FPGA的TFT-LCD真彩液晶屏顯示控制

宋云霞

(中國電子科技集團公司第38研究所，孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室，合肥 230088)

FPGA的TFT-LCD真彩液晶屏顯示控制

宋云霞

(中國電子科技集團公司第38研究所，孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室，合肥 230088)

目前液晶屏的使用越來越廣泛，TFT-LCD真彩液晶屏由于其良好的視覺效果，簡便的控制方法在液晶屏使用市場中占有很大的空間，但是目前常用的TFT-LCD液晶屏主控芯片主要是單片機、STM32等，不能滿足更進一步的研發需求，本文主要研究了FPGA驅動TFT-LCD液晶屏的方法，使用80并口控制芯片操作完成復雜的屏幕顯示功能。

FPGA;TFT-LCD液晶屏;80并口;控制電路

引 言

液晶屏作為人機交互的重要手段，已經應用得越來越廣泛。TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶體管液晶顯示器)，與傳統的12864單色屏的區別在于，它在液晶顯示屏的每一個像素上都設置有一個薄膜晶體管(TFT)，可以有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態特性與掃描線數無關，因此大大提高了圖像質量。在工程使用中，液晶屏作為重要的外設，需要主控芯片進行控制，達到需求的顯示效果。本文研究了以FPGA為主控芯片的液晶屏控制系統的硬件連接和軟件實現，并且得到了實際工程的驗證，具有現實的應用意義。

1 FPGA與液晶屏顯示模塊的硬件連接

目前TFT-LCD液晶屏多是用單片機、STM32等主控芯片進行驅動，現有的研發資料、驅動芯片初始化程序以及硬件架構都是針對單片機等進行研發。筆者在進行項目研發的時候，主控芯片為FPGA芯片，驅動TFT-LCD液晶屏，為了完成指定的人機交互功能，進行基于FPGA的TFT-LCD液晶屏的顯示。選取的FPGA型號為Cyclone IV，TFT-LCD型號為2.8寸并口屏，液晶屏驅動芯片為ILI9320，FPGA與TFT-LCD接口為16位的80并口。

TFT-LCD模塊采用80并口與FPGA連接，采用16位數據線，該模塊的80并口信號線如表1所列。

表1 80并口信號線

模塊的80并口讀過程為：先根據要讀取的數據類型，設置RS為高(數據)/低(命令)，然后拉低片選，選中ILI9320，讀數據時先置RD為低，然后在RD上升沿，使數據鎖存到數據線DB[15:0]上，如圖1所示。

圖1 80并口讀時序

模塊的80并口寫過程為：先根據要寫入的數據類型，設置RS為高(數據)/低(命令)，然后拉低片選，選中ILI9320，讀數據時先置WR為低，然后在WR上升沿，使數據鎖存到數據線DB[15:0]上，如圖2所示。

圖2 80并口寫時序

2 液晶屏控制器

為了簡化液晶屏顯示控制的設計，可以選取自帶控制芯片以及字庫的液晶屏。本文選用的液晶屏其控制芯片型號為ILI9320。如圖3所示，在進行液晶屏顯示控制時，FPGA只需要通過80并口控制信號線，便可以達到控制芯片顯示的功能。

圖3 液晶屏內部控制結構圖

ILI9320控制器自帶顯存，其顯存總大小為172 820(240×320×18/8)，即 18 位模式(26 萬色)。模塊的16位數據線與顯存的對應關系為565方式，如圖4所示。

圖4 液晶屏顏色控制位

最低5位代表藍色，中間6位為綠色，最高5位為紅色。數值越大，表示顏色越深。當控制液晶屏顯示相應字符和數字時，實質是通過相應操作控制每個像素點的顏色，而顏色的控制最終為16位數據線的數據值控制實現的。為了進行ILI9320控制芯片的操作，需要對控制芯片的操作命令進行了解。常用的操作命令主要實現控制芯片的啟動、屏幕顯示方向控制、顯示區域設置等，只要對ILI9320控制芯片的相應寄存器進行控制，就可以實現屏幕顯示的具體要求，由此可見，控制芯片的存在極大地簡化了研發人員的工作。

3 FPGA驅動TFTLCD液晶屏軟件實現

FPGA驅動TFT-LCD的硬件連接，前面已經做了較為詳細的介紹，在80并口連接、信號線時序滿足的前提下，軟件的實現尤為重要。在液晶屏顯示的過程中，最重要的步驟為控制芯片的初始化，初始化的過程主要是ILI9320控制芯片寄存器的初始化，建議參考控制芯片手冊。

本文進行軟件開發時，在Quartus環境下使用SOPC+NiosII架構，為了保證ILI9320控制信號的初始狀態，首先進行復位操作，然后進行控制芯片初始化，最后調用寫入函數，軟件實現過程中的主要函數如下：

voidLCD_Init(void);

//ILI9320初始化

voidLCD_WriteReg(u8 LCD_Reg,u16 LCD_RegValue);

//ILI9320寄存器寫入

void LCD_WR_REG(u16 data);

//找到指定ILI9320寄存器

void LCD_WR_DATA(u16 data);

//DB[15:0]，寄存器初始化或寫入GRAM

u16 LCD_ReadReg(u8 LCD_Reg); //讀寄存器值

u16 LCD_RD_DATA(void); //讀DB[15:0]

voidLCD_Scan_Dir(u8 dir); //屏幕順序

voidLCD_Clear(u16 Color); //清屏

voidLCD_SetCursor(u16 Xpos, u16 Ypos);//指定光標位置

voidLCD_WriteRAM_Prepare(void);

//控制ILI9320寄存器，準備寫入GRAM

voidLCD_ShowString(u16 x,u16 y,const u8 *p);//寫入字符串

本人在調試過程中發現，屏幕可以正常啟動，

Control System of TFT-LCD Based on FPGA

Song Yunxia

(Anhui Key Laboratory of Aperture Array and Space Exploration,38th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation,Hefei 230088,China)

The use of LCD screen is aboard at present,the TFT-LCD screen occupies a lot of space in the use of LCD screen because of its great visual effect and simple control method.But the main control chip of TFT-LCD screen usually uses the single chip of microcontroller or STM32,it can not satisfy the further research and development needs.In the paper,the methods of FPGA drive TFT-LCD screen are researched,80 parallel ports control chip is used to complete the complex screen display function.

FPGA;TFT-LCD screen;80 parallel ports;control circuit

TN911.72

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