可编程逻辑门阵列下的TFT-LCD显示驱动设计

徐红祥，陈向东，袁自钧

（合肥工业大学，安徽合肥 230009）

TFT-LCD（薄膜场效应晶体管液晶显示器）具有重量轻、分辨率高的特点，有着较高的分辨率。生活中常见的有笔记本电脑和数码相机，都采用了TFT-LCD显示技术，该技术在近年来的生活中得到了快速的发展，特别是在手持设备以及车载显示中得到了广泛的应用，具有较高的市场价值。液晶产业的快速发展使得规模越来越大，带动经济的发展，尤其以TFT-LCD显示驱动系统为核心，并且随着可编程逻辑器件的出现，使得TFT-LCD技术在进行设计的过程中更加的智能化。

1 TFT-LED显示驱动的结构原理

TFT-LCD显示驱动的结构原理如图1所示。

主机、驱动器与TFT-LCD屏共同构成了TFT-LCD显示驱动系统。主机通过数据总线传递图像源数据，将其传送到控制器的模块中。图像的源数据中包含了RGB、DCK和DENB三个主要线路，由于TFT-LCD显示屏的像素点构成是矩阵横竖排列，在对图像进行显示变化时，需要按照横竖的像素点进行刷新，以使TFT-LCD发生一定的变化，上位机要根据TFT-LCD的型号发送水平同步信号到控制模块中，控制模块所产生的控制信号会发送到相应的灰度电源以及TFT-LCD面板中。控制灰度电源所产生的电压是通过数据驱动器构成，因为数据驱动器的面板中可以产生很多像素亮度，整个驱动系统的各个模块中，最为关键的就是对时序的控制和数据转换的处理。

2 可编辑逻辑门阵列下的TFT-LCD显示驱动总体框架设计

2.1 整体设计方案

驱动系统的整体设计方案如图2所示。

图1 TFT-LCD显示驱动的模块分布图

图2 整体设计方案框架图

当外部的信息要发送视频数据到本系统中，视频数据采集接口的DVI采集需要将一些串行的数据发送到解码的电路中，解码电路会完成对数据信号的解码操作，电平匹配会产生一定的同步信号，同时还会将一些并行的RGB数据发送到可编程逻辑门阵列中，从DVI接口中进行发送，将信号发送到可编辑逻辑门阵列中，在可编辑逻辑门阵列中也包含了时钟信号。系统的数据率必须要保证在60帧以上，将SRAM作为交替缓存。整个系统供电中，电源模块最为重要，系统中不同的模块有着不同的电压，同一个模块对电压的需求也有所不同，对于外部只需要给系统提供一个稳定的电压即可。

2.2 硬件设计

2.2.1 电路设计

系统要想正常工作，离不开电源，由于驱动系统中各个模块所需要的电源电压不同，因此在进行设计的过程中需要将供电电压进行升降压处理，以满足系统的要求。根据系统给出的整体设计框架模型，需要供电的模块有解码电路、驱动控制以及TFT-LCD屏。

2.2.2 DVI接口

DVI（数字视频接口）可以传输三路基色信号（RGB），还可以传输时钟信号，这几种电路传输需要采用最小化传输差分信号的方式进行，采用一定的组合逻辑算法将原始的信号进行转换升级。在不同的通道中会产生很多信息，差分川技术具有较好的抗干扰性和兼容性，比较适用于长距离的信号传输。其DVI的接口电气参数如表1所示。

表1 DVI接口电气参数

2.2.3 可编程逻辑门阵列电路设计

可编程逻辑门电路设计具备的功能较多，比如驱动时序的产生、视频数据处理、如伽马校正等，不同型号的TFT-LCD分辨率不同，所对应的驱动信号也有一定的差异，本设计系统的主要优势就是可以为TFT-LCD产生正确的时序驱动信号。对可编辑逻辑门阵列进行芯片选择时，一定要将其速度与功耗考虑其中。在进行实际的系统设计时，如果速度较高，将会增加设计系统的复杂性；如果速度较低，则会导致系统的性能无法得到有效应用。

2.2.4 PCB设计

电子电路系统的设计都需要通过硬件设计的方式进行实现，各个模块的电路设计必须要通过PCB电路板的形式将整个电路的功能进行呈现，而PCB设计作为一项较为复杂精细的工作，涉及到封装、布局、布线的工作，如果其中任何一个环节出现问题都会影响到系统的正常运行，因此对PCB在这个系统的设计中非常重要，决定了整个驱动系统的性能。采用Altium Designer作为PCB的设计软件，该软件集成的工具较多，具有一定的功效性，其人性化的交互界面逐渐得到了业内的认可，应用的频率非常高，可以完成PCB布线、模拟仿真的功能。在设计高速板时，需要有较好的兼容性，可以为设计者提供较大的便利，从而有效的降低工作难度。

2.3 软件设计

2.3.1 驱动控制时序

关于可编程逻辑门阵列的开发工具较多，如ISE、ISP LEVER以及MODELSIM，其中，MODELSIM软件在仿真实验方面较为突出。VHDL是一种硬件描述语言，采用一种层次设计方式，整个设计采用从上自下的方式进行，将其分为三个重要的层次，行为描述、RTL描述以及逻辑综合描述，采用这种方式需要对每一个层次都进行仿真，并检查出其中可能存在的问题，按照层次的方式进行解决，这样可以尽快发现问题所在，较大的降低了系统的设计难度。

2.3.2 串口通信

单片机调试系统结构如图3所示。

图3 单片机调试系统结构

目前用于单片机软件在线调试的工具较多，keil作为一种应用极为广泛的调试工具，需要将该软件安装在单片机中进行仿真调试，可以对各个寄存器的值进行查看，功能角度，为单片机编程提供了较大的便捷。串行通讯中，单片机总是以一种被动的方式进行工作，容易影响其主动性。正常情况下，单片机对主机发送的命令不能超过10ms，如果单片机没有收到任何的命令，将不会出现任何的反应；当收到正确的反馈后，才会发送正确的操作码。

3 系统调试

对整个系统设计完成后，需要对系统进行调试，系统的功能能否得到实现，与系统的调试具有极大关联。系统设计时，需要将制作的电路板作为调试的平台，根据设计的电路图进行调试。在实验板上电之前，要注意观察电路板是否出现明显的短路情况，并对比原理图的走线连接是否正确，检查焊接，是否有进行正确安装，一切检查完毕后，要注意对电路板的实际运行情况进行全面观察，看是否出现烧毁情况，如果出现此情况需要立即进行断电。

本设计系统多分多个模块，首先需要对系统通电，但是不输入外部信号，也就是我们通常所说的静态调试，然后使用万用表对电源的模块输出电压进行测量，看是否在规范的范围之内，并对各个期间的管脚电位进行测试；然后进行动态调试，将输入视频与信号进行输入，并根据系统中的信号观察模块的波形是否正常，在调试的过程各种一旦发现问题，要立即分析原因并进行解决。结束语

视频驱动系统在市场中有着极大的发展前途，视频驱动设计随着新技术的出现得到了快速的发展，TFT-LCD技术的呈现，打破了电子领域的平衡发展，引起了各个领域的广泛关注，并使用可编程逻辑门阵列的方式将专用的芯片系统所取代，实现了系统的智能化、小型化发展，让驱动设计变得更加简单，从而有助于实现系统功能的二次开发。