由于操作員現(xiàn)在與工業(yè)機(jī)器或過程交互的圖形化、可視化方式，曾經(jīng)簡單地稱為“操作員面板”或“終端”的人機(jī)界面正在迅速變化。有一次，這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以使用三行分段 LCD 顯示器。今天，隨著設(shè)計(jì)人員利用它們提供的美觀、靈活性和成本優(yōu)勢，LCD 接口正在迅速取代傳統(tǒng)的 LED 和段式 LCD 顯示器。

　　除此之外，高分辨率 LCD 正在成為常態(tài)，當(dāng)人們考慮到如今工業(yè)設(shè)備操作員回家時(shí)，他或她 9 歲的女兒在高分辨率顯示器 iPad 或安卓平板電腦。可以看出，使用連接在價(jià)值百萬美元的工業(yè)機(jī)械上的單色讀數(shù)器很快就會(huì)變得不令人滿意。更重要的是，管理層也開始認(rèn)識(shí)到高分辨率視覺顯示器可以大大提高人和機(jī)器的效率和生產(chǎn)力。本文將研究具有圖形控制功能的微控制器，特別強(qiáng)調(diào)那些可以處理高分辨率顯示器的微控制器。

　　一、一些顯示數(shù)據(jù)

　　當(dāng)今相當(dāng)多的約 10 英寸平板電腦以 1366 × 768 分辨率格式顯示信息、照片或視頻，但更好的是 1920 × 1080 顯示器，有些甚至提供多點(diǎn)觸控電容式觸摸屏。iPad 有一個(gè) 2048 × 1536 的屏幕，而 Google Nexus 10 有一個(gè)“令人眼花繚亂”的 2560 × 1600 （300 ppi） 顯示屏。

　　大多數(shù) LCD 面板接口是 LVDS（6 位或 8 位）。以下是常見的顯示分辨率及其圖片寬度/高度比。

　　1024 × 768 XGA 4:3

　　1280 × 1024 SXGA 5:4

　　1280 × 800 WXGA 16:10

　　1600 × 1200 UXGA 4:3

　　2560 × 2048 QXGA 4:3

　　2880 × 1800 QWXGA 16:10

　　在我們探索設(shè)計(jì)用于控制的部件之前這些視覺設(shè)備，讓我們來看一個(gè)示例工業(yè)觸摸屏顯示器。這Touch Revolution F10A-0102是一款 8.8 英寸、1024 × 600 分辨率的顯示器，具有 LVDS 接口和投射電容式觸控。它采用 5 V 電源供電，電流為 12 至 20 mA，視角為 45 度。該公司的 Fusion 觸摸顯示器包括一個(gè)直接安裝在柔性尾部 （Chip on Flex） 上的集成觸摸控制器系統(tǒng)。Fusion 控制器運(yùn)行 Touch Revolution 的專有固件，能夠以高報(bào)告率跟蹤至少兩個(gè)明確的接觸點(diǎn)。

　　一些具有高分辨率圖形控制的 MCU

　　現(xiàn)在讓我們來看三個(gè)具有高分辨率圖形接口的微控制器示例。ATSAMA5D334

　　_Atmel（圖 1）是一款基于 536 MHz Cortex?-A5 內(nèi)核的高能效嵌入式處理器。該芯片在低功耗模式下實(shí)現(xiàn)了 166 MHz 的系統(tǒng)帶寬，功耗低于 0.5 mW。它具有一個(gè)浮點(diǎn)單元和一個(gè)與 39 個(gè) DMA 通道相關(guān)的多層內(nèi)部總線架構(gòu)。該芯片沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，支持 DDR2/LPDDR/LPDDR2 和具有 24 位 ECC 的 MLC NAND Flash。

　　該 IC 的 LCD 控制器支持硬件加速圖像合成的覆蓋、觸摸屏界面和 CMOS 傳感器界面。該控制器具有覆蓋、alpha 混合、旋轉(zhuǎn)、縮放和色彩空間轉(zhuǎn)換。為了設(shè)置這些方面，IC 有 177 個(gè)控制寄存器。它支持掃描有源 TFT 顯示屏，分辨率高達(dá) 2048 × 2048，通過空間抖動(dòng)單元具有 12、16、18 和 24 位輸出模式，1、2、4、8 位/像素（托盤化）、12、16、18、19、24、25 和 32 位/像素（非托盤化）和一個(gè)硬件光標(biāo)。

　　通信外設(shè)包括具有 IEEE-1588 的千兆位 EMAC（SAMA5D31 中的 10/100 EMAC）、CAN、UART、SPI 和 I2C。它具有安全啟動(dòng)機(jī)制、硬件加速加密（AES、TDES）和散列函數(shù)（SHA）。

　　324 球 LFBGA 封裝 IC 針對控制面板/HMI 以及在工業(yè)和消費(fèi)類設(shè)計(jì)中需要高水平連接性的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。它的低功耗使其特別適用于電池供電的設(shè)備。該芯片在 400 MHz 完全運(yùn)行時(shí)消耗 88 mA，在超低功耗模式下在 32 kHz 時(shí)消耗 432 μA。德州儀器AM3359

　　_ 是具有 720 MHz Sitara Cortex-A8 內(nèi)核、高分辨率圖形和電阻式觸摸控制的圖形引擎。該芯片沒有閃存，具有 176 KB 引導(dǎo) ROM 和 32 KB L1 指令和數(shù)據(jù)緩存，以及 256 KB L2 緩存。它具有 DDR2、DDR3、DDR3L 外部存儲(chǔ)器接口。

　　該芯片的 LCD 控制器提供高達(dá) 24 位的數(shù)據(jù)輸出、8 位/像素 （RGB） 和高達(dá) 2048 × 2048 的分辨率。該器件具有兩個(gè)獨(dú)立的控制器，即光柵控制器和 LCD 接口顯示驅(qū)動(dòng)器 （LIDD） 控制器。 每個(gè)控制器獨(dú)立于另一個(gè)控制器運(yùn)行，并且在任何給定時(shí)間只有一個(gè)控制器處于活動(dòng)狀態(tài)。該 IC 支持無源和有源矩陣 LCD 顯示器，并具有 DMA 引擎，可從外部幀緩沖區(qū)提取數(shù)據(jù)，而不會(huì)通過中斷給處理器帶來負(fù)擔(dān)。該 IC 還具有 SGX530 3D 圖形引擎。

　　該芯片具有加密硬件加速器（AES、SHA、PKA、RNG）、唯一設(shè)備標(biāo)識(shí)、一個(gè) 8 通道 12 位 SAR A/D 轉(zhuǎn)換器、三個(gè) 32 位增強(qiáng)捕獲模塊、兩個(gè) CAN 端口、USB 2.0 和兩個(gè)工業(yè)千兆以太網(wǎng) MAC。該 IC 采用 324NFBGA 封裝。待機(jī)功率僅為 7 mW。有功功率為 395 至 83 mW。

　　TI 的TMDSSK3358開發(fā)套件（圖 2）是查看潛在 AM3359 設(shè)計(jì)的好方法。通用 EVM 是一個(gè)獨(dú)立的測試、開發(fā)和評(píng)估模塊系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠圍繞 AM335x 處理器子系統(tǒng)編寫軟件和開發(fā)硬件。

　　AM335x 子系統(tǒng)的主要元素已經(jīng)在 EVM 的基板上可用，這為開發(fā)人員提供了大多數(shù)通用型項(xiàng)目所需的基本資源，這些項(xiàng)目包含 AM335x 作為主處理器。EVM 中內(nèi)置了其他典型類型的外圍設(shè)備，例如內(nèi)存、傳感器、LCD、以太網(wǎng) PHY 等，因此無需大量額外硬件資源即可快速對預(yù)期系統(tǒng)進(jìn)行建模。NXP Semiconductors

　　的LPC4357FET256微控制器（圖 3）似乎擁有許多應(yīng)用程序中想要的一切。它具有 204 MHz Cortex-M4 和 Cortex-M0 處理器以及 1 MB 閃存。IC 的 LCD 控制器具有 DMA 支持和高達(dá) 1024 × 768 的可編程顯示分辨率。它支持單色和彩色 STN 面板和 TFT 彩色面板，并具有 1/2/4/8 位/像素顏色查找表和16/24 位直接像素映射。

　　圖 ：具有圖形控制和 1 MB 閃存的兩核 LPC4357FET256 的框圖。

　　Cortex-M4 具有支持八個(gè)區(qū)域的內(nèi)存保護(hù)單元、硬件浮點(diǎn)單元、不可屏蔽的中斷輸入以及 JTAG 和串行線調(diào)試。此外，還有一個(gè)帶 RMII 和 MII 接口的 10/100T 以太網(wǎng) MAC、一個(gè) CAN 端口、兩個(gè) USB 2.0 接口、136 KB 的 SRAM、兩個(gè)獨(dú)立的 32 KB SRAM 塊和一個(gè)四通道 SPI 閃存接口。它有兩個(gè) 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 10 位 D/A。該芯片的電源電流約為 45 mA，頻率為 120 MHz，電源電壓為 2.2 至 3.6 V，無外圍設(shè)備，采用 17 × 17 mm 封裝。

　　Embedded Artists為這款處理器制作了一個(gè)很好的開發(fā)套件——部件號(hào)EA-OEM-511。

　　圖形顯示和菜單的使用已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代用戶界面的首選方法，為定制提供靈活性并適應(yīng)大量用例。正如我們所看到的，MCU 配備了可以驅(qū)動(dòng)高分辨率 LCD 的集成圖形控制器，供應(yīng)商現(xiàn)在為他們的客戶提供開發(fā)套件和訪問強(qiáng)大的圖形庫和/或第三方 GUI 開發(fā)工具，這可以大大簡化他們的設(shè)計(jì)和加快上市時(shí)間。