基于FPGA 的液晶模組設(shè)計

韓永剛

摘 要 文章主要針對一種基于FPGA的液晶模組設(shè)計方案展開討論，方案主要從客戶的要求著手，從優(yōu)化液晶模組產(chǎn)品設(shè)計展開思考，對器件選擇、附加功能設(shè)計展開深入探索，從而形成了比較完整的框架結(jié)構(gòu)，并設(shè)計了相關(guān)實(shí)驗(yàn)從而驗(yàn)證了本方案的可行性與科學(xué)性。

【關(guān)鍵詞】FPGA 液晶模組 時序控制

小型液晶面板中的時序控制器、數(shù)據(jù)驅(qū)動器以及柵極驅(qū)動器都設(shè)計在同一模版中，而中、大型液晶面板的時序控制器通常都是獨(dú)立的，并且還需要通過采用專用的集成電路芯片。但是集成電路芯片往往對輸入時序有特殊的要求，這容易造成驅(qū)動器匹配誤差的出現(xiàn)。因此，開發(fā)一種兼容性高、能夠滿足不同時序控制信號操作的方案成為現(xiàn)代企業(yè)有待解決的問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計

液晶顯示器具有許多優(yōu)勢，包括體積小、易于攜帶、使用壽命長且輻射低等優(yōu)勢，目前被廣泛應(yīng)用于許多產(chǎn)品的生產(chǎn)中。液晶顯示器的驅(qū)動方案設(shè)計也逐漸發(fā)展，針對不同尺寸的液晶顯示器的驅(qū)動方案也在不斷發(fā)展。時序控制器是一種保護(hù)數(shù)據(jù)驅(qū)動器和柵極驅(qū)動器的工具，其通過向數(shù)據(jù)驅(qū)動器和柵極驅(qū)動器輸送信號，從而控制液晶顯示器的畫面正常。但是液晶顯示屏在在日常使用時，許多人對于亮度的需求各有不同，因此需要對液晶顯示屏的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本方案主要采用FPGA器件作為核心元件，能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶接口端的時需分析和邏輯編程，從而滿足驅(qū)動器對時序控制信號的要求，從而保障液晶顯示屏的正常工作。根據(jù)用戶的要求，采用FPGA為主控元件，能夠開發(fā)附加功能。針對不同分辨率的液晶顯示屏以及用戶接口要求，只需要對軟件進(jìn)行更改即可，無需對系統(tǒng)硬件進(jìn)行調(diào)整。FPGA具有工作電源范圍大、速度快、穩(wěn)定性高、能耗低且抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)勢，同時具有結(jié)構(gòu)簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)勢，能夠縮短商品的開發(fā)周期，符合本設(shè)計的需求。

1.1 硬件設(shè)計

FPGA區(qū)別于集成電路芯片的優(yōu)勢在于其能夠現(xiàn)場編程，具有較高的靈活性和通用性。FPGA是液晶模組設(shè)計的關(guān)鍵關(guān)節(jié)，因此選擇一款符合客戶要求的FPGA器件顯得至關(guān)重要。本方案采用了FLASH工藝FPGA，從而避免加裝外置芯片，能夠降低模組的生產(chǎn)成本。電源設(shè)計是整個框架的基準(zhǔn)，需要提供穩(wěn)定的電源來避免負(fù)荷過重。設(shè)計電源方案之前需要漁鼓每個部件的能耗要求，再選擇合適的電源器件。FPGA的速度和容量遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)邏輯元件，能夠直接使用端口進(jìn)行程序設(shè)定和調(diào)試，無需特殊接口，使用便捷。此外，F(xiàn)PGA能夠與外接處理器和定時器等設(shè)備組成一個獨(dú)立系統(tǒng)，具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾性，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

在打開電源后，LED驅(qū)動電路中的指示燈會亮，而系統(tǒng)則會根據(jù)初始化配置進(jìn)行FPGA復(fù)位，同時進(jìn)行腳位檢測，根據(jù)腳位檢測結(jié)果判斷進(jìn)入正常模式或測試模式，采集電壓值之后經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字量通過輸出信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，而信號輸出后需要通過引腳進(jìn)行強(qiáng)推，從而連接限流電阻。該系統(tǒng)主要通過信號輸入FPGA期間中，并由此產(chǎn)生調(diào)節(jié)GAMMA電壓值的信號，并作為控制編碼輸入到控制模板，最終實(shí)現(xiàn)液晶屏幕背光亮度調(diào)節(jié)的目的。

1.2.1 時序號控制信號產(chǎn)生

時序控制信號的產(chǎn)生主要通過FPGA的顯示數(shù)據(jù)，并通過輸入時序控制信號，然后通過編程數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)驅(qū)動器以及柵極驅(qū)動器，控制其在本系統(tǒng)中具有重要作用，文章主要是利用FPGA實(shí)現(xiàn)雙端可控通角的電壓，從而使輸出電壓發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液晶屏幕背光亮度的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)勢，且能夠避免移相調(diào)功率造成的問題。

1.2.2 動態(tài)Gamma電壓調(diào)整

當(dāng)外部環(huán)境不變時，時序控制信號的變化會引起驅(qū)動器輸出信號的變化，從而改變GAMMA電壓值，具體實(shí)現(xiàn)原理是當(dāng)邏輯編程代碼給予信號不同的時序關(guān)系，F(xiàn)PGA將實(shí)時時序關(guān)系進(jìn)行計算，并以脈沖信號的方式輸出，通過輸出信號的占空比來控制數(shù)據(jù)驅(qū)動器以及柵極驅(qū)動器。為了優(yōu)化本系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時增加其抗干擾性，本設(shè)計采用LD與DLO的時序控制關(guān)系進(jìn)行控制。

1.2.3 自適應(yīng)環(huán)境光背光亮度調(diào)整

為了提升FPGA的驅(qū)動性能以及操作性，能夠在測試腳位檢測中設(shè)置自動調(diào)節(jié)程序，從而區(qū)分亮場與暗場。亮場則僅需D/A轉(zhuǎn)化器輸出為數(shù)字信號，并將信號輸入驅(qū)動器，從而調(diào)整GAMMA電壓值；若為暗場，僅需將GAMMA電壓值調(diào)整為暗場參數(shù)級了。液晶顯示屏GAMMA電壓值的調(diào)節(jié)能夠使畫面更具有層次感。根據(jù)LED驅(qū)動電路設(shè)計，需要通過背光驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)，從而與FPGA相結(jié)合實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)環(huán)境光的自動亮度調(diào)節(jié)。經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)LED驅(qū)動電路能夠滿足產(chǎn)品要求，且為了避免LED驅(qū)動電路出現(xiàn)熱損壞，加裝了鋁基散熱裝置，能夠提高該系統(tǒng)的使用性能。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)FPGA自產(chǎn)信號顯示與外部信號源顯示，并且能夠?qū)崿F(xiàn)背光亮度與GAMMA電壓值的調(diào)節(jié)。

3 結(jié)論

文章所闡述的FPGA液晶模組設(shè)計具有較高的運(yùn)行效率，能夠在控制時序信號的同時對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行可控性分析，從而提升而來產(chǎn)品的附加值，滿足不同客戶的需求。

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