可編程邏輯門陣列下的TFT-LCD顯示驅(qū)動設(shè)計

徐紅祥，陳向東，袁自鈞

（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009）

TFT-LCD（薄膜場效應(yīng)晶體管液晶顯示器）具有重量輕、分辨率高的特點，有著較高的分辨率。生活中常見的有筆記本電腦和數(shù)碼相機，都采用了TFT-LCD顯示技術(shù)，該技術(shù)在近年來的生活中得到了快速的發(fā)展，特別是在手持設(shè)備以及車載顯示中得到了廣泛的應(yīng)用，具有較高的市場價值。液晶產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使得規(guī)模越來越大，帶動經(jīng)濟的發(fā)展，尤其以TFT-LCD顯示驅(qū)動系統(tǒng)為核心，并且隨著可編程邏輯器件的出現(xiàn)，使得TFT-LCD技術(shù)在進(jìn)行設(shè)計的過程中更加的智能化。

1 TFT-LED顯示驅(qū)動的結(jié)構(gòu)原理

TFT-LCD顯示驅(qū)動的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

主機、驅(qū)動器與TFT-LCD屏共同構(gòu)成了TFT-LCD顯示驅(qū)動系統(tǒng)。主機通過數(shù)據(jù)總線傳遞圖像源數(shù)據(jù)，將其傳送到控制器的模塊中。圖像的源數(shù)據(jù)中包含了RGB、DCK和DENB三個主要線路，由于TFT-LCD顯示屏的像素點構(gòu)成是矩陣橫豎排列，在對圖像進(jìn)行顯示變化時，需要按照橫豎的像素點進(jìn)行刷新，以使TFT-LCD發(fā)生一定的變化，上位機要根據(jù)TFT-LCD的型號發(fā)送水平同步信號到控制模塊中，控制模塊所產(chǎn)生的控制信號會發(fā)送到相應(yīng)的灰度電源以及TFT-LCD面板中?？刂苹叶入娫此a(chǎn)生的電壓是通過數(shù)據(jù)驅(qū)動器構(gòu)成，因為數(shù)據(jù)驅(qū)動器的面板中可以產(chǎn)生很多像素亮度，整個驅(qū)動系統(tǒng)的各個模塊中，最為關(guān)鍵的就是對時序的控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的處理。

2 可編輯邏輯門陣列下的TFT-LCD顯示驅(qū)動總體框架設(shè)計

2.1 整體設(shè)計方案

驅(qū)動系統(tǒng)的整體設(shè)計方案如圖2所示。

圖1 TFT-LCD顯示驅(qū)動的模塊分布圖

圖2 整體設(shè)計方案框架圖

當(dāng)外部的信息要發(fā)送視頻數(shù)據(jù)到本系統(tǒng)中，視頻數(shù)據(jù)采集接口的DVI采集需要將一些串行的數(shù)據(jù)發(fā)送到解碼的電路中，解碼電路會完成對數(shù)據(jù)信號的解碼操作，電平匹配會產(chǎn)生一定的同步信號，同時還會將一些并行的RGB數(shù)據(jù)發(fā)送到可編程邏輯門陣列中，從DVI接口中進(jìn)行發(fā)送，將信號發(fā)送到可編輯邏輯門陣列中，在可編輯邏輯門陣列中也包含了時鐘信號。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率必須要保證在60幀以上，將SRAM作為交替緩存。整個系統(tǒng)供電中，電源模塊最為重要，系統(tǒng)中不同的模塊有著不同的電壓，同一個模塊對電壓的需求也有所不同，對于外部只需要給系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的電壓即可。

2.2 硬件設(shè)計

2.2.1 電路設(shè)計

系統(tǒng)要想正常工作，離不開電源，由于驅(qū)動系統(tǒng)中各個模塊所需要的電源電壓不同，因此在進(jìn)行設(shè)計的過程中需要將供電電壓進(jìn)行升降壓處理，以滿足系統(tǒng)的要求。根據(jù)系統(tǒng)給出的整體設(shè)計框架模型，需要供電的模塊有解碼電路、驅(qū)動控制以及TFT-LCD屏。

2.2.2 DVI接口

DVI（數(shù)字視頻接口）可以傳輸三路基色信號（RGB），還可以傳輸時鐘信號，這幾種電路傳輸需要采用最小化傳輸差分信號的方式進(jìn)行，采用一定的組合邏輯算法將原始的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換升級。在不同的通道中會產(chǎn)生很多信息，差分川技術(shù)具有較好的抗干擾性和兼容性，比較適用于長距離的信號傳輸。其DVI的接口電氣參數(shù)如表1所示。

表1 DVI接口電氣參數(shù)

2.2.3 可編程邏輯門陣列電路設(shè)計

可編程邏輯門電路設(shè)計具備的功能較多，比如驅(qū)動時序的產(chǎn)生、視頻數(shù)據(jù)處理、如伽馬校正等，不同型號的TFT-LCD分辨率不同，所對應(yīng)的驅(qū)動信號也有一定的差異，本設(shè)計系統(tǒng)的主要優(yōu)勢就是可以為TFT-LCD產(chǎn)生正確的時序驅(qū)動信號。對可編輯邏輯門陣列進(jìn)行芯片選擇時，一定要將其速度與功耗考慮其中。在進(jìn)行實際的系統(tǒng)設(shè)計時，如果速度較高，將會增加設(shè)計系統(tǒng)的復(fù)雜性；如果速度較低，則會導(dǎo)致系統(tǒng)的性能無法得到有效應(yīng)用。

2.2.4 PCB設(shè)計

電子電路系統(tǒng)的設(shè)計都需要通過硬件設(shè)計的方式進(jìn)行實現(xiàn)，各個模塊的電路設(shè)計必須要通過PCB電路板的形式將整個電路的功能進(jìn)行呈現(xiàn)，而PCB設(shè)計作為一項較為復(fù)雜精細(xì)的工作，涉及到封裝、布局、布線的工作，如果其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響到系統(tǒng)的正常運行，因此對PCB在這個系統(tǒng)的設(shè)計中非常重要，決定了整個驅(qū)動系統(tǒng)的性能。采用Altium Designer作為PCB的設(shè)計軟件，該軟件集成的工具較多，具有一定的功效性，其人性化的交互界面逐漸得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，應(yīng)用的頻率非常高，可以完成PCB布線、模擬仿真的功能。在設(shè)計高速板時，需要有較好的兼容性，可以為設(shè)計者提供較大的便利，從而有效的降低工作難度。

2.3 軟件設(shè)計

2.3.1 驅(qū)動控制時序

關(guān)于可編程邏輯門陣列的開發(fā)工具較多，如ISE、ISP LEVER以及MODELSIM，其中，MODELSIM軟件在仿真實驗方面較為突出。VHDL是一種硬件描述語言，采用一種層次設(shè)計方式，整個設(shè)計采用從上自下的方式進(jìn)行，將其分為三個重要的層次，行為描述、RTL描述以及邏輯綜合描述，采用這種方式需要對每一個層次都進(jìn)行仿真，并檢查出其中可能存在的問題，按照層次的方式進(jìn)行解決，這樣可以盡快發(fā)現(xiàn)問題所在，較大的降低了系統(tǒng)的設(shè)計難度。

2.3.2 串口通信

單片機調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 單片機調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前用于單片機軟件在線調(diào)試的工具較多，keil作為一種應(yīng)用極為廣泛的調(diào)試工具，需要將該軟件安裝在單片機中進(jìn)行仿真調(diào)試，可以對各個寄存器的值進(jìn)行查看，功能角度，為單片機編程提供了較大的便捷。串行通訊中，單片機總是以一種被動的方式進(jìn)行工作，容易影響其主動性。正常情況下，單片機對主機發(fā)送的命令不能超過10ms，如果單片機沒有收到任何的命令，將不會出現(xiàn)任何的反應(yīng)；當(dāng)收到正確的反饋后，才會發(fā)送正確的操作碼。

3 系統(tǒng)調(diào)試

對整個系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，系統(tǒng)的功能能否得到實現(xiàn)，與系統(tǒng)的調(diào)試具有極大關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)設(shè)計時，需要將制作的電路板作為調(diào)試的平臺，根據(jù)設(shè)計的電路圖進(jìn)行調(diào)試。在實驗板上電之前，要注意觀察電路板是否出現(xiàn)明顯的短路情況，并對比原理圖的走線連接是否正確，檢查焊接，是否有進(jìn)行正確安裝，一切檢查完畢后，要注意對電路板的實際運行情況進(jìn)行全面觀察，看是否出現(xiàn)燒毀情況，如果出現(xiàn)此情況需要立即進(jìn)行斷電。

本設(shè)計系統(tǒng)多分多個模塊，首先需要對系統(tǒng)通電，但是不輸入外部信號，也就是我們通常所說的靜態(tài)調(diào)試，然后使用萬用表對電源的模塊輸出電壓進(jìn)行測量，看是否在規(guī)范的范圍之內(nèi)，并對各個期間的管腳電位進(jìn)行測試；然后進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，將輸入視頻與信號進(jìn)行輸入，并根據(jù)系統(tǒng)中的信號觀察模塊的波形是否正常，在調(diào)試的過程各種一旦發(fā)現(xiàn)問題，要立即分析原因并進(jìn)行解決。結(jié)束語

視頻驅(qū)動系統(tǒng)在市場中有著極大的發(fā)展前途，視頻驅(qū)動設(shè)計隨著新技術(shù)的出現(xiàn)得到了快速的發(fā)展，TFT-LCD技術(shù)的呈現(xiàn)，打破了電子領(lǐng)域的平衡發(fā)展，引起了各個領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并使用可編程邏輯門陣列的方式將專用的芯片系統(tǒng)所取代，實現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化、小型化發(fā)展，讓驅(qū)動設(shè)計變得更加簡單，從而有助于實現(xiàn)系統(tǒng)功能的二次開發(fā)。