AT056TN04液晶屏驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)

摘 要:由于解析度比模擬屏大，玻璃上的線路會(huì)更密，對(duì)工藝和背光的成本更高，在對(duì)顏色要求不高的工業(yè)儀器儀表領(lǐng)域，低成本的模擬彩色液晶屏已成首選。提出一種FPGA技術(shù)的彩色液晶驅(qū)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)方案，使用硬件描述語(yǔ)言完成液晶時(shí)序和存儲(chǔ)器接口，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)AT056TN04的8種基本顏色的顯示，既克服單色液晶模塊色彩單調(diào)，顏色豐富的數(shù)字彩色屏價(jià)格貴的缺點(diǎn)，又具有顯示數(shù)據(jù)量小、用戶操作簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)。適當(dāng)調(diào)整可以方便應(yīng)用于其他模擬彩色液晶屏，在工業(yè)儀器儀表中具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件;薄膜液晶顯示器;控制器;AT056TN04

中圖分類(lèi)號(hào):TN919文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)01-193-02

Design of LCD Driver Controller for AT056TN04

RAO Wengui，YANG Tao，YANG Yang

(College of Electronic Information Engineering，South-central University for Nationalities，Wuhan，430074，China)

Abstract:Duo to the denser circuit，better workmanship，higher cost，the low cost color analog screen is preferred in the production of test and measurement equipments.A driving controller based on FPGA for analog screen is designed.It implements the AT056TN04 driving，the refresh of LCD，and external user interface.Simulations and system test results show that the design works well in the display of 8 kinds of basic colors.The designed driving overcomes both the monotony of monochrome LCD module and the high price of the real color digital LCD module.By appropriate adjustment，it can be easily applied to other LCD module and can be widely used in the industrial instrumentations.

Keywords:FPGA;TFT-LCD;controller;AT056TN04

為使產(chǎn)品在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于有力地位，在工業(yè)儀器儀表中，單色液晶屏逐漸被彩色屏取代是必然趨勢(shì)[1，2]。由于數(shù)字彩色屏的解析度高，玻璃上的線路會(huì)更密[3-5]，工藝和背光成本比模擬屏?xí)摺Ｒ虼嗽趯?duì)顏色要求不高的工業(yè)儀器儀表領(lǐng)域，低成本的模擬屏已成首選。本設(shè)計(jì)針對(duì)在工業(yè)儀表中具有較好應(yīng)用背景的群創(chuàng)公司TFT模擬液晶屏AT056TN04，采用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)其驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)。

1 顯示存儲(chǔ)器安排

液晶控驅(qū)動(dòng)時(shí)序控制器是在系統(tǒng)時(shí)鐘、行同步時(shí)鐘和幀同步時(shí)鐘的控制下循環(huán)地把顯示存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)送到液晶屏上[6，7]，同時(shí)在微處理器的控制下完成顯存數(shù)據(jù)的更新[8，9]。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，液晶屏像素的每種顏色均采用1 b量化，可實(shí)現(xiàn)8種基本顏色，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。為方便結(jié)構(gòu)安排，液晶屏左上角第一點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0)，右下角坐標(biāo)為(233，319)。選用64 KB的SRAM作為顯示存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)單元表示液晶屏上8個(gè)相鄰像素的一種顏色分量，其中紅色存儲(chǔ)在尾地址為00的單元中，綠色是01，藍(lán)色是10。雖浪費(fèi)尾地址為11的單元，尋址卻十分方便。16位地址線的高8位為行地址，中間6位為列地址，低兩位為顏色地址。

2 液晶驅(qū)動(dòng)時(shí)序設(shè)計(jì)

AT056TN04驅(qū)動(dòng)信號(hào)[10]中最重要的接口信號(hào)分別是:幀開(kāi)始脈沖STV、掃描驅(qū)動(dòng)移位時(shí)鐘CKV、掃描驅(qū)動(dòng)輸出使能控制OEV、公共電極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vcom、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)輸出使能控制OEH、行掃描開(kāi)始脈沖STH、數(shù)據(jù)采樣和移位時(shí)鐘CPH。AT056TN04顯示流程如下:首先是幀開(kāi)始信號(hào)STV啟動(dòng)一幀數(shù)據(jù)的顯示，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間OEV由低到高維持tOEV后再由高到低，同時(shí)VCOM發(fā)生跳變，OEH由高到低維持tOEH后再由低到高跳變，經(jīng)過(guò)tDIS1后STH由低到高跳變，維持tSTH后再由高到低跳變，從而啟動(dòng)第一行的顯示。在此期間CKV由低到高維持tCKV后，由高到低。一行顯示完成后，再換下一行顯示，如此重復(fù)下去。一幀數(shù)據(jù)顯示完后，再不斷循環(huán)此過(guò)程，其時(shí)序細(xì)節(jié)如圖1所示。

圖中所有時(shí)間間隔均為CPH的整數(shù)倍，因此用計(jì)數(shù)器tcph對(duì)CPH計(jì)數(shù)，判斷tcph的值便可產(chǎn)生其他控制信號(hào)，同時(shí)保證各路信號(hào)同步。各接口信號(hào)時(shí)間要求在AT056TN04的手冊(cè)中已經(jīng)給出，CPH是整個(gè)時(shí)序中最小的單元，其周期為154 ns，誤差不能超過(guò)4 ns。采用13 MHz的有源晶振，時(shí)鐘周期為76.9 ns，對(duì)其進(jìn)行2分頻，得到153.8 ns的CPH時(shí)鐘。AT056TN04每幀數(shù)據(jù)包含256～268行，真正的顯示行數(shù)是234行，其中最后的少部分行是不顯示數(shù)據(jù)的。外部控制器可以在這些不顯示數(shù)據(jù)的行里對(duì)顯示存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。本設(shè)計(jì)的每幀數(shù)據(jù)顯示行數(shù)設(shè)定為260行，那么STV就是每隔260行會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，用一個(gè)行計(jì)數(shù)器th，當(dāng)tcph為260(即一行顯示完)后th加1，以產(chǎn)生STV，STV出現(xiàn)后要延時(shí)tSV(3行)。每行時(shí)間設(shè)計(jì)為800個(gè)CPH，tcph的計(jì)數(shù)狀態(tài)如圖2所示。

圖1 掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)間細(xì)節(jié)要求

圖2 tcph的計(jì)數(shù)狀態(tài)圖

3 液晶屏刷新模塊設(shè)計(jì)

AT056TN04配置為從左到右從上到下的掃描方式，每次讀入存儲(chǔ)8個(gè)點(diǎn)的三色信息(3 B)，每個(gè)CPH時(shí)鐘下RGB三字節(jié)數(shù)據(jù)同時(shí)向左移動(dòng)一位，在PFGA的RGB輸出腳接4.7 kΩ的上拉電阻到5 V電源，產(chǎn)生VR，VG，VB信號(hào)驅(qū)動(dòng)液晶屏。在RAM讀寫(xiě)控制模塊和時(shí)序模塊的作用下控制器將顯示RAM中的圖像數(shù)據(jù)循環(huán)的送到液晶屏上顯示。使用計(jì)數(shù)器th和tcph就可以方便產(chǎn)生地址，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)RAM的讀寫(xiě)操作。其中th值作為行地址用，tcph[9:4]作為列地址，tcph[1:0]作為顏色地址。

在Quartus Ⅱ中的仿真結(jié)果如圖3，圖4所示，其中圖3是換行時(shí)的各信號(hào)的波形，圖4是換幀時(shí)各信號(hào)的波形。從結(jié)果可以看出，波形完全滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 換行時(shí)序

圖4 換幀時(shí)序

4 結(jié) 語(yǔ)

在合理的存儲(chǔ)器安排和行列計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，巧妙地完成液晶時(shí)序控制和顯示存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)對(duì)AT056TN04的8種基本顏色的顯示控制。由于采用FPGA設(shè)計(jì)，稍加修改便能以軟核的形式應(yīng)用于其他液晶模塊，克服了單色液晶模塊色彩單調(diào)，而顏色豐富的數(shù)字彩色屏價(jià)格貴的缺點(diǎn)。對(duì)顏色要求不高的工業(yè)儀器儀表中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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