包括十个读写寄存器,分别用于定义输出显示的水平总象素数、水平同步终止位置、水平显示起始、水平显示终止、垂直同步终止位置、OSD闪烁控制、垂直显示起始位置、垂直显示终止位置和帧延迟等。 3.5中断及内部时钟寄存器(40h～43h) 包括四个读写寄存器,40h用于三种中断源的使能设置，这三种中断源分别是：行速改变，Vsync 到达，输入视频的奇场到达；41h和42h 用于定义内部参考时钟的水平象素数与行数；43h定义输出控制，包括查找表使能、双象素输出及输出时钟相位反转先等。 3.6输入时钟度量寄存器（60h～65h） 包括四个只读寄存器，60h记录输入状态（输入同步信号的极性、输入是奇场或偶场、视频输入是否在有效区域等）；61h，62h 记录输入行速；63h,64h记录输入垂直总行数；65h记示三种中断源的状态。 3.7OSD控制寄存器（80h～BBh） 包括43个读写寄存器,通过这些寄存器可以定义OSD模式、OSD所用的四种颜色以及两个OSD窗口的各自参数。 4. AL300在平板显示系统中的应用 图4是AL300应用在LCD平板显示系统中的硬件电路结构图。

图中，选用SAA7111A作为TV解码器来接收PAL/NTSC/SECAM三种制式视频信号；AL875是用于对PC机的R、G、B图形信号进行数字化的三通道8bitA/D转换器；SMJ27C512是存储字节为64k 的EPROM，用于存储OSD字库及位图。AL300的TVCLK、TVHS、TVVS、TVREF 是输入视频信号的行场同步和采样时钟；GHS、GVS、GCLK是输入图形信号的行场同步和采样时钟；YUVI是输入格式选择，YUVin=1时，输入格式为 YUV，YU-Viv=0时，输入格式为RGB；RIN/YIN[7：0]是输入的R数据或Y数据，GIN/UVIN[7：0]是输入的 G数据或UV数据；BIN是输入的B数据；ROMDA-TA[7：0]是字库ROM的8位数据，ROMADDR[15：0]是16位地址； IRQ和HOSTCLK是发往微控制器的中断请求和时钟；PSDPEN是显示使能；PCLKE、PCLKO、SCLK、PHS、PVS是输出视频信号的时钟和行场同步； RE[7：0]，GE[7：0]，BE[7：0]在单象素模式下是输出视频信号的R、G、B数据，在双象素模式下是输出视频信号的偶象素 R、G、B数据；RO[7：0]，GO[7：0]，BO[7：0]为双象素模式下输出视频信号的奇象素R、G、B数据；SDA和SCL是控制接口。

5. 系统软件设计

LCD平板显示系统中软件的程序流程如图5所示。