可編程邏輯門陣列下的TFT-LCD顯示驅動設計

徐紅祥，陳向東，袁自鈞

（合肥工業大學，安徽合肥 230009）

TFT-LCD（薄膜場效應晶體管液晶顯示器）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碼相機，都采用了TFT-LCD顯示技術，該技術在近年來的生活中得到了快速的發展，特別是在手持設備以及車載顯示中得到了廣泛的應用，具有較高的市場價值。液晶產業的快速發展使得規模越來越大，帶動經濟的發展，尤其以TFT-LCD顯示驅動系統為核心，并且隨著可編程邏輯器件的出現，使得TFT-LCD技術在進行設計的過程中更加的智能化。

1 TFT-LED顯示驅動的結構原理

TFT-LCD顯示驅動的結構原理如圖1所示。

主機、驅動器與TFT-LCD屏共同構成了TFT-LCD顯示驅動系統。主機通過數據總線傳遞圖像源數據，將其傳送到控制器的模塊中。圖像的源數據中包含了RGB、DCK和DENB三個主要線路，由于TFT-LCD顯示屏的像素點構成是矩陣橫豎排列，在對圖像進行顯示變化時，需要按照橫豎的像素點進行刷新，以使TFT-LCD發生一定的變化，上位機要根據TFT-LCD的型號發送水平同步信號到控制模塊中，控制模塊所產生的控制信號會發送到相應的灰度電源以及TFT-LCD面板中。控制灰度電源所產生的電壓是通過數據驅動器構成，因為數據驅動器的面板中可以產生很多像素亮度，整個驅動系統的各個模塊中，最為關鍵的就是對時序的控制和數據轉換的處理。

2 可編輯邏輯門陣列下的TFT-LCD顯示驅動總體框架設計

2.1 整體設計方案

驅動系統的整體設計方案如圖2所示。

圖1 TFT-LCD顯示驅動的模塊分布圖

圖2 整體設計方案框架圖

當外部的信息要發送視頻數據到本系統中，視頻數據采集接口的DVI采集需要將一些串行的數據發送到解碼的電路中，解碼電路會完成對數據信號的解碼操作，電平匹配會產生一定的同步信號，同時還會將一些并行的RGB數據發送到可編程邏輯門陣列中，從DVI接口中進行發送，將信號發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。系統的數據率必須要保證在60幀以上，將SRAM作為交替緩存。整個系統供電中，電源模塊最為重要，系統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提供一個穩定的電壓即可。

2.2 硬件設計

2.2.1 電路設計

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

2.2.2 DVI接口

DVI（數字視頻接口）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行，采用一定的組合邏輯算法將原始的信號進行轉換升級。在不同的通道中會產生很多信息，差分川技術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的接口電氣參數如表1所示。

表1 DVI接口電氣參數

2.2.3 可編程邏輯門陣列電路設計

可編程邏輯門電路設計具備的功能較多，比如驅動時序的產生、視頻數據處理、如伽馬校正等，不同型號的TFT-LCD分辨率不同，所對應的驅動信號也有一定的差異，本設計系統的主要優勢就是可以為TFT-LCD產生正確的時序驅動信號。對可編輯邏輯門陣列進行芯片選擇時，一定要將其速度與功耗考慮其中。在進行實際的系統設計時，如果速度較高，將會增加設計系統的復雜性；如果速度較低，則會導致系統的性能無法得到有效應用。

2.2.4 PCB設計

電子電路系統的設計都需要通過硬件設計的方式進行實現，各個模塊的電路設計必須要通過PCB電路板的形式將整個電路的功能進行呈現，而PCB設計作為一項較為復雜精細的工作，涉及到封裝、布局、布線的工作，如果其中任何一個環節出現問題都會影響到系統的正常運行，因此對PCB在這個系統的設計中非常重要，決定了整個驅動系統的性能。采用Altium Designer作為PCB的設計軟件，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內的認可，應用的頻率非常高，可以完成PCB布線、模擬仿真的功能。在設計高速板時，需要有較好的兼容性，可以為設計者提供較大的便利，從而有效的降低工作難度。

2.3 軟件設計

2.3.1 驅動控制時序

關于可編程邏輯門陣列的開發工具較多，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，采用一種層次設計方式，整個設計采用從上自下的方式進行，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行仿真，并檢查出其中可能存在的問題，按照層次的方式進行解決，這樣可以盡快發現問題所在，較大的降低了系統的設計難度。

2.3.2 串口通信

單片機調試系統結構如圖3所示。

圖3 單片機調試系統結構

目前用于單片機軟件在線調試的工具較多，keil作為一種應用極為廣泛的調試工具，需要將該軟件安裝在單片機中進行仿真調試，可以對各個寄存器的值進行查看，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行工作，容易影響其主動性。正常情況下，單片機對主機發送的命令不能超過10ms，如果單片機沒有收到任何的命令，將不會出現任何的反應；當收到正確的反饋后，才會發送正確的操作碼。

3 系統調試

對整個系統設計完成后，需要對系統進行調試，系統的功能能否得到實現，與系統的調試具有極大關聯。系統設計時，需要將制作的電路板作為調試的平臺，根據設計的電路圖進行調試。在實驗板上電之前，要注意觀察電路板是否出現明顯的短路情況，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行全面觀察，看是否出現燒毀情況，如果出現此情況需要立即進行斷電。

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

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