EVE2 TFT模块：硬件设计与应用全解析

一、引言

在当今的电子设备中，高质量的人机交互界面（HMI）变得越来越重要。Matrix Orbital EVE2系列模块利用FTDI/Bridgetek的第二代嵌入式视频引擎（EVE），为全彩TFT触摸屏提供了强大的图形控制、渲染、管理和显示能力。它不仅能播放motion - JPEG编码的AVI视频，还支持多种小部件的数据显示，同时具备触摸控制和音频播放功能，为开发高性能的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芯片致力于开发创新的硅解决方案，其目标是“桥接技术”，为工程师提供高性能、低外设组件需求、低功耗和小尺寸的产品平台。

2.2 EVE图形引擎

FT81X系列芯片是集音频播放和触摸功能于一体的图形控制器。它拥有丰富的图形对象，可用于各种产品的菜单和屏幕显示。EVE图形控制器IC将显示、触摸和音频功能集成在一个芯片中，采用面向对象的方法实现HMI，具有组件数量少、占用板空间小、功耗低等优点。第二代EVE设备具有更高的像素分辨率、更快的数据传输和图像/视频加载能力，以及扩展的内存资源。

三、EVE2模块的关键特性

3.1 先进的视频引擎

具备高分辨率图形和视频播放能力，支持motion - JPEG编码的AVI视频在纵向和横向模式下播放。

3.2 丰富的小部件支持

支持多种小部件，如仪表、旋转器、滑块和条形图等，简化了设计开发过程。

3.3 触摸技术支持

支持电阻式和电容式触摸屏技术，电容式触摸屏最多可检测5点触摸。

3.4 显示支持

支持分辨率高达SVGA（800x600）的LCD显示，以及数据使能（DE）模式或VSYNC/HSYNC模式的格式，同时支持横向和纵向显示方向。

3.5 宽温度范围

工作温度范围为 - 20°C至70°C，能适应不同的环境条件。

四、通信相关

4.1 通信接口

EVE2模块使用SPI协议进行通信，并可配置为Quad SPI通信。SPI协议使其与市场上许多微控制器兼容，如FTDI/Bridgetek FT900、NXP 17XX、Arduino等。

4.1.1 SPI接口时序规范

SPI接口有不同模式下的时钟周期、时钟高低电平持续时间、访问时间等参数要求，例如SINGLE/DUAL模式下SPI时钟周期Tsclk最小为33.3 ns，QUAD模式下Tslck为40 ns等。

4.1.2 SPI和QSPI通信

支持SPI模式0，QSPI从机接口最高可工作在30MHz，可配置为SINGLE、DUAL或QUAD通道模式。不同通道模式下数据引脚和最大总线速度不同，且在DUAL/QUAD通道模式下SPI数据端口变为单向。

4.1.3 串行数据协议

FT81x作为内存映射的SPI设备，与主机通过一系列读写操作进行通信。SPI内存读和写事务有特定的协议格式，读事务先发送两个零位和22位地址，后跟一个虚拟字节；写事务先发送‘1’位和‘0’位，再跟22位地址和写数据。

4.2 编程模型

FT81X对主机MCU而言是一个内存映射的SPI设备，主机MCU通过数据手册中描述的串行协议发送命令和数据。

4.3 软件架构

软件架构可分为自定义应用、图形/GUI管理器、视频管理器、音频管理器、驱动等层次。图形/GUI管理器包含FT81X高级图形引擎命令和协处理器引擎小部件命令，视频和音频的控制与数据路径分别属于视频管理器和音频管理器，图形/GUI管理器与硬件通过SPI驱动进行通信。

五、外设功能

5.1 音频引擎

FT81x通过PWM输出引脚AUDIO_L提供单声道音频输出，可输出声音合成器和音频文件播放两种音频源。

5.2 声音合成器

通过AUDIO ENGINE声音处理器从波形表的小ROM库中生成音效。通过设置REG_SOUND寄存器的代码值和REG_PLAY寄存器来播放音效，音效音量由REG_VOL_SOUND寄存器控制。

5.3 音频播放

将原始声音数据加载到FT81x的RAM中，并设置相关寄存器即可开始音频播放。控制音频播放的寄存器包括REG_PLAYBACK_START（音频数据起始地址）、REG_PLAYBACK_LENGTH（音频数据长度）、REG_PLAYBACK_FREQ（播放采样频率）、REG_PLAYBACK_FORMAT（播放格式）、REG_PLAYBACK_LOOP（是否循环）、REG_PLAYBACK_PLAY（触发播放）和REG_VOL_PB（播放音量）。支持的单声道音频格式有8位PCM、8位uLAW和4位IMA - ADPCM。

5.4 通用输入输出

FT81x根据封装不同，最多可配置4个GPIO引脚，由REG_GPIOX_DIR和REG_GPIOX寄存器控制。在QSPI的Quad模式下，GPIO0/IO2和GPIO1/IO3引脚用作QSPI的数据线路。

六、TFT显示

6.1 显示型号

EVE2模块与Matrix Orbital的并行TFT显示器配对，不同型号的EVE2模块对应不同的并行TFT显示器，如EVE2 - 29A对应MOP - TFT320102 - 29A等。

6.2 显示时序

不同型号的EVE2模块有各自的显示时序参数，如REG_HSIZE（水平显示尺寸）、REG_VSIZE（垂直显示尺寸）等。

6.3 背光灯驱动

EVE2模块自带背光灯驱动和集成背光灯控制电路。对于高亮度或7英寸的显示变体，可通过在R1和R2电阻焊盘上安装0欧姆电阻，从引脚17和18提供额外的3.3V电源，以增加流向显示器的电流。

6.4 电容式触摸配置文件

EVE - G系列显示器配备由Goodix GT911电容式触摸控制器控制的电容式触摸面板，设置电容式触摸面板需要额外的代码，可参考FTDI/Bridgtek的应用笔记“AN 336 FT8xx – Selecting an LCD Display”。

七、安装与订购

7.1 安装方式

7.1.1 安装TFT面板

G系列扩展电容式触摸EVE2单元在超大覆盖玻璃的背面已应用双面胶，可轻松安装在平面上。电阻式和非触摸EVE模块也可使用3M粘合剂安装，还可在EVE面板背面应用带安装点的扩展金属板以增加安装选项。

7.1.2 3D打印外壳/支架

可在Matrix Orbital的Thingiverse页面找到3D外壳设计，下载并修改后使用3D打印机打印。若没有3D打印机，也可在Matrix Orbital的Shapeways页面购买设计。

7.2 订购选项

7.2.1 EVE2系列显示器

EVE2 TFT模块有多种尺寸和触摸变体，包括无触摸、电阻式触摸和电容式触摸等选项，以满足不同应用需求。

7.2.2 产品系列比较

Matrix Orbital的不同产品系列在内存、接口、触摸功能、特性、电压等方面存在差异。例如，EVE2系列具有1MB RAM，支持SPI接口和音频播放；GTT系列具有2GB存储和32/64MB RAM，支持多种接口和更多特性。

7.2.3 软件支持

FTDI/Bridgetek EVE Screen Editor和GTT Designer Suite在功能上各有特点，GTT Designer Suite在部署屏幕和多屏幕生成方面更具优势。

八、电气特性

8.1 绝对最大额定值

包括存储温度（ - 30至80°C）、环境温度（ - 20至 + 70°C）、VCC电源电压（0至 + 4V）和直流输入电压（ - 0.5至 + (VCCIO + 0.3)V）等限制。

8.2 DC特性

如VCC工作电源电压在2.97至3.63V之间，不同模式下的电流消耗不同，如电源关闭电流Icc1典型值为0.17 mA等。

8.3 数字I/O引脚特性

包括输出高电压Voh、输出低电压Vol、输入高电压Vih、输入低电压Vil等参数。

8.4 电源规格

不同型号的EVE2模块在EVE2逻辑、TFT电源供应和TFT背光灯的电流消耗上有所不同。

8.5 触摸感应特性

涉及触摸面板的驱动导通电阻、驱动关断电阻、触摸感应上拉电阻、触摸检测阈值等参数。

九、总结

EVE2 TFT模块凭借其强大的功能、丰富的特性和良好的兼容性，为电子工程师在开发高性能HMI屏幕方面提供了一个优秀的解决方案。无论是在工业控制、智能家居还是消费电子等领域，都能发挥重要作用。大家在实际应用中，是否遇到过类似模块在通信或外设功能方面的问题呢？欢迎在评论区分享交流。