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

    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)。由于數(shù)字彩色屏的解析度高，玻璃上的線路會(huì)更密，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，同時(shí)在微處理器的控制下完成顯存數(shù)據(jù)的更新。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)中最重要的接口信號(hào)分別是：幀開始脈沖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)tcpvh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，tcpvh的計(jì)數(shù)狀態(tài)如圖2所示。

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tcpvh就可以方便產(chǎn)生地址，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)RAM的讀寫操作。其中th值作為行地址用，tcph[9:4]作為列地址，tcph[1:O]作為顏色地址。
    在QuartusⅡ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。

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，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。