徐紅祥，陳向東，袁自鈞

（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009）

TFT-LCD（薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管液晶顯示器）具有重量輕、分辨率高的特點(diǎn)，有著較高的分辨率。生活中常見(jiàn)的有筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)，都采用了TFT-LCD顯示技術(shù)，該技術(shù)在近年來(lái)的生活中得到了快速的發(fā)展，特別是在手持設(shè)備以及車載顯示中得到了廣泛的應(yīng)用，具有較高的市場(chǎng)價(jià)值。液晶產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使得規(guī)模越來(lái)越大，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其以TFT-LCD顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為核心，并且隨著可編程邏輯器件的出現(xiàn)，使得TFT-LCD技術(shù)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中更加的智能化。

1 TFT-LED顯示驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理

TFT-LCD顯示驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

主機(jī)、驅(qū)動(dòng)器與TFT-LCD屏共同構(gòu)成了TFT-LCD顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。主機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳遞圖像源數(shù)據(jù)，將其傳送到控制器的模塊中。圖像的源數(shù)據(jù)中包含了RGB、DCK和DENB三個(gè)主要線路，由于TFT-LCD顯示屏的像素點(diǎn)構(gòu)成是矩陣橫豎排列，在對(duì)圖像進(jìn)行顯示變化時(shí)，需要按照橫豎的像素點(diǎn)進(jìn)行刷新，以使TFT-LCD發(fā)生一定的變化，上位機(jī)要根據(jù)TFT-LCD的型號(hào)發(fā)送水平同步信號(hào)到控制模塊中，控制模塊所產(chǎn)生的控制信號(hào)會(huì)發(fā)送到相應(yīng)的灰度電源以及TFT-LCD面板中?？刂苹叶入娫此a(chǎn)生的電壓是通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，因?yàn)閿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器的面板中可以產(chǎn)生很多像素亮度，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)模塊中，最為關(guān)鍵的就是對(duì)時(shí)序的控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的處理。

2 可編輯邏輯門陣列下的TFT-LCD顯示驅(qū)動(dòng)總體框架設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)方案

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖1 TFT-LCD顯示驅(qū)動(dòng)的模塊分布圖

圖2 整體設(shè)計(jì)方案框架圖

當(dāng)外部的信息要發(fā)送視頻數(shù)據(jù)到本系統(tǒng)中，視頻數(shù)據(jù)采集接口的DVI采集需要將一些串行的數(shù)據(jù)發(fā)送到解碼的電路中，解碼電路會(huì)完成對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的解碼操作，電平匹配會(huì)產(chǎn)生一定的同步信號(hào)，同時(shí)還會(huì)將一些并行的RGB數(shù)據(jù)發(fā)送到可編程邏輯門陣列中，從DVI接口中進(jìn)行發(fā)送，將信號(hào)發(fā)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(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率必須要保證在60幀以上，將SRAM作為交替緩存。整個(gè)系統(tǒng)供電中，電源模塊最為重要，系統(tǒng)中不同的模塊有著不同的電壓，同一個(gè)模塊對(duì)電壓的需求也有所不同，對(duì)于外部只需要給系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓即可。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)要想正常工作，離不開電源，由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)模塊所需要的電源電壓不同，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要將供電電壓進(jìn)行升降壓處理，以滿足系統(tǒng)的要求。根據(jù)系統(tǒng)給出的整體設(shè)計(jì)框架模型，需要供電的模塊有解碼電路、驅(qū)動(dòng)控制以及TFT-LCD屏。

2.2.2 DVI接口

DVI（數(shù)字視頻接口）可以傳輸三路基色信號(hào)（RGB），還可以傳輸時(shí)鐘信號(hào)，這幾種電路傳輸需要采用最小化傳輸差分信號(hào)的方式進(jìn)行，采用一定的組合邏輯算法將原始的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換升級(jí)。在不同的通道中會(huì)產(chǎn)生很多信息，差分川技術(shù)具有較好的抗干擾性和兼容性，比較適用于長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸。其DVI的接口電氣參數(shù)如表1所示。

表1 DVI接口電氣參數(shù)

2.2.3 可編程邏輯門陣列電路設(shè)計(jì)

可編程邏輯門電路設(shè)計(jì)具備的功能較多，比如驅(qū)動(dòng)時(shí)序的產(chǎn)生、視頻數(shù)據(jù)處理、如伽馬校正等，不同型號(hào)的TFT-LCD分辨率不同，所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也有一定的差異，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)就是可以為TFT-LCD產(chǎn)生正確的時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)。對(duì)可編輯邏輯門陣列進(jìn)行芯片選擇時(shí)，一定要將其速度與功耗考慮其中。在進(jìn)行實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果速度較高，將會(huì)增加設(shè)計(jì)系統(tǒng)的復(fù)雜性；如果速度較低，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的性能無(wú)法得到有效應(yīng)用。

2.2.4 PCB設(shè)計(jì)

電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都需要通過(guò)硬件設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，各個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)必須要通過(guò)PCB電路板的形式將整個(gè)電路的功能進(jìn)行呈現(xiàn)，而PCB設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)較為復(fù)雜精細(xì)的工作，涉及到封裝、布局、布線的工作，如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此對(duì)PCB在這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中非常重要，決定了整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。采用Altium Designer作為PCB的設(shè)計(jì)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(yè)內(nèi)的認(rèn)可，應(yīng)用的頻率非常高，可以完成PCB布線、模擬仿真的功能。在設(shè)計(jì)高速板時(shí)，需要有較好的兼容性，可以為設(shè)計(jì)者提供較大的便利，從而有效的降低工作難度。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 驅(qū)動(dòng)控制時(shí)序

關(guān)于可編程邏輯門陣列的開發(fā)工具較多，如ISE、ISP LEVER以及MODELSIM，其中，MODELSIM軟件在仿真實(shí)驗(yàn)方面較為突出。VHDL是一種硬件描述語(yǔ)言，采用一種層次設(shè)計(jì)方式，整個(gè)設(shè)計(jì)采用從上自下的方式進(jìn)行，將其分為三個(gè)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(duì)每一個(gè)層次都進(jìn)行仿真，并檢查出其中可能存在的問(wèn)題，按照層次的方式進(jìn)行解決，這樣可以盡快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，較大的降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。

2.3.2 串口通信

單片機(jī)調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 單片機(jī)調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前用于單片機(jī)軟件在線調(diào)試的工具較多，keil作為一種應(yīng)用極為廣泛的調(diào)試工具，需要將該軟件安裝在單片機(jī)中進(jìn)行仿真調(diào)試，可以對(duì)各個(gè)寄存器的值進(jìn)行查看，功能角度，為單片機(jī)編程提供了較大的便捷。串行通訊中，單片機(jī)總是以一種被動(dòng)的方式進(jìn)行工作，容易影響其主動(dòng)性。正常情況下，單片機(jī)對(duì)主機(jī)發(fā)送的命令不能超過(guò)10ms，如果單片機(jī)沒(méi)有收到任何的命令，將不會(huì)出現(xiàn)任何的反應(yīng)；當(dāng)收到正確的反饋后，才會(huì)發(fā)送正確的操作碼。

3 系統(tǒng)調(diào)試

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，系統(tǒng)的功能能否得到實(shí)現(xiàn)，與系統(tǒng)的調(diào)試具有極大關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將制作的電路板作為調(diào)試的平臺(tái)，根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)板上電之前，要注意觀察電路板是否出現(xiàn)明顯的短路情況，并對(duì)比原理圖的走線連接是否正確，檢查焊接，是否有進(jìn)行正確安裝，一切檢查完畢后，要注意對(duì)電路板的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行全面觀察，看是否出現(xiàn)燒毀情況，如果出現(xiàn)此情況需要立即進(jìn)行斷電。

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)多分多個(gè)模塊，首先需要對(duì)系統(tǒng)通電，但是不輸入外部信號(hào)，也就是我們通常所說(shuō)的靜態(tài)調(diào)試，然后使用萬(wàn)用表對(duì)電源的模塊輸出電壓進(jìn)行測(cè)量，看是否在規(guī)范的范圍之內(nèi)，并對(duì)各個(gè)期間的管腳電位進(jìn)行測(cè)試；然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，將輸入視頻與信號(hào)進(jìn)行輸入，并根據(jù)系統(tǒng)中的信號(hào)觀察模塊的波形是否正常，在調(diào)試的過(guò)程各種一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，要立即分析原因并進(jìn)行解決。結(jié)束語(yǔ)

視頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在市場(chǎng)中有著極大的發(fā)展前途，視頻驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)隨著新技術(shù)的出現(xiàn)得到了快速的發(fā)展，TFT-LCD技術(shù)的呈現(xiàn)，打破了電子領(lǐng)域的平衡發(fā)展，引起了各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并使用可編程邏輯門陣列的方式將專用的芯片系統(tǒng)所取代，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化、小型化發(fā)展，讓驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)變得更加簡(jiǎn)單，從而有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的二次開發(fā)。