. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Možnosti řízení TFT displejů pomocí mikrokontrolérů

Možnosti řízení TFT displejů pomocí mikrokontrolérů

Plně grafická a animovaná rozhraní realizovaná bez grafických kontrolérů a jiných podpůrných obvodů.

Grafická uživatelská rozhraní se v dnešní době nacházejí snad všude kolem nás. Čím dál tím více výrobků je vybavováno barevným TFT LCD displejem, poskytujícím uživatelům zařízení dříve zcela nevídaný komfort i přehlednost v jejich obsluze. Dokonce by se dalo říci, že s rostoucí popularitou TFT displejů, používaných i u levnějších zařízení je tento typ displeje jejich uživateli považovány již za naprostou samozřejmost a to včetně příslušného intuitivního ovládání přístroje. Tento úspěch však konečně zasáhl i často velice konzervativní, průmyslový sektor. V tom po řadu dlouhých let stále vítězili klasické znakové a pasivně grafické displeje. Nyní však i zde nadešel čas na zásadní změnu a použití moderních TFT displejů.

Opuštění jednoduchých stavových LED indikátorů či klasického 2x16 znakového displeje s omezeným, pevně daným seznamem použitelných znaků, poskytuje nové použití barev a neomezené grafiky mnoho dříve nevídaných možností v předávání a prezentaci informací koncovému uživateli. Přitom i jen základní sada fontů, obsahující velká, malá či tučná písmena různých barev poskytuje uživateli značný přehled a logiku v ovládání. Použijí-li se navíc efekty jako plynule se pohybující objekty či obrázky, nebo blikající důležité ikony, je tak možné snadno zaměřit pozornost uživatele na námi požadovanou informaci. V závislosti na konkrétní aplikaci je možné nahradit nudné a nepřehledné uživatelské rozhraní jednoduchým a velice přehledným grafickým menu, přesně prezentujícím naši informaci a vhodným dokonce i pro ovládání dětmi.

Relativně vysoké rozlišení plochy displeje dovoluje použití dynamicky měnící se grafiku, což představuje zcela nový směr a značný pokrok v uživatelském rozhraní. Rovněž dnešní TFT displeje nesou velké zásluhy na ostrosti a barevné věrnosti poskytovaných grafických informací. Bez velkých problémů je tak možné zajistit velice kvalitní zobrazení například fotografií, pozadí pod prvky nesoucí logo výrobce, či jen drobných grafických prvků zpříjemňujících uživatelské ovládání.

Stáhněte si prosím Flash Player pro přehrávání videí.
SpiderControl MICROBROWSER

Naproti tomu klasické ovládací prvky, zastoupené nejčastěji v podobě tlačítek, ale i různých přepínačů a analogových prvků byly postupem doby nahrazeny dotekovou plochou, umístěnou před samotným displejem. Takto vybavený systém následně umožňuje především velice snadné ovládání, nevyžadující žádné složité zaškolení jeho uživatelů. Citlivost a přesnost rozhraní mohou být dynamicky kontrolovány a především i rychle měněny. Od jedné velké plochy, působící jako jediné ovládací tlačítko až například po kompletní klávesnici zobrazenou na obrazovce. Problémem navíc nejsou ani aplikace umožňující kreslení čar na displeji či funkce Drag & Drop. Veškeré zobrazení ovládacích prvků, jejich snímání i odpovídající zpracování je poté jen otázkou samotného software, což umožňuje dříve naprosto netušené možnosti v ovládání jednotlivých zařízení.
Pro každodenní používání se díky své spolehlivosti osvědčili především dva typy snímacích dotykových ploch:
Odporový panel je jednoduchým a cenově výhodným řešením realizace dotykové plochy. Na jeho výstupech je k dispozici analogová hodnota každé osy, přitom prostřednictvím A/D převodníků mikrokontroléru může být snadno vypočítán soubor souřadnic právě zobrazených aktivních prvků.
Kapacitní panely tvořené oddělenou skleněnou plochou jsou druhou možností snadné realizace dotykových ploch. K dispozici jsou přitom pevně dané snímací plošky rozmístěné nejčastěji v pravidelných útvarech po celé ploše displeje. Použití takových panelů má velkou výhodu především ve kvalitním skleněném povrchu umístěném před samotný displej. Ten může v případě potřeby sloužit zároveň jak ochrana proti poškrábání či poškození vandaly. Navíc skleněná plocha je značně odolná i proti chemicky agresivním kapalinám a čistícím prostředkům, což dále zvyšuje užitnou dobu zařízení.

Také samotné průmyslové prostředí znamenalo novou výzvu pro výrobce TFT panelů. Široký teplotní rozsah, dlouhodobá použitelnost a zvýšená odolnost proti nárazům a vibracím s sebou přinesly nové technické požadavky na tyto prvky systémů. Kromě toho musí být u součástek určených pro průmyslové zákazníky zajištěna jejich dostupnost po dlouhou dobu a to beze změny jejich vlastnosti a za rozumnou cenu po celou dobu životnosti koncového výrobku. Mnoho výrobců displejů se tak snaží o vyhrazený rozsah od 2,2“ až do 10,4“ splňující všechny tyto požadavky. Běžným a snadno dostupným řešením tak jsou především QVGA (320x240) a VGA (640x480) typy, nebo při požadavku na širokoúhlý formát poté WQVGA (400x240) a WVGA (800x480). Jako volitelný doplněk je k dispozici čtyřdrátový odporový dotykový panel, laminovaný přímo do TFT, ovšem displej může být vybaven i dalším typem dotykové technologie, jako jsou skleněné panely pro Cypress' CapSense. A podobně

Základní princip řízení TFT
Způsobů řízení TFT panelů je samozřejmě hned několik, ovšem z praktického hlediska se jedná o způsob známý z řízení klasických LCD displejů. Jde o nepřetržitý tok velkého množství dat, které musí být zajištěno i bez snížení výkonu samotného jádra aplikace. Splnění tohoto požadavku však často vyžaduje použití dodatečného řešení v podobě ne zrovna levného, externího grafického kontroléru, připojeného k datové sběrnici řídícího mikrokontroléru. Nové mikrokontroléry H8SX/1668R od Renesas Technology mají však již integrovaný specializovaný hardware, určený k nepřetržitému přesunu dat například právě na displej a to bez jakéhokoliv zatížení interní sběrnice systému či jádra procesoru. Jsou tak ideálním kandidátem na přímé použití s moderními TFT displeji.

Obvod H8SX/1668R je novým členem úspěšných řad H8, H8S a H8SX. Základ tohoto mikrokontroléru je tvořen rychlým, jednocyklovým 32 bitovým jádrem pracujícím na frekvenci 50MHz, doprovázeným pamětí typu flash o velikosti až 1MByte. Jádro H8SX a jeho periférie jsou zpětně kompatibilní se všemi předchozími zařízeními typu H8/H8S, což umožňuje snadný přesun na nejnovější implementaci základního jádra H8. Dále jsou k dispozici všechna oblíbená klasická rozhraní, jako je USART, SPI, I2C, stejně jako A/D převodník a velké množství čítačů/časovačů. Novinkou je poté rozhraní USB 2.0 a programovatelná ExDMA jednotka, ideálně použitelná právě pro přímé ovládání TFT LCD bez vyhrazeného grafického kontroléru.

Design na principu duální sběrnice
Jednou z klíčových funkcí obvodu H8SX/1668R je koncept tzv. duální sběrnice. Jedná se o dvě autonomní, zcela oddělené sběrnice pracující paralelně. Tím systému umožňují realizovat přesun velkých objemů dat nezávisle na sobě.
První sběrnice je tvořena CPU připojeným k interní Flash a RAM paměti, umožňující rychlé vykonávání programových instrukcí. Druhá je v podobě externí sběrnice připojené prostřednictvím sběrnicového kontroléru a řídící komunikaci se všemi (a mezi všemi) externě připojenými zařízeními. Integrovaný DMA engine, ExDMA nabízí přitom i několik režimů určených pro automatický přesun dat na externí sběrnici. Pro přímé ovládání LCD je používána externí paměť SRAM, zapojená ve funkci vyrovnávací paměti (tzv. frame buffer), udržující na displeji stálý obraz. Jednotka ExDMA se poté stará o přísun samotných obrazových dat k TFT LCD.


Obr. 1: Blokové schéma zapojení H8SX/1668R

Takové řešení má oproti mikrokontrolérům s integrovaným grafickým řadičem velkou výhodu spočívající právě v oddělených sběrnicích. Na rozdíl od těchto speciálních mikrokontrolérů zde tak není interní sběrnice CPU používána pro neustálý přesun obrazových dat na displej a veškeré výpočetní kapacity jsou volně k dispozici samotné aplikaci. Synchronizační signály pro LCD jsou generovány prostřednictvím softwarově řízených I/O pinů a případná úprava časování na jiný, doposud nepodporovaný displej je snadno uskutečnitelná pouhou změnou softwarových parametrů. Přitom většina QVGA, VGA nebo WVGA TFT LCD displejů s 18 bitovým TTL rozhraním může být upravena tak, aby mohla být použita snímková obnovovací frekvence až 75fps. Barevný rozsah je dále redukován z 18 na 16 bitů na pixel, což umožňuje snížení kapacity vyrovnávací pamětí až o 33% a zjednodušuje adresování jednotlivých pixelů na obrazovce. Snížením počtu barev z 262 144 na 65 536 je pevně nastaven teoretický limit pro grafické návrháře, avšak kvalita zobrazení je stále na velice dobré úrovni umožňující bezproblémové zobrazení například fotografií.

Vysoký výkon jádra H8SX umožňuje dynamickou tvorbu animací a grafických efektů
Velmi výkonné, jednocyklové jádro H8SX v CISC architektuře má za následek vysokou programovou hustotu a rychlé vykonání obecných instrukcí. Procesor běžící na 50MHz nabízí především zásluhou nového 64 bitového násobného akumulátoru instrukcí rychlé zpracování velkého množství celočíselných operací. Vývojáři, kteří na novou architekturu přecházejí z dřívějších H8 a H8S kontrolérů mohou tak přímo těžit z nových vlastností jádra i velkého nárůstu výpočetního výkonu. U obvodů s interní programovou pamětí o velikosti až 1MByte a bohatou výbavou rozličných periférií musí být doplněno i několik externích obvodů. Přitom musí být dodržena nejmenší možná velikost PCB a samozřejmě nejlépe i její jednoduchost a přehlednost. Přiměřená frekvence externí sběrnice a snadný, přímočarý layout desky nabízí design odolný vůči EMS (elektromagnetická citlivost) a redukující EMI (elektromagnetickou interferenci).

Při snaze o využití nových možnosti TFT LCD dochází samozřejmě i k nárůstu požadavku na objem celočíselných operací. Především přidání různých animací a vizuálních efektů vyžaduje zvýšený výpočetní výkon. Animované pohybující se objekty či prolínající se prvky však mohou pomoci zvýšit užitnou hodnotu produktu, nebo alespoň zvýšit celkový dojem z obsluhy. Zároveň to však znamená zvýšení požadavků na techniku a například dvojité bufferování nebo blending se mohou pro aplikaci stát naprosto nezbytné.

Stáhněte si prosím Flash Player pro přehrávání videí.
Simple C functions

Softwarová podpora
Za dobrým grafickým uživatelským rozhraním stojí nejen dobrý hardwarový návrh, ale i propracovaný grafický software. Použité grafické knihovny musí poskytovat dostatečné API a velmi dobrou dokumentaci se zaměřením na zkušené programátory, aniž by pro jejich použití bylo potřeba specializované grafické dovednosti. Zaměření software musí být uzpůsobené zvláštním požadavkům vestavěných systémů, především tak efektivně napsaný kód běžící co možná nejrychleji a malá kódová složitost pro snadné použití. Pro H8SX byla doposud dostupná především dvě různá softwarová řešení: Segger's embOS/emWin package a IniNet's SpiderControl systém.
Seggerův embOS je spolehlivý operační systém zaměřený na integrované aplikace. Přizpůsobený je jak pro možné výhody multitaskingu, tak i pro aplikace pracující v reálném čase s využitím minimálních prostředků. V kombinaci s grafickou knihovnou emWin poskytuje solidní základ pro náročné aplikace požadující dostatečný grafický výkon, ale i schopnost reakce v reálném čase. Dostupná podrobná dokumentace i kompletní sada příkladů umožňují bezproblémový start a krátkou dobu přípravy.
IniNet's SpiderControl naopak umožňuje GUI design na PC i předpřipravené grafické prvky pro drag & drop aplikace ke snadnému vytvoření uživatelského rozhraní. Generovaný kód je poté v interakci s aplikačním kódem pomocí speciálních proměnných jazyka C a prostřednictvím volání funkčních procedur, což minimalizuje potřebné změny i již existujícího kódu. Vytvořené grafické rozhraní je prezentováno nejen na místní LCD, ale také každému uživateli dálkově připojenému k aplikaci. Široké spektrum použití poté sahá od OS WinCE používaného například na zařízeních typu PDA, až po běžné internetové prohlížeče.

Stáhněte si prosím Flash Player pro přehrávání videí.
emWin - Universal graphic software

Dostupný vývojový kit
Nový VisuRDK-H8SX referenční kit od MSC je ideálním nástrojem pro start v přímém ovládání TFT LCD bez použití grafických kontrolérů. Kit obsahuje vše potřebné pro okamžité zahájení práce: TFT LCD s dotykovým panelem, desku s mikrokontrolérem Renesas H8SX/1668R, emulátor/debugger E10A-USB JTAG, vývojové prostředí HEW a kompletní sadu vzorového software. Vývojová deska je navržena kolem H8SX pravě s využitím řešení přímého ovládání TFT. Takto je zajištěn dokonalý nástroj pro vytvoření vývojové kopie připravovaného návrhu. Součástí balíku je i veškerá dokumentace v podobě schémat a Gerber dat desky PCB. Práce potřebná pro přeměnu vývojového kitu v první prototyp je tedy značně zjednodušena a zkrácena.

Dostupný rozšiřující hardware je určen pro další zvýšení užitných možností desky: Renesas R8C/23 vázané na H8SX jako vyhrazený CAN kontrolér, SMSC9218 Ethernet kontrolér, SD card slot i například kódovací dial/push tlačítko. Konkrétním požadavkům je poté možné přizpůsobit například velikost použité paměti. Aktuální návrh PCB umožňuje osazení dvou různých velikostí paměti SRAM, případně i rozšiřující paměti SDRAM, přičemž již v základní výbavě jsou samozřejmě osazeny největší možné paměti. Bohatý soubor dále rozšiřujícího hardware tak umožňuje snadný přístup k mnoha různým technologiím, ale i dočasné odložení nepotřebných prvků a tím zjednodušení designu i snížení celkových nákladů na zařízení.


Obr. 2: Vývojový kit VisuRDK-H8SX

Ve vývojovém kitu jsou zahrnuty bezplatné nízkoúrovňové drivery pro všechny periférie obsažené na desce i TFT LCD driver podporující širokou škálu typů displejů od QVGA až po WVGA s rozměry od 2,2" do 10,4", s i bez dotykového panelu. Jako standardní výbava je přitom osazen 3,5“ TFT s dotykovou vrstvou, na objednávku jsou však k dispozici i další TFT LCD s jiným rozlišením a velikostí. Kompletní soubor software pro periférie jako je například USB, CAN či Ethernet poskytují dále naši partneři. Demoverze pro vývoj jsou však již zahrnuty v balíku aplikací dodávaných společně s kitem. Bezplatné softwarové vzory a komplexní dokumentace usnadní začátek vývoje, vedoucí k brzkému dokončení prototypu a zkrácení celkové doby vývoje.

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy MSC Vertriebs-CZ s.r.o.
MSC ToolGuide

VisuRDK-H8SX
Renesas Technology H8SX Family







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (3):

Zobrazit starší 30 dnů (3)...

host
3. Dne 16. 03. 2009 v 14:12 zaslal host
begginer
mam dajaky farebny display v tlaciarni. Slo by to nejako vyuzit??? Kde sa da najst programova podpora???


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PRESTO - Rychlý a univerzální USB programátor
PRESTO je velmi rychlý programátor moderní koncepce. Programuje velké množství součástek - mikrokontroléry, CPLD, FPGA, sériové FLASH a EEPROM, apod.
Skladem od 2196 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007