主板简介

第三章 主板部分电路分析

由图3-1可知，主板是由PANEL控制逻辑，亮度控制逻辑，DC to DC转换逻辑，传输TTL电平信号到LCD显示模块电路等组成。

图3-1 主板框图

1、 主板上各主要IC芯片描述：

① MCU：8051单片机，其主要作用有：电源控制，OSD控制，频率计

算，RS232通信等。

② GMZAN1：集成ADC、OSD（屏幕菜单式调节）、SCALER(计算器)，

把计算机输入的RGB模拟视频信号转换为数字信号，并通过差补缩放处理，输出至液晶显示器PANEL时序控制电路。

③ LM2596：直流电源变换器，用于将12V输入转变为5V的直流输出。 ④ AIC1084：也是直流电源变换器，用于将5V输入转变为3.3V的直流

输出。

⑤ 24LC21：1KB EEPROM，用于存储表示显示设备标志的DDC数据，

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其中包含有：设备的基本参数，制造厂商，产品名称，最大行频，可支持的分辨率等等。

⑥ 24C04：4KB EEPROM，用于存储Auto Config数据，白平衡数据，

POWER KEY状态及POWER ON计数数据等。 2、 MCU控制电路

MCU控制接口电路如附图1所示。其中U302为8051系列单片机，其ROM的容量为K，RAM容量为512Bytes。用于计算频率，探测模式切换，RS232通讯，电源控制，屏幕显示菜单控制等，在软件控制下，MCU由P1.6和P1.7脚分别产生一个Backlight_EN和Panel_EN信号用于点亮PANEL上的背光灯和控制PANEL工作。 ① MCU各主要引脚功能定义如下表3-1：

表3-1 MCU引脚功能 PIN 名称 I/O 功能 2 HDATA0 I/O 与GMZAN1通信时所用到的四位数据位 3 MFB7（HDATA1） I/O 4 MFB8（HDATA2） I/O 5 MFB9（HDATA3） I/O 6 HCLK O 时钟输出到GMZAN1 7 HFS O 允许位，选通GMZAN1 8 BACKLIGHT-EN O 控制INVERTER的开关电压 0/3V 9 PANEL-EN O 控制PANEL的电源开关 10 RST I MCU复位信号 11 RXD I/O 白平衡通信时，与外部通信用的串行通信13 TXD I/O 总线 14 IRQ I 中断输入 15 MFB2 I/O 多功能引脚 16 SDA I/O 与U300 4KB EEPROM通信时用的IIC串17 SCL I/O 行通信总线 18 RST1 O 复位一脚 19 NGA-CON I 判断信号线是否有插上 20 XTAL1 I 20MHz时钟输入 21 XTAL2 I 22 GND 接地端 18 曾文镇：LCD液晶显示器工作原理研究

24、25、26 31 K/E SELECT PANEL SELECT端 低电平输入 按键型 高电平输入 飞梭型 36 WP O 可写端，高电平允许向24C04写入数据 37 LED1（ORANGE） O 控制按键板上的LED颜色 38 LED2（GREEN） O 39 KEY1（AUTO） I 按键板上的5个按键控制 40 KEY2（ENTER） I 41 KEY3（RIGHT） I 42 KEY4（LEFT） I 43 KEY5（POWER） I 44、35 I 接电源 5V ② MCU项目定义：

运行于微控制器上的GMZAN1控制软件，需要完成以下操作： 1） 初始化LCD控制板元件至用户定义的开机设定： a） 把工厂缺省寄存器设定存在ROM中； b） 用户设定存在内部EEPROM；

c） 用户设定初始化时设为工厂缺省值。

2） 自动检测模式切换，在模式切换时对相应的元件编程。 3） 如果视频模式是未知的，则显示错误信息。

4） 检测输入视频线的正确连接，如果没有检测到有效连

接，则对应输入视频源显示错误信息。其程序响应如下： a) 无连接，显示“无信号，检查输入”信息；

b) 错误的输入，显示“不支持的视频模式”信息。

5） 响应用户的按键输入。处理器将周期性的调用RTI中断服务子程

序，以检查是否按下一个有效的按键，其程序响应如下： a) 在用户输入的基础上显示相应的菜单； b) 根据用户的按键修改寄存器的值；

c) 把修改的值存入EEPROM并且写入相应的设备。 6） 响应电源键。

a) 如果当前是开的，则关闭系统。 b) 如果当前是关的，则打开系统。

③ MCU接口电路：

微控制器与GMZAN1通过Pin2-Pin5组成的4-bits串行口进行通信；Pin7为数据传输提供控制信号HFS，在HFS为高电平时，允许通信，HFS为低电平时，Pin2-Pin5不输出；Pin6为输出为时钟信号HCLK，它为串行通信提供同步时钟。该串行口工作时Pin5-Pin2用作HDATA3-HDATA0，

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在读/写数据的指令下数据的传送顺序为D3-D0，D7-D4，D11-D8；每12位的数据/地址采用3个时钟，而不是用12个时钟进行传输。

微控制器MCU的Pin10为复位脚，其外接电路如图3-2所示： 如电路图，当显示器开机时开始对电容C103充电，在R105上产生压降，A点电位升高，产生一个上升沿的触发信号，使MCU复位，使得微控制器从程序寄存器的00地址开始执行。

微控制器的Pin19为NGA_CON信号输入端，与PC输入直接相连用于判断信号线是否接好以及输入信号的模式是否是合法的。如果无连接或输入不支持模式将会在屏幕上显示相应的信息。

+5VC10322uFCD1011N4148AR10510KRSTGND

图3-2 RST信号输入

微控制器MCU的Pin14外部中断INT0与GMZAN1的中断控制器相连，在外部PC输入信号发生改变时，由GMZAN1产生中断信号给MCU，MCU响应该中断，进入输入信号处理子程序，将输入信号转换为与显示器匹配的RGB信号输出。

微控制器MCU的Pin11和Pin13的串行通信口RXD和TXD被用于RS232通信，在工厂模式下调整显示器白平衡时与外部的数据传输用。在调整白平衡时，MCU通过串行通信口从外部缓冲区读取白平衡调整数据。再通过Pin16和Pin17输出到U300存储。U300为24C04的4KB EEPROM。

8051MCU与U300通信用的Pin16和Pin17被定义为I2C串行总线接口，U300为AT24C系列E2PROM芯片。

I2C总线简介以及与AT24C系列E2PROM的接口： ① I2C总线简介

微控制器与U300的通信采用的是I2C总线。它是由MCU的Pin16和Pin17组成。I2C总线是一种串行数据总线，只有两个信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。在I2C总线上传送一个数据字节由8位组成。总线对每次传送数据的字节数没有，但是每个字节后必须跟

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一位应答位。数据传送首先传送最高位（MSB），数据传送的格式按下图3-3进行。

图3-3 I2C总线上的数据传送

首先由主机发送一个启动信号“S”（SDA在SCL高电平时由高电平跳变为低电平），然后由主机发送一个字节的数据。启动信号后的第一个字节数据具有特殊的含义：高七位是从机的地址，第8位是传送的发向：0表示写，1表示读。被寻址的从机设备按传送的方向位设置为对应的工作方式。标准的IIC总线的设备都有一个7位地址，所有连接在IIC总线上的设备都接收启动信号后的第一个字节，并将接收到的地址与自己的地址进行比较，如果地址相符则为主机要寻址的从机，应在第9位答时钟脉冲向SDA线送出低电平作为应答。除了第一个字节是通过呼叫地址或10位从机地址之外，第二个字节开始即数据字节。数据传送完毕，由主机发出停止信号“P”（SDA在SCL高电平期间由低电平跳变为高电平）。 ② AT24C系列串行EEPROM

AT24C系列串行E2PROM具有I2C总线接口功能，功耗小，宽电源电压(根据不同型号2.5V～6.0V)，工作电流约为3mA，静态电流随电源电压不同为30μA～110μA，其存储容量见表1-2。由于I2C总线可挂接多个串行接口器件，在I2C总线中每个器件应有唯一的器件地址，按I2C总线规则，器件地址为7位数据(即一个I2C总线系统中理论上可挂接128个不同地址的器件)，它和1位数据方向位构成一个器件寻址字节，最低位D0为方向位(读/写)。器件寻址字节中的最高4位(D7～D4)为器件型号地址，不同的I2C总线接口器件的型号地址是厂家给定的，如AT24C系列E2PROM的型号地址皆为1010，器件地址中的低3位为引脚地址A2A1A0，对应器件寻址字节中的D3、D2、D1位，在硬件设计时由连接的引脚电平给定。而对于那些容量大于256K的EEPROM，由于8位的寻址范围不能满足要求需要采用页面寻址，在AT24C系列中对页面寻址位采取占用器件引脚地址(A2、A1、A0)的办法，凡在系统中引脚地址用作页地址后，该引脚在电路中不得使用，作悬空处理。AT24C系列串行E2PROM的器件地址寻址字节如表3-2所示，表中P0P1P2表示页面寻址位。

表3-2 AT24C系列串行E2PROM参数

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型 号 容 量 器件寻址字节(8位) 一次装载字节数 AT24C01 128×8 AT24C02 256×8 AT24C04 512×8 AT24C08 1024×8 AT24C16 2048×8

图3-4为8051单片机与24C04的硬件连接电路图。图中R300，R301，R330为上拉电阻，A0-A2地址引脚接低电平，因此其地址的高7位为1010000。WP端连接MCU的WP，由MCU控制读写。 24C04的读写操作：

对24C04 E2PROM的读写操作完全遵守I2C总线的主收从发和主发从收的规则。

连续写操作 连续写操作是对E2PROM连续装载n个字节数据的写入操作，n随型号不同而不同，一次可装载字节数见表3-2。

SDA线上连续写操作数据状态如图3.5。

1010A2A1A0 R/W 1010A2A1A0 R/W 1010A2A1P0 R/W 1010A2P1P0 R/W 1010P2P1P0 R/W 4 8 16 16 16

图3-5 SDA线连续写操作数据状态

+5V

R30010 KR301U30010 KVCC8+5VC300R330SDA5SIWPA0A1A2VSS712340.1 uF10 K(NC)WPSCL6SCK24LC04

GND

图3-4 MCU与24C04连接电路图

24C04片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加1，故装载一页以内规定数据字节时，只须输入首地址，若装载字节多于规定的最多字节数，数据地址将“上卷”，前面的数据被覆盖。

连续读操作 连续读操作时为了指定首地址，需要两个伪字节写来给

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定器件地址和片内地址，重复一次启动信号和器件地址(读)，就可读出该地址的数据。由于字节写中并未执行写操作，地址没有加1。以后每读取一个字节，地址自动加1。 在读操作中接收器接收到最后一个数据字节后不返回肯定应答(保持SDA高电平)随后发停止信号。连续读操作SDA上数据状态如图3-6。

图3-6 连续读操作SDA上数据状态

微控制器的Pin37-Pin43用于与按键及LED小板相连，Pin37用于当MCU工作于节能状态时使相应的橙色LED指示灯点亮；Pin38用于控制MCU正常工作状态下的绿灯；Pin39-Pin43分别与四个按键相连用于用户调整显示器的设置和开/关机。其具体的实现是通过MCU软件来控制的。

8051MCU的Pin8-Pin9在软件的控制下产生BACKLIGHT_EN和 PANEL_EN信号。BACKLIGHT_EN信号输出至INVERTER，用来控制其是否工作，是否产生高压交流电点亮PANEL背光灯；PANEL_EN信号输出至PANEL控制其是否工作。只有这两个信号同时有效才能使显示器正常工作。

⒊ GMZAN1控制电路 ⑴ GMZAN1芯片介绍

GMZAN1为SVGA/XGA LCD显示器图形处理器，包括GAMMA

矫正，绿色复合同步信号解码电路，增强OSD功能等。 ① 特点：

a． 内含135MHz 8-bits ADC及预放大电路； b．自适应对比度增强电路； c． 片内可编程OSD引擎； d．整和PLL； e． 10-bits可编程GAMMA矫正； f． 支持24位色；

g．1或4个数据位接口。 ② 信号输入格式：

模拟信号RGB输入可达XGA/85Hz；

支持复合同步绿色信号输入（Sync On Green）； 支持复合同步信号模式；

③ 输出格式

支持8或6-bits的PANEL接口； 单、双象素输出格式； ④ 自动设置/自动调整

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相位、图象自动调整； 自动侦测输入格式； ⑤ 集成OSD显示芯片

片内内建可用户扩展字符RAM、ROM； 可扩充外部OSD支持； 支持字符与位图显示；

字符显示效果有：闪烁、镶嵌、透明等； ⑵ GMZAN1功能描述

图3-7列出了GmZan1的主要功能模块。 附录1为GmZan1的引脚功能描述

图3-7 GmZan1框图

① 时钟恢复回路

GmZan1有一个内部的时钟恢复回路，这个回路由一个数字时钟合成器和模拟电路PLL组成。它用来产生取样时钟信号，以采集模拟的RGB数据。这个回路锁定于输入的行同步信号，以从MCU的晶振输出的TCLK时钟输入产生的RCLK作为参照时钟。时钟恢复回路用来调整源时钟频率（SCLK）；在每个行同步信号输入的上升沿产生反馈信号。包括第一个和最后一个行同步信号都可以产生60MHz的频率。在工作电压及温度要求的范围内，可以在1ms之内实现。

当PANEL的时钟信号与源时钟信号（或一半）不同时，有一个象素时钟用来驱动PANEL。它是由一个和时钟恢复回路一样的回路产生的。它们的区别在于：源时钟信号锁定于行同步输入信号，而目的时钟信号锁定于源时钟信号。 ② 模/数转换器

GmZan1内部集成了3个模/数转换器（ADC），每一色一个（R、G、B）。每个ADC都是8-bits输出，用于将输入的模拟RGB信号转换成8-bits的数字信号，分别为R0-R7、G0-G7、B0-B7。信号的连接请参照表3-3。

表3-3 Pin Connection for RGB Input

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GmZan1 Pin Name Red+(#95) Red- (#94) Green+(#91) Green- (#90) Blue+(#87) Blue- (#86) HSYNC/CS (#150) VSYNC (#148) Red CRT Signal Name N/A (Tie to Analog GND for Red on the board) Green N/A (Tie to Analog GND for Green on the board) Blue N/A (Tie to Analog GND for Blue on the board) Horizontal Sync Vertical Sync 信号支持：GmZan1芯片支持数字分离信号、数字混合信号和模拟混合信号。支持所有的这些信号都不需要额外的外围电路。 ③ 源时序产生器（STG）

STG模块定义了一个图形抓取窗口，并且发送数据给数据通道模块。图3-8显示了这个窗口的定义。

在水平的方向,它被定义在SCLKs(等价的像素计算). (equivalent to a pixel count). 在纵向的方向,它被定义在行.所有以“Source”开头的参数均被定义在GmZan1的寄存器中。请注意场总值只跟输入信号有关。参考点定义如下：

● 一行的第一像素: 在原时钟信号的上升沿，极性从低的向高的像素。 ● 帧的首行： 在行同步信号的上升沿，极性从低的向高的行。

图3-8 窗口示意图

④ 中断控制器

某些输入Timing条件能使GmZan1芯片产生中断。表3-4所示，中断请求控制器是可编程实现的。对IRQ状态标志位的读操作，不会影响

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STM寄存器的值。

如果在读IRQ状态标志位的过程中，产生一个新的中断事件，那么中断信号将停止响应一个TCLK周期，然后再重新激活。中断信号的极性可以通过编程来控制。 ⑤ 数据通道

缩放过滤器：GmZan1缩放过滤器使用了Genesis公司的先进专利技术，可以提供高质量的实时视频和图象缩放。

表3-4 中断产生条件

中断请求事件 说明 以下三者之一： Timing 事件 Timing 变化 ① 场同步输入信号的触发沿 ② Panel 行的计数器 (可编程控制), ③ 每 10ms 三者不能两两同时出现 以下三者之一： ① 无信号 ② DDS 超出极限错误 ③ 行、场信号变化超出了极限 极限值可编程控制 Gamma Table：Gamma Table用来调整TFT Panel所显示的RGB数据的特性参数。整个Gamma Table也可以被设成是的三个通道。另外，Gamma Table也被用作对比度、亮度、白平衡（色温）的调整。它以8位输入，产生一个10位的输出。

图3-9 GmZan1数据通道

RGB偏移：RGB偏移为每个颜色通道提供了一个简单的转换（正或负）。它可以在有限的范围内进行简单的亮度调整，它的值在0-FFH之间。这种调整比计算Gamma Table要快得多，同时用户可以通过它来对OSD进行快速的亮度调整。偏移的范围从－127*4到＋127*4。

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数据消抖：对于那些R、G、B输入小于8位的TFT Panel，GmZan1会提供一些规则的后随机的去抖动方式，以使这些Panel的图象看起来更平滑。

Panel背景色：显示外边界的背景色是可选的，一般情况下我们把它设为黑色。 ⑶ Panel接口

GmZan1能与目前常见的0x480, 800x600 and 1024x768 分辨率的Panel兼容。一般采用双像素传输方式，分为奇（ODD）、偶（EVEN）传输。

图3-10 双像素传输模式时序

电源管理：LCD Panel的电源控制是按照一个固定的顺序的，否则将严重损坏Panel。为防意外，GmZan1有一个严格的驱动顺序。Panel的启动和关闭有四个时序，如下图3-11：

State 0 (Power Off)：Pbias信号和Ppower信号为零，这是Panel关闭时的最后一步，电源将一直保持这种状态直到Panel被激活。

State 1 (Power On)：此时Ppower信号拉高，Pbias信号拉低，此时Panel接口被强制拉低。

State 2 (Panel Drive Enabled)：在此状态下，Ppower信号拉高，Pbias信号拉低，此时Panel接口被置1。

State 3 (Panel Fully Active)：这是开启电源的最后一步，Pbias信号和Ppower信号均拉高，Panel接口置1，这种状态下PM 一直保持，直到内部的TFT_Enable 信号控制寄存器被置0。两种情况下Panel将被关闭：程序控制的 API 指令或 GmZan1对 Panel的自动保护状态。

TFT_EN Bit(register bit)t1PPWR Outputt4t6Data/Controls Signalst2PBias Outputt327 t5曾文镇：LCD液晶显示器工作原理研究

图3-11 Panel开机时序

在上图中， t2=t6 and t3=t5. t1,t2,t3 and t4 可以在1-8各单位下编程控制，每一个单位的范围是511 * X* (TCLKi cycle) 或 (TCLKi cycle) * 32193 *X, X 是小于或等于 256的任意正整数。 TCLKi 是GmZan1的参考时钟，频率范围是： 14.318 MHz到 50 MHz。对于不同规格的Panel ,这将会有非常大的弹性操作空间。 ⑷ 主机接口

GmZan1的微处理器接口采用一个4-bits串行接口模式。该模式下每个时钟沿有4个数据位，当MFB6（Pin106）接一个下拉电阻（10K）时，进入这个模式。在此模式下，一个复位脚拉低时设置芯片到一个已知状态。当CVDD稳定之后，RESETn必须保持至少100ns，以便复位芯片到已知状态。至于该串行接口的工作原理请参考MCU部分。 ⒋ 主板电源变换

由于各芯片需要的直流供电电压不同，而主板上输入的电压为Adapter提供的12V直流，这不能满足主板各个部分的要求。主板上为各IC供电需要有+5V和+3.3V电压，所以需要有直流电压转换。

主板上采用2片直流电源转换芯片：LM2596和AIC1084。其中AIC1084为3端5A低压差可调输出稳压器。输入电压范围1.25V-5.5V，输出3.3V电压。图3-12为其电路图，用于将+5V输入转换为+3.3V/5A的直流输出。

图3-12 AIC1084工作电路图

LM2596为直流稳压器，其可输出+3.3V、+5V、+12V电压和3A电流，其输入电压最大值可达40V。外部只要接4个其他元件就可以工作等。

图3-13为其工作电路图，用于将+12V输入转换为+5V输出。

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图3-13 LM2596工作电路图

5．主板输入接口

主板提供一个15脚的连接器用于与PC连接，作为显示信号输入端口，如图3-14为其外观，表1-5为其引脚定义。

图3-14 连接器外观

表1-5 模拟信号连接器引脚定义 PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 MNEMONIC RV GV BV NC GND RG GG BG +5 V SG NC SDA HS VS SCL 红色信号 绿色信号 蓝色信号 没有 接地 红色接地 绿色接地 蓝色接地 +5 V电源 (从 PC来) 同步地 None I2C总线 行同步 场同步 IC总线 2

SIGNAL

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