基于FPGA的LCD外接功能接口連通性快速測(cè)量系統(tǒng)

陳洪財(cái)，張榮學(xué)，孫名偉

(1.韓山師范學(xué)院，廣東 潮州 521041;2.潮州市創(chuàng)佳電子有限公司，廣東 潮州 521000;3.汕頭市銳科電子有限公司，廣東 汕頭 515800)

0 引言

在LCD的生產(chǎn)中，電性能檢測(cè)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。LCD作為顯示終端賦予更多的功能，添加了更多的功能器件和組件連接器，集成度大幅提高，電性能檢測(cè)變得復(fù)雜和細(xì)化。在液晶盒制造、液晶灌裝、PCB板配裝等環(huán)節(jié)需要進(jìn)行多項(xiàng)檢測(cè)，剔除不良品［1］，以免進(jìn)入下道工序造成更大損失。在LCD組裝基本完成后，組件中主插座與從插座(比如溫度傳感器、攝像頭、機(jī)頂盒等接口插座)連線也應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)，LCD組件往往根據(jù)用戶要求定制，不同的批次產(chǎn)品PCB板各不相同，不可能按照統(tǒng)一規(guī)格的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，也不能將功能器件連接好后通過顯示效果來直觀判斷，往往通過人工方式檢測(cè)主從插座的連接性能。基于以上的要求，本文提出了基于FPGA的LCD組件外接功能接口快速測(cè)量系統(tǒng)，通過高性價(jià)比的FPGA收發(fā)數(shù)據(jù)判定顯示組件中各外接功能接口的連通性能(尤其是具有收發(fā)高阻態(tài)(Z)數(shù)據(jù)信息)，將存在缺陷的管腳連接信息通過顯示屏顯示出來。該測(cè)試方法單機(jī)測(cè)量耗時(shí)在1 ms以內(nèi)，可檢測(cè)LCD組件常規(guī)顯示功能，并快速、準(zhǔn)確、直觀地判斷大量外接功能接口的連通性，并將各管腳與主插座對(duì)應(yīng)連線的短線、斷線、連線具體信息顯示出來。對(duì)于LCD顯示組件廠商而言，和人工檢測(cè)效率相比可提高50倍以上，節(jié)省了人力的同時(shí)，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件以Xilinx公司的Virtex－II系列為核心，Virtex－II是一款高性能可編程FPGA芯片。其特性為:查找表移位寄存器最多可達(dá)93184個(gè)，數(shù)字時(shí)鐘管理器模塊12個(gè)、全局時(shí)鐘多路復(fù)用緩沖器16個(gè)，內(nèi)部邏輯資源、時(shí)鐘資源豐富，編程靈活［2］;最多可使用塊存儲(chǔ)器為3 Mbyte，分布式存儲(chǔ)器可使用1.5 Mbyte，片內(nèi)存儲(chǔ)單元可滿足一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)［3］。芯片的GPIO口可以識(shí)別高低電平外，更重要的是還可以設(shè)置和讀取高阻態(tài)，正是基于以上豐富的硬件資源，本文選用其作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)。

FPGA芯片根據(jù)檢測(cè)需要確定外接電阻(一般為4.7 kΩ)用于限流。檢測(cè)時(shí)，F(xiàn)PGA將檢測(cè)數(shù)據(jù)送至主插座，主插座和從插座中網(wǎng)絡(luò)名定義相同時(shí)，其引腳在PCB板中是相連的，通過從插座引腳讀取數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)與先前相應(yīng)發(fā)送出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)預(yù)先編程自動(dòng)判定主從插座之間是否存在開路、短路等不良現(xiàn)象。圖1為一組8位連線的電路連接框架圖。圖2為主從插座之間的PCB板布線連接圖，列舉了可能出現(xiàn)的各種不良連接情況。

圖1 FPGA與檢測(cè)電路連接框架圖

圖2 主從插座之間PCB(開路、短路、連線)原理圖

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件流程圖

軟件流程如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

2.2 軟件主體功能描述

整個(gè)主程序主要分為3部分:1)向主插座發(fā)送數(shù)據(jù)，在從插座讀取數(shù)據(jù)，用于檢測(cè)由主插座到從插座之間的PCB是否有開路、短路、粘連等缺陷;2)向從插座發(fā)送數(shù)據(jù)，在主插座讀取數(shù)據(jù)，用于檢測(cè)由主插座到從插座之間的PCB是否有開路、短路、粘連缺陷;3)將測(cè)試的結(jié)果輸出顯示。

檢測(cè)前需要用鍵盤輸入主從插座數(shù)據(jù)線數(shù)量，例如需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)線有8條并進(jìn)行開路檢測(cè)，首先向主插座發(fā)送數(shù)據(jù)A=01H，在從插座讀取數(shù)據(jù)，如果讀取的數(shù)據(jù)為01H，則說明第一條數(shù)據(jù)線是正確的，其他線路可能正常。如果讀取的數(shù)據(jù)為000Z000Z，說明第1，4條數(shù)據(jù)線中間存在開路，也就是讀取的數(shù)據(jù)中哪一位是高阻態(tài)，那一條數(shù)連后又?jǐn)嗦返那闆r，需要進(jìn)行第1條數(shù)據(jù)線以后的逐線檢測(cè)，同時(shí)需要由從插座到主插座的數(shù)據(jù)發(fā)送并做同樣的檢測(cè)。

以圖2所示的電路為例說明程序的判斷方法和編程思想:1)向主插座發(fā)送數(shù)據(jù)A=01H，則讀出的數(shù)據(jù)為0000000Z，將檢測(cè)的結(jié)果CHO_1數(shù)據(jù)線開路記錄保存;2)數(shù)據(jù)A中數(shù)據(jù)向高位進(jìn)行移位變成02H，在從插座讀取數(shù)據(jù)為00H，可以判斷CHO_2線可能與其他數(shù)據(jù)線粘連，此時(shí)輸入數(shù)據(jù) ZZZZZZZ1Z，則讀出的數(shù)據(jù)為ZZZZZZ00Z，可以判斷CHO_2和 CHO_3數(shù)據(jù)線有粘連;3)數(shù)據(jù)A繼續(xù)向高位移動(dòng)一位變?yōu)?4H，則讀出的數(shù)據(jù)不變，判斷的結(jié)果與3)相同;4)繼續(xù)移動(dòng)數(shù)據(jù)A變?yōu)?8H，則讀出的數(shù)據(jù)為00000000，說明CHO_4數(shù)據(jù)線存在開路且與其他的數(shù)據(jù)線粘連，出現(xiàn)這種結(jié)果時(shí)判斷將變得復(fù)雜，向主插座發(fā)送數(shù)據(jù)A=ZZZZZZZ0，讀出的數(shù)據(jù)為ZZZZZZZZ，說明和CHO_1沒有粘連，逐一移動(dòng)數(shù)據(jù)位0，直至到A=ZZZ0ZZZZ，讀出的數(shù)據(jù)為ZZZ00ZZZ，說明數(shù)據(jù)線CHO_4，CHO_5存在粘連，繼續(xù)移動(dòng)數(shù)據(jù)A直到檢測(cè)最后一條，將檢測(cè)的結(jié)果記錄并保存;5)向高位移動(dòng)數(shù)據(jù)A=10H，讀出的數(shù)據(jù)為00011000，說明數(shù)據(jù)線CHO_4和CHO_5存在粘連，繼續(xù)判斷的方法同4);6)向高位移動(dòng)數(shù)據(jù)A=20H，則讀出的數(shù)據(jù)為00000000，說明向高位移動(dòng)數(shù)據(jù)CHO_6存在粘連并存在斷路，繼續(xù)判斷的方法同4);7)向高位移動(dòng)數(shù)據(jù)A=40H，從插座讀出的數(shù)據(jù)為01100000，可以判斷數(shù)據(jù)線CHO_7，CHO_6存在粘連，用方法4)判斷并保存檢測(cè)結(jié)果;8)向高位移動(dòng)數(shù)據(jù)A=80H，讀出的數(shù)據(jù)為80H，說明數(shù)據(jù)線CHO_8正常。

由于數(shù)據(jù)線是雙向的，需要以同樣的方法進(jìn)行第二次檢測(cè)和判斷，向從插座B發(fā)送數(shù)據(jù)，在主插座讀取，方法相同。綜合以上的判斷結(jié)果輸出并顯示出來。實(shí)驗(yàn)證明，連接好電路后，只需要1 ms左右的時(shí)間就能做出準(zhǔn)確的判斷，和人工的檢測(cè)方法相比，可以提高準(zhǔn)確度，節(jié)約時(shí)間。

3 小結(jié)

本文論述的基于FPGA的LCD外接功能接口連通性快速測(cè)量系統(tǒng)，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，開路、短路、連線測(cè)試方法簡(jiǎn)單［4］，硬件只需要一片F(xiàn)PGA芯片和顯示電路、矩陣鍵盤，就能實(shí)現(xiàn)管腳較多的主從插座接口連通性檢測(cè)。目前，該設(shè)計(jì)方案已經(jīng)成功應(yīng)用于HSC，PIN等類型LCD組件的檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間都在1 ms以內(nèi)，判斷插座的管腳數(shù)可以通過鍵盤修改，連接主從插座的檢測(cè)線可用排線或飛針等，數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要增減，還可以推廣到其他電路連通性檢測(cè)。

［1］左瑞娟，林麗玉，武永華.LCD或LCD TV的畫質(zhì)和色彩在線軟調(diào)整方法［J］. 電視技術(shù)，2010，34(3):38－40.

［2］許澤宇，常碧波，林偉浩.基于移位寄存器的LCM模組開路短路測(cè)試方法［J］. 現(xiàn)代顯示，2010(11):28－31.

［3］左瑞娟，武永華.液晶電視或液晶顯示器的動(dòng)態(tài)γ調(diào)整方法［J］.電視技術(shù)，2010，34(11):117－119.

［4］ LING Qiang，ZHU Henian.The comparison between two photoelectric scanning methods of LCD cell gap［J］.Dalian Science and Engineering University Journal，1997，73(2):281－283.