8-Bit-CPU steuert Farb-Display

Auch ohne zusätzlichen Platzbedarf auf der Leiterplatte lässt sich eine Mikrocontroller-Schaltung von einem monochromen Display auf ein Viertel-VGA-TFT-Modul umstellen. Das TFT-Modul bietet durch die Darstellung von Farben und besserer optischer Qualität einen deutlichen Mehrwert.

Ein Beispiel aus der Praxis: Ein komplexes Messgerät visualisiert seine Messwerte auf einem monochromen STN-Display. Der Display- Controller ist bereits auf dem Modul enthalten, so dass der Mikrocontroller das Display über Adress- und Datenbus ansteuern kann. Mittlerweile sind ähnliche Messgeräte mit Farbdisplay auf dem Markt. Um das Produkt konkurrenzfähig zu halten, ist ein Update dringend erforderlich. Jedoch bietet die Leiterplatte keinen Platz mehr für einen Farb-TFT-Displaycontroller, und die Software kann nicht einfach auf eine andere CPU migriert werden.

Rudolf Sosnowsky, Leiter Marketing und Technik beim Display-Spezialisten Hy-Line Computer Components, erläutert, wie sich die vorhandene Schaltung nachrüsten lässt: »Durch hoch integrierte Controller kann man ein Farb- TFT preisgünstig aufbauen. Die einfache Beschaltung mit nur wenigen externen passiven Bauelementen, die Flexibilität der Schnittstelle für den Betrieb an verschiedenen System-Prozessoren und der leistungsfähige Befehlssatz ermöglichen die Aufrüstung bewährter Designs mit zeitgemäßer Visualisierung.«

Grafik-Controller entlastet CPU

Die Ansteuerung des Matrix-Displays erfordert die Beteiligung eines Display-Controllers, der die in einem Bildspeicher abgelegten Inhalte periodisch auf dem Display ausgibt. Ein Anhaltspunkt sind 60 Bilder pro Sekunde. Dieser Wert ist hoch genug, um ein Flimmern des Displays für das Auge unkenntlich zu machen, und vermeidet Interferenzen mit künstlichen Lichtquellen wie Leuchtstofflampen. Die CPU beschreibt nur bei Änderungen des Displayinhalts den Bildspeicher, wobei sie auf die Zuteilung des Zugriffs durch den Display-Controller warten muss. Der Ausgabe des Bildes wird meistens die Priorität vor dem CPU-Zugriff eingeräumt, um sichtbare und störende Beeinflussungen des Bildes zu vermeiden.

»Für das Schaltungsdesign ist es wichtig, ob dem Display eine externe Displayspannung zugeführt und diese Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur, oft fälschlich ›Temperaturkompensation‹ genannt, angepasst werden muss«, beschreibt Sosnowsky weiter. »Für monochrome LC-Displays in STN-Technologie hat sich der Controller S1D13305 von Epson als Quasi-Standard etabliert. Für Farbdisplays gibt es einen solchen Standard nicht.« Das hier zu Grunde liegende Display ist mit einem Chip-on-Glass-Controller aufgebaut. Er erzeugt alle Betriebsspannungen aus einer einzigen Spannung, steuert das Display mit 320 x 240 Punkten mit über 260.000 Farben an und ist mit einem LED-Backlight beleuchtet.

Reduzierte Farbtiefe

»Beim Ersatz eines monochromen Displays durch ein Farbdisplay dürfen die vorhandenen Systemressourcen nicht überbeansprucht werden «, gibt Sosnowsky zu bedenken. Während ein monochromes Display im Viertel-VGA-Format mit 320 x 240 x 1 Bit/Pixel geteilt durch 8 Bit/Byte = 9600 Bytes beschrieben werden kann, benötigt ein gleiches Display mit 8 Bit Farbtiefe pro Farbe 320 x 240 x 24 Bit/Pixel geteilt durch 8 Bit/Byte = 230.400 Bytes. »Selbst wenn der Bildspeicher hierfür nicht im System vorgehalten werden muss, vervielfacht sich der Zeitbedarf, um das Display vollständig zu beschreiben.

Daher kann eine Verringerung der Farbtiefe den Aufwand reduzieren.« Mit 12 Bit pro Pixel lassen sich 4096 verschiedene Farben darstellen, wobei auf jede Komponente 4 Bit, also 16 Abstufungen, entfallen. In drei Datenbytes zu je 8 Bit können Farbinformationen für zwei Pixel übertragen werden. »Bei höheren Ansprüchen werden in zwei Bytes die Informationen für einen Pixel übertragen, was 65.536 Farben ermöglicht.« Die maximale Farbtiefe von 18 Bit, also 262.144 Farben, erreicht man mit drei Bytes pro Pixel.

Unterstützung des Grafik-Renderings

Durch den konsequenten Grafikbetrieb entsteht ein höherer Daten-Aufwand, um das Display zu bedienen. Der Controller unterstützt den Systemprozessor mit Funktionen, die den Adresszeiger im Display-RAM automatisch weiterschalten. »Weil dies zweidimensional geschieht, lassen sich unnötige Befehle zur Positionierung des Schreibcursors vermeiden «, hebt Sosnowsky hervor. Vor der Übertragung der Daten wird in x- und y-Richtung ein Fenster gesetzt, in dem die Daten abgebildet werden. Das TFT-Modul sowie ein Adapterboard zur Evaluierung sind über Hy-Line verfügbar.