EVE2 TFT模塊：硬件設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

一、引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，高質(zhì)量的人機(jī)交互界面（HMI）變得越來越重要。Matrix Orbital EVE2系列模塊利用FTDI/Bridgetek的第二代嵌入式視頻引擎（EVE），為全彩TFT觸摸屏提供了強(qiáng)大的圖形控制、渲染、管理和顯示能力。它不僅能播放motion - JPEG編碼的AVI視頻，還支持多種小部件的數(shù)據(jù)顯示，同時(shí)具備觸摸控制和音頻播放功能，為開發(fā)高性能的HMI屏幕提供了便利。

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二、FTDI/Bridgetek EVE芯片

2.1 芯片特性

FTDI/Bridgetek芯片致力于開發(fā)創(chuàng)新的硅解決方案，其目標(biāo)是“橋接技術(shù)”，為工程師提供高性能、低外設(shè)組件需求、低功耗和小尺寸的產(chǎn)品平臺(tái)。

2.2 EVE圖形引擎

FT81X系列芯片是集音頻播放和觸摸功能于一體的圖形控制器。它擁有豐富的圖形對(duì)象，可用于各種產(chǎn)品的菜單和屏幕顯示。EVE圖形控制器IC將顯示、觸摸和音頻功能集成在一個(gè)芯片中，采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?shí)現(xiàn)HMI，具有組件數(shù)量少、占用板空間小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。第二代EVE設(shè)備具有更高的像素分辨率、更快的數(shù)據(jù)傳輸和圖像/視頻加載能力，以及擴(kuò)展的內(nèi)存資源。

三、EVE2模塊的關(guān)鍵特性

3.1 先進(jìn)的視頻引擎

具備高分辨率圖形和視頻播放能力，支持motion - JPEG編碼的AVI視頻在縱向和橫向模式下播放。

3.2 豐富的小部件支持

支持多種小部件，如儀表、旋轉(zhuǎn)器、滑塊和條形圖等，簡化了設(shè)計(jì)開發(fā)過程。

3.3 觸摸技術(shù)支持

支持電阻式和電容式觸摸屏技術(shù)，電容式觸摸屏最多可檢測5點(diǎn)觸摸。

3.4 顯示支持

支持分辨率高達(dá)SVGA（800x600）的LCD顯示，以及數(shù)據(jù)使能（DE）模式或VSYNC/HSYNC模式的格式，同時(shí)支持橫向和縱向顯示方向。

3.5 寬溫度范圍

工作溫度范圍為 - 20°C至70°C，能適應(yīng)不同的環(huán)境條件。

四、通信相關(guān)

4.1 通信接口

EVE2模塊使用SPI協(xié)議進(jìn)行通信，并可配置為Quad SPI通信。SPI協(xié)議使其與市場上許多微控制器兼容，如FTDI/Bridgetek FT900、NXP 17XX、Arduino等。

4.1.1 SPI接口時(shí)序規(guī)范

SPI接口有不同模式下的時(shí)鐘周期、時(shí)鐘高低電平持續(xù)時(shí)間、訪問時(shí)間等參數(shù)要求，例如SINGLE/DUAL模式下SPI時(shí)鐘周期Tsclk最小為33.3 ns，QUAD模式下Tslck為40 ns等。

4.1.2 SPI和QSPI通信

支持SPI模式0，QSPI從機(jī)接口最高可工作在30MHz，可配置為SINGLE、DUAL或QUAD通道模式。不同通道模式下數(shù)據(jù)引腳和最大總線速度不同，且在DUAL/QUAD通道模式下SPI數(shù)據(jù)端口變?yōu)閱蜗颉?/p>

4.1.3 串行數(shù)據(jù)協(xié)議

FT81x作為內(nèi)存映射的SPI設(shè)備，與主機(jī)通過一系列讀寫操作進(jìn)行通信。SPI內(nèi)存讀和寫事務(wù)有特定的協(xié)議格式，讀事務(wù)先發(fā)送兩個(gè)零位和22位地址，后跟一個(gè)虛擬字節(jié)；寫事務(wù)先發(fā)送‘1’位和‘0’位，再跟22位地址和寫數(shù)據(jù)。

4.2 編程模型

FT81X對(duì)主機(jī)MCU而言是一個(gè)內(nèi)存映射的SPI設(shè)備，主機(jī)MCU通過數(shù)據(jù)手冊(cè)中描述的串行協(xié)議發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。

4.3 軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)可分為自定義應(yīng)用、圖形/GUI管理器、視頻管理器、音頻管理器、驅(qū)動(dòng)等層次。圖形/GUI管理器包含F(xiàn)T81X高級(jí)圖形引擎命令和協(xié)處理器引擎小部件命令，視頻和音頻的控制與數(shù)據(jù)路徑分別屬于視頻管理器和音頻管理器，圖形/GUI管理器與硬件通過SPI驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信。

五、外設(shè)功能

5.1 音頻引擎

FT81x通過PWM輸出引腳AUDIO_L提供單聲道音頻輸出，可輸出聲音合成器和音頻文件播放兩種音頻源。

5.2 聲音合成器

通過AUDIO ENGINE聲音處理器從波形表的小ROM庫中生成音效。通過設(shè)置REG_SOUND寄存器的代碼值和REG_PLAY寄存器來播放音效，音效音量由REG_VOL_SOUND寄存器控制。

5.3 音頻播放

將原始聲音數(shù)據(jù)加載到FT81x的RAM中，并設(shè)置相關(guān)寄存器即可開始音頻播放?？刂埔纛l播放的寄存器包括REG_PLAYBACK_START（音頻數(shù)據(jù)起始地址）、REG_PLAYBACK_LENGTH（音頻數(shù)據(jù)長度）、REG_PLAYBACK_FREQ（播放采樣頻率）、REG_PLAYBACK_FORMAT（播放格式）、REG_PLAYBACK_LOOP（是否循環(huán)）、REG_PLAYBACK_PLAY（觸發(fā)播放）和REG_VOL_PB（播放音量）。支持的單聲道音頻格式有8位PCM、8位uLAW和4位IMA - ADPCM。

5.4 通用輸入輸出

FT81x根據(jù)封裝不同，最多可配置4個(gè)GPIO引腳，由REG_GPIOX_DIR和REG_GPIOX寄存器控制。在QSPI的Quad模式下，GPIO0/IO2和GPIO1/IO3引腳用作QSPI的數(shù)據(jù)線路。

六、TFT顯示

6.1 顯示型號(hào)

EVE2模塊與Matrix Orbital的并行TFT顯示器配對(duì)，不同型號(hào)的EVE2模塊對(duì)應(yīng)不同的并行TFT顯示器，如EVE2 - 29A對(duì)應(yīng)MOP - TFT320102 - 29A等。

6.2 顯示時(shí)序

不同型號(hào)的EVE2模塊有各自的顯示時(shí)序參數(shù)，如REG_HSIZE（水平顯示尺寸）、REG_VSIZE（垂直顯示尺寸）等。

6.3 背光燈驅(qū)動(dòng)

EVE2模塊自帶背光燈驅(qū)動(dòng)和集成背光燈控制電路。對(duì)于高亮度或7英寸的顯示變體，可通過在R1和R2電阻焊盤上安裝0歐姆電阻，從引腳17和18提供額外的3.3V電源，以增加流向顯示器的電流。

6.4 電容式觸摸配置文件

EVE - G系列顯示器配備由Goodix GT911電容式觸摸控制器控制的電容式觸摸面板，設(shè)置電容式觸摸面板需要額外的代碼，可參考FTDI/Bridgtek的應(yīng)用筆記“AN 336 FT8xx – Selecting an LCD Display”。

七、安裝與訂購

7.1 安裝方式

7.1.1 安裝TFT面板

G系列擴(kuò)展電容式觸摸EVE2單元在超大覆蓋玻璃的背面已應(yīng)用雙面膠，可輕松安裝在平面上。電阻式和非觸摸EVE模塊也可使用3M粘合劑安裝，還可在EVE面板背面應(yīng)用帶安裝點(diǎn)的擴(kuò)展金屬板以增加安裝選項(xiàng)。

7.1.2 3D打印外殼/支架

可在Matrix Orbital的Thingiverse頁面找到3D外殼設(shè)計(jì)，下載并修改后使用3D打印機(jī)打印。若沒有3D打印機(jī)，也可在Matrix Orbital的Shapeways頁面購買設(shè)計(jì)。

7.2 訂購選項(xiàng)

7.2.1 EVE2系列顯示器

EVE2 TFT模塊有多種尺寸和觸摸變體，包括無觸摸、電阻式觸摸和電容式觸摸等選項(xiàng)，以滿足不同應(yīng)用需求。

7.2.2 產(chǎn)品系列比較

Matrix Orbital的不同產(chǎn)品系列在內(nèi)存、接口、觸摸功能、特性、電壓等方面存在差異。例如，EVE2系列具有1MB RAM，支持SPI接口和音頻播放；GTT系列具有2GB存儲(chǔ)和32/64MB RAM，支持多種接口和更多特性。

7.2.3 軟件支持

FTDI/Bridgetek EVE Screen Editor和GTT Designer Suite在功能上各有特點(diǎn)，GTT Designer Suite在部署屏幕和多屏幕生成方面更具優(yōu)勢。

八、電氣特性

8.1 絕對(duì)最大額定值

包括存儲(chǔ)溫度（ - 30至80°C）、環(huán)境溫度（ - 20至 + 70°C）、VCC電源電壓（0至 + 4V）和直流輸入電壓（ - 0.5至 + (VCCIO + 0.3)V）等限制。

8.2 DC特性

如VCC工作電源電壓在2.97至3.63V之間，不同模式下的電流消耗不同，如電源關(guān)閉電流Icc1典型值為0.17 mA等。

8.3 數(shù)字I/O引腳特性

包括輸出高電壓Voh、輸出低電壓Vol、輸入高電壓Vih、輸入低電壓Vil等參數(shù)。

8.4 電源規(guī)格

不同型號(hào)的EVE2模塊在EVE2邏輯、TFT電源供應(yīng)和TFT背光燈的電流消耗上有所不同。

8.5 觸摸感應(yīng)特性

涉及觸摸面板的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通電阻、驅(qū)動(dòng)關(guān)斷電阻、觸摸感應(yīng)上拉電阻、觸摸檢測閾值等參數(shù)。

九、總結(jié)

EVE2 TFT模塊憑借其強(qiáng)大的功能、豐富的特性和良好的兼容性，為電子工程師在開發(fā)高性能HMI屏幕方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在工業(yè)控制、智能家居還是消費(fèi)電子等領(lǐng)域，都能發(fā)揮重要作用。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似模塊在通信或外設(shè)功能方面的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。