基于FPGA的LCD外接功能接口连通性快速测量系统

陈洪财，张荣学，孙名伟

(1.韩山师范学院，广东 潮州 521041;2.潮州市创佳电子有限公司，广东 潮州 521000;3.汕头市锐科电子有限公司，广东 汕头 515800)

0 引言

在LCD的生产中，电性能检测是非常重要的一个环节。LCD作为显示终端赋予更多的功能，添加了更多的功能器件和组件连接器，集成度大幅提高，电性能检测变得复杂和细化。在液晶盒制造、液晶灌装、PCB板配装等环节需要进行多项检测，剔除不良品［1］，以免进入下道工序造成更大损失。在LCD组装基本完成后，组件中主插座与从插座(比如温度传感器、摄像头、机顶盒等接口插座)连线也应重点检测，LCD组件往往根据用户要求定制，不同的批次产品PCB板各不相同，不可能按照统一规格的检测系统检测，也不能将功能器件连接好后通过显示效果来直观判断，往往通过人工方式检测主从插座的连接性能。基于以上的要求，本文提出了基于FPGA的LCD组件外接功能接口快速测量系统，通过高性价比的FPGA收发数据判定显示组件中各外接功能接口的连通性能(尤其是具有收发高阻态(Z)数据信息)，将存在缺陷的管脚连接信息通过显示屏显示出来。该测试方法单机测量耗时在1 ms以内，可检测LCD组件常规显示功能，并快速、准确、直观地判断大量外接功能接口的连通性，并将各管脚与主插座对应连线的短线、断线、连线具体信息显示出来。对于LCD显示组件厂商而言，和人工检测效率相比可提高50倍以上，节省了人力的同时，提高了产品竞争能力。

1 硬件电路设计

硬件以Xilinx公司的Virtex－II系列为核心，Virtex－II是一款高性能可编程FPGA芯片。其特性为:查找表移位寄存器最多可达93184个，数字时钟管理器模块12个、全局时钟多路复用缓冲器16个，内部逻辑资源、时钟资源丰富，编程灵活［2］;最多可使用块存储器为3 Mbyte，分布式存储器可使用1.5 Mbyte，片内存储单元可满足一般产品设计［3］。芯片的GPIO口可以识别高低电平外，更重要的是还可以设置和读取高阻态，正是基于以上丰富的硬件资源，本文选用其作为系统设计的硬件平台。

FPGA芯片根据检测需要确定外接电阻(一般为4.7 kΩ)用于限流。检测时，FPGA将检测数据送至主插座，主插座和从插座中网络名定义相同时，其引脚在PCB板中是相连的，通过从插座引脚读取数据后，将接收到的数据与先前相应发送出的数据进行比较，根据预先编程自动判定主从插座之间是否存在开路、短路等不良现象。图1为一组8位连线的电路连接框架图。图2为主从插座之间的PCB板布线连接图，列举了可能出现的各种不良连接情况。

图1 FPGA与检测电路连接框架图

图2 主从插座之间PCB(开路、短路、连线)原理图

2 软件设计

2.1 软件流程图

软件流程如图3所示。

图3 软件流程图

2.2 软件主体功能描述

整个主程序主要分为3部分:1)向主插座发送数据，在从插座读取数据，用于检测由主插座到从插座之间的PCB是否有开路、短路、粘连等缺陷;2)向从插座发送数据，在主插座读取数据，用于检测由主插座到从插座之间的PCB是否有开路、短路、粘连缺陷;3)将测试的结果输出显示。

检测前需要用键盘输入主从插座数据线数量，例如需要检测的数据线有8条并进行开路检测，首先向主插座发送数据A=01H，在从插座读取数据，如果读取的数据为01H，则说明第一条数据线是正确的，其他线路可能正常。如果读取的数据为000Z000Z，说明第1，4条数据线中间存在开路，也就是读取的数据中哪一位是高阻态，那一条数连后又断路的情况，需要进行第1条数据线以后的逐线检测，同时需要由从插座到主插座的数据发送并做同样的检测。

以图2所示的电路为例说明程序的判断方法和编程思想:1)向主插座发送数据A=01H，则读出的数据为0000000Z，将检测的结果CHO_1数据线开路记录保存;2)数据A中数据向高位进行移位变成02H，在从插座读取数据为00H，可以判断CHO_2线可能与其他数据线粘连，此时输入数据 ZZZZZZZ1Z，则读出的数据为ZZZZZZ00Z，可以判断CHO_2和 CHO_3数据线有粘连;3)数据A继续向高位移动一位变为04H，则读出的数据不变，判断的结果与3)相同;4)继续移动数据A变为08H，则读出的数据为00000000，说明CHO_4数据线存在开路且与其他的数据线粘连，出现这种结果时判断将变得复杂，向主插座发送数据A=ZZZZZZZ0，读出的数据为ZZZZZZZZ，说明和CHO_1没有粘连，逐一移动数据位0，直至到A=ZZZ0ZZZZ，读出的数据为ZZZ00ZZZ，说明数据线CHO_4，CHO_5存在粘连，继续移动数据A直到检测最后一条，将检测的结果记录并保存;5)向高位移动数据A=10H，读出的数据为00011000，说明数据线CHO_4和CHO_5存在粘连，继续判断的方法同4);6)向高位移动数据A=20H，则读出的数据为00000000，说明向高位移动数据CHO_6存在粘连并存在断路，继续判断的方法同4);7)向高位移动数据A=40H，从插座读出的数据为01100000，可以判断数据线CHO_7，CHO_6存在粘连，用方法4)判断并保存检测结果;8)向高位移动数据A=80H，读出的数据为80H，说明数据线CHO_8正常。

由于数据线是双向的，需要以同样的方法进行第二次检测和判断，向从插座B发送数据，在主插座读取，方法相同。综合以上的判断结果输出并显示出来。实验证明，连接好电路后，只需要1 ms左右的时间就能做出准确的判断，和人工的检测方法相比，可以提高准确度，节约时间。

3 小结

本文论述的基于FPGA的LCD外接功能接口连通性快速测量系统，电路设计简洁，开路、短路、连线测试方法简单［4］，硬件只需要一片FPGA芯片和显示电路、矩阵键盘，就能实现管脚较多的主从插座接口连通性检测。目前，该设计方案已经成功应用于HSC，PIN等类型LCD组件的检测，检测时间都在1 ms以内，判断插座的管脚数可以通过键盘修改，连接主从插座的检测线可用排线或飞针等，数量可以根据实际需要增减，还可以推广到其他电路连通性检测。

［1］左瑞娟，林丽玉，武永华.LCD或LCD TV的画质和色彩在线软调整方法［J］. 电视技术，2010，34(3):38－40.

［2］许泽宇，常碧波，林伟浩.基于移位寄存器的LCM模组开路短路测试方法［J］. 现代显示，2010(11):28－31.

［3］左瑞娟，武永华.液晶电视或液晶显示器的动态γ调整方法［J］.电视技术，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.