TFT液晶显示屏

TFT液晶显示屏（共6篇）

TFT液晶显示屏 篇1

0 引言

伴随着信息技术的发展, 液晶显示技术越来越多地出现在我们的生活中, 特别是手机、平板等电子设备的应用, 给人们带来了强烈的视觉冲击, 大大推动了液晶技术的发展。TFT-LCD又称薄膜晶体管液晶显示, 以其色彩丰富、体积小、低功耗、低电压、便于携带等优点得到越来越多的用户青睐。在TFT-LCD显示技术方面, 使得大规模集成电路技术和光源显示技术得到了完美融合。嵌入式系统的发展给我国的IC设计方面注入了新的动力。现场可编程逻辑器件FPGA的出现, 使得TFT液晶屏的显示技术得到了快速发展, 用户可以根据自己的需要得到自己所需要的液晶型号。本文基于FPGA设计了一种具有灵活性、高可靠性和低成本的驱动方案, 采用ALTERA公司的CycloneIV系列EP4CE30F23C8N作为主要的处理芯片和静态随机存储器SRAM相结合, 通过对SRAM寄存器的时序控制来实现TFT-LCD的图像显示。

1 系统结构设计

系统所设计的硬件电路为基于FPGA嵌入式开发平台, 如图1 所示, 在FPGA内部构建QSYS内核即NIOS II处理器, 根据自己的需求来进行搭建处理器。系统结构主要有CPU、JTAG-UART、SRAM读写控制模块、SDRAM、TFT-LCD显示模块, 外围设备有SPI、I/O接口等。主处理芯片主要完成译码, 总线仲裁, 协调各个模块工作。

2 主要器件简介

主处理芯片FPGA选用的ALTERA公司的Cyclon IV系列的EP4CE30F23C8N。与前几代芯片相比, 该芯片采用60nm低功耗工艺, 降低了内部功耗电压, 总功耗降低了25%。EP4C30F23C8N具有28 848 个逻辑单元, 存储位数为608 256, 有132 个嵌入式乘法器, 20 个全局时钟, 4 个锁相环, 串行FLASH为配置芯片EPCS64, SRAM为256K×16Bit (4Mbit) , 独立地址总线方便使用, 高速静态SRAM读写时间为10ns。具有2 个源时钟50M、20M, 用户可以根据需要自行选择。FPGA芯片中最大可使用的I/O口533 个, 外设独立扩展I / O口为157 个, 支持JTAG在线调试FPGA, NIOS读写FLASH, AS下载等。EP4CE30F23C8 支持TTL、CMOS等电平传输, 具有很高的稳定性和可靠性。

选用的TFT-LCD液晶显示屏, 驱动芯片为OTM8009A, 具有分辨率800×480RBG的WVGA格式, 芯片可驱动的RGB数据位均为8 位, 最高可显示16 777 216 种颜色, 液晶屏选用3.3V驱动电压, 具有4 个时序驱动信号。根据用户需求可以进行窗口填充, 特定颜色设置, 并且可以自定义LCD区域显示。

3 FPGA内部硬件设计实现

3.1 SRAM显存技术

系统选用的静态随机存储器芯片 (SRAM) 为ISSI公司的IS61LV25616, 配置有256K×16Bit, 具有独立的地址数据总线, 3.3V的驱动电压, 高速接入时间一般为8ns、10ns、12ns、15ns, 具有高性能、低功耗, 而且兼容TTL电平。不需要时钟和更新的全静态工作过程, 通过使能CE、OE可以方便地进行数据存储, 图2、图3 所示为IS61LV25616的读写时序状态图。

显示数据传输信号经过处理后, 通过SRAM读写时序控制来传输到LCD进行显示。对于SRAM中的读写时序问题, 采用对写入数据和读出数据进行交替运行的方式解决, 首先信号经过处理后通过硬件电路传输到静态随机存储器 (SRAM) 中暂存, 如图2、图3 所示, CE为时, 片选使能选通, 同时WE为0, 则写使能有效, 读使能无效, 准备向SRAM中写入数据缓存;当CE为0, WE为1 时, OE为低电平使能, 写信号无效, 读信号有效, TFTLCD读取缓存在SRAM中的数据用来显示。

3.2 TFT-LCD显示时序特性

TFT驱动模块支持Intel总线接口, 总线的最高速度可达20MHz。通过对所设计IP核进行LCD读写数据时序仿真实验设计块符合要求, 仿真波形中添加时钟clk、复位reset_n以及数据的输入输出, 写数据时序仿真过程中, 写信号write低电平有效, 此时读信号read高电平无效, 开始写入数据, 地址信号address进行相应的变化, 数据写入成功;读时序仿真中, 读信号read使能, 写信号write高电平无效, 当地址信号address为0 时, write_data的数据被读入到read_data中去, address为1 时, lcd_reset电平由低变高, write_data的第一位数据送入read_data从而完成读入数据功能。在液晶显示过程中, 通过对行同步信号, 场同步信号以及时钟信号来控制LCD的稳定显示, TFT-LCD分别于FPGA的I/O口相连接, 数据通过SRAM显存送入LCD显示。

4 LCD功能测试结果

块驱动设计取得了良好的效果如图4 所示, 能够很好地支持分辨率为800×480 液晶屏显示, 刷新频率达到60 Hz, 该设计系统还可以支持图文混排, 图片和汉字字库的显示。基于FPGA设计的TFT -LCD显示电路不仅可移植性好, 而且能够根据自己的需求来调整硬件逻辑电路的设计, 从而实现对液晶屏的灵活性控制, 大大提高了系统的稳定性和可靠性, 为以后液晶屏的应用奠定了良好基础。

参考文献

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[10]白宗元, 胡宝霞.基于Nios II的SOPC中TFT-LCD控制器核的设计[J].自动化技术与应用, 2008, 27 (2) :161-163.

TFT液晶显示屏 篇2

关键词：DSP SED1335控制器 液晶显示屏

近年来，随着低价格、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被应用于高速信号采集、语音处理、图像分析处理等领域中，并且日益显示其巨大的优越性。而液晶显示屏更以其显示直观、便于操作的特点被用作各种便携式系统的显示前端。传统的液晶显示往往采用单片机控制。但在系统有大量高速实时数据的情况下，单片机由于受到处理速度的限制就显得力不从心。为了解决这些问题，本文提出了一种基于DSP控制的液晶显示屏的设计，有效地解决以上所遇到的问题。

1 SED1335控制器的介绍

AT-320240Q1型液晶显示屏是由台北晶采用电科技股份有限公司生产的一款内嵌SED1335控制器的液晶显示屏。它由320×240点阵构成，具有高分辨率(点型为0.225mm×0.225mm)、接口方便(5V或3.3V)、设计简便(内嵌控制器)、功耗低、价格便宜等优点，常常用于各种便携式设备显示前端以及日用家电显示模块中。基于320×240点阵的显示屏具有多种扩展功能供用户选择，大大方便了用户，提高了系统的集成度与实用性。

(本网网收集整理)

SED1335控制器是由日本EPSON公司生产的一款液晶显示屏控制器，与同类产品相比，功能最强。其主要特点有：

・有较强功能的I/O缓冲器;

・指令功能丰富;

・四位数据并行发送;

・图形和文本方式混合显示。

SED1335控制器的指令集见表1。SED1335控制器具有13条指令，多数指令带有参数，参数值可由用户根据所控制的液晶显示模块的特征和显示的需要来设置。

表1 SED1335控制器指令表

功 能指 令代 码说 明参数量系统控制SYSTEM SET40H初始化，显示窗口设置8SLEEP IN53H空闲状态设置/显示操作DISP ON/OFF59H/58H设置开关显示方式1SCROLL44H设置显示区域10CSRFORM4DH设置光标形状2CGRAM ADR4CH设置CGRAM起始地址2CSRDIR4CH-4FH设置光标移动方向/HDOT SCR5AH设置点单元水平移动量1OVLAY5BH设置合成显示方式1绘制操作CSRW46H设置光标地址2CSRR47H读出光标地址2存储操作MWRITE42H将数据写入显示缓冲区/MREAD43H从显示缓冲区读出数据/

SED1335控制器是应用于MPU系统与液晶模块之间的控制芯片，它接收来自MPU系统的指令与数据，并产生相应的时序及数据控制模块的显示。A0为LCD控制制寄存器的选择输入，分别选通指令输入缓冲器和数据输入缓冲器，类似于通常字符点阵LCD模块的RS或D/I。MPU把指令代码写入指令输入缓冲器内(即A0=1)，指令的参数数据则随后通过数据输入缓冲写入(A0=0)。带有参数指令代码的作用之一就是选通相应的参数寄存器，任一条指令的执行(除SLEEPIN、CSRDIR、CSRR和MREAD外)都产生在附属参数的`输入完成之后。MPU也可用写入新的参数与余下的旧参数有效地组合成新的参数组。需要注意的是，在实际使用指令时，如果该指令具有多个参数，则必须按顺序依次写入各个参数，不能随意省略。尤其在MPU操作SED1335及其控制的液晶显示模块时，必须首先写入SYSTEN SET(40H)指令。如果该指令设置出现错误，则显示必定不正常。

这里着重介绍CPSDIR指令。该指令的作用是规定光标地址指针自动移动的方向。SED1335所控制的光标地址指针实际也是显示RAM的当前地址指针。在控制器执行完读写操作后，将自动修改光标地址指针。该指令有四个参数：4C/4D/4E/4FH，分别表示修改的四个方向，这样就具有了很强的作图功能，这也是很多液晶控制器所没有的。在AT-320240Q1型液晶显示屏的设计中，显示的顺序是从右向左，即显示屏上的一个8×1点阵从左至右依次对应内存单元中1bit数据的高位到低位。因此对于常规的字模来说，就会导致显示相反的现象，可通过控制光标地址指针的移动方向很好地解决这个问题。

2 DSP与液晶显示屏硬件接口的设计

由于该款液晶显示屏内嵌了SED1335控制器，并且将接口电路直接引出，因此对于用户而言，整体设计大大简化，只需考虑DSP同接口电路间的连接即可。

以下是DSP与该液晶显示屏硬件接口的一种设计方案，如图1所示。

TFT液晶显示屏 篇3

一、液晶背光模组部分的光效率分析

液晶器件是被动发光器件, 液晶本身不发光, 需要背光模组为其提供分布均匀、亮度充足以及颜色正确的光源。背光模组一般是由光源 (冷阴极荧光管或者发光二极管) 、反射板、导光板、扩散板、棱镜片及外框等组件组成。光线从光源发出后, 要经过上述组件后从背光模组出射, 然后进入液晶面板。下面以CCFL (冷阴极荧光管) 侧光式背光模组为例分析背光模组部分的光利用效率, 如图1所示, 光线从CCFL (冷阴极荧光管) 发出, 经灯罩反射约有80%左右进入导光板, 经导光板和反射板作用改变光线行进方向, 大约有60%左右的光线从导光板出射, 光线会依次进入下扩散板、下棱镜片、上棱镜片和上扩散板, 扩散板用于提高光线均匀性, 其光线透过率约为91%, 棱镜片用于提高正面辉度, 起到集光的作用, 其光线透过率约为88%, 经过上述光学组件, 只有38%左右的光线会从背光模组出射, 进入下面的液晶器件组件。

二、液晶面板部分的光效率分析

(一) 部件穿透率的影响。

当光线从背光模组发射出来进入液晶面板, 如图2所示, 会依序穿过下偏光片、TFT玻璃基板、液晶层、取向层、彩色滤光膜玻璃基板以及上偏光片等部分。液晶面板各层的穿透率如图2所示:下偏光板会将非偏振光转化为偏振光, 50%的光线被吸收, 上下偏光板因材质吸光导致其透光比例约为95%;薄膜晶体管以及彩色滤光膜基板玻璃本身透光比例约为95%, 液晶的透光比例也约为95%;彩色滤光膜层一般涂有红、绿、蓝三基色中的一种色彩, 只能容许该色彩的光波通过彩色滤光膜层, 以红、绿、蓝三基色来说, 只能容许三种的其中一种通过, 所以只有三分之一的光线可以穿透, 彩色滤光膜层因本身的材质对光线的吸收, 单色光只有约85%的透过率, 因此彩色滤光膜层光线通过比例约为28%。综合以上各种因素的影响, 从背光模组过来的光线, 只有大概11%光线可以穿透。 (计算方法:50%×95%×95%×95%×95%×95%×28%=11%, 尚未考虑开口率对光线穿透率的影响。)

(二) 开口率的影响。

彩色滤光膜基板上最重要的结构就是彩色滤光膜, 彩色滤光膜主要是由黑色矩阵、彩色层以及保护层组成, 如图3所示。

来自液晶层的光线, 进入彩色滤光膜基板, 一部光线会被黑色矩阵吸收, 无法穿透。黑色矩阵主要遮挡不受控制区域的光线, 主要是液晶显示器 (LCD) 薄膜晶体管信号电极和扫描电极的走线, 以及薄膜晶体管自身结构, 还有储存电压用的储存电容等区域。这些区域无法形成需要的电场, 液晶分子不受电压的控制, 无法显示正确的灰阶, 如不加以遮挡, 会影响液晶器件的透光区域的正确亮度和对比度等, 因此利用黑色矩阵加以遮挡, 但会造成光线的损失。如图4所示, 液晶的子像素有效的透光区域与全部面积的比例称为开口率, 一般液晶显示器开口率约为50%左右, 因此由于开口率的影响, 约有一半的光线会损失掉。

(三) 面板部分光效率。

从以上液晶部件对光线穿透率的影响以及开口率对光线的影响分析, 可以计算出从背光模组过来的光线, 经过液晶面板部分后只会剩下6%左右, 大部分的光线会被液晶面板中的各层结构所吸收, 光利用效率较低, 其中影响较大的主要是偏光片、彩色滤光膜彩色层以及开口率大小。

三、光效率提升分析

从上述光线的穿透率分析来看, 从背光模组光源发出的光线只会有很少部分从液晶面板射出, 有效利用率很低。因此, 如能有效提高光线的穿透率, 可有效降低器件功耗, 做到节能环保, 延长器件寿命。根据前面的分析, 光线的利用效率的提升可以通过提高面板的开口率, 增加背光模组的光学组件, 或者用新的彩色实现方案取代目前的彩色滤光膜来实现。开口率的提升可以通过使用低温多晶硅薄膜晶体管取代非晶硅薄膜晶体管、优化阵列结构设计来实现, 由于低温多晶硅的电子迁移率较非晶硅高1~2个数量级, 器件所占面积可以变小;通过阵列设计使阵列和存储电容微型化、汇线微细化, 都可提高有效透光区域的面积。从而减小黑色矩阵的面积, 提高器件的开口率[5]。在液晶面板部分, 下偏光片具有起偏作用, 会损失50%的光线, 对光线利用效率有较大影响。如在背光模组部分增加DBEF (双倍增光膜) 光学膜层, DBEF会利用极化和反射作用使背光模组的出射光具有与下偏光片偏光轴相同的极化方向, 避免下偏光片的光线吸收损失, DBEF单独使用时, 可提高液晶模组60%左右的正面亮度, 对于显示视角要求较大的情况, 亮度的提高一般会低于60%。

四、结语

光线从背光模组光源发出后, 经过背光模组导光板、扩散板及棱镜片等光学元件后, 大部分光线会损失, 只有38%左右的光线能从背光模组出射, 进入液晶面板部分。液晶面板各层部件材质的透光比例以及部件本身特性对光线的影响, 出射光线只有入射液晶面板光线的11%左右, 同时由于面板子像素开口率的影响会损失50%左右的光线。针对光线损失原因, 通过提高开口率, 增加DBEF光学膜层, 或者利用场序技术取代彩色滤光膜, 可有效提升光线利用效率。

参考文献

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TFT液晶显示屏 篇4

据美国市场调研公司DisplaySearch统计, 2007年全球平面显示器用面板出货金额突破千亿大关, 其中液晶显示器 (LCD) 占比近85%, 到2015年, 将达到近90%的市场份额。巨大的市场需求带动了TFT-LCD产业的蓬勃发展, 世界各大平面显示器厂商纷纷至中国设厂, 本土企业在国家政策的大力扶持下, 发展势头强劲。本研究拟通过对TFT-LCD产业中国专利进行分析, 从专利角度探索该产业的技术发展趋势及国内外企业在中国的战略布局情况。

2 分析方法

专利分析的实施流程包括分析目标的确定、数据收集、数据清洗、数据分析、报告撰写。

采用北京中献智泉信息技术有限公司专利战略分析系统CFPAS 1.0进行专利分析, 利用分析系统软件检索国家知识产权局来源数据。

2.1 检索过程

专利战略分析系统CFPAS 1.0是通过主题对数据进行管理、分析的。第一步是建立主题。通过国家知识产权局网站下载数据生成主题, 在检索页面摘要框输入“TFT and LCD”, 点击“检索”出现提示框“共检索623条记录, 是否直接进行下载数据” (图1) 。选择确定后, 出现设置对话框。在该对话框的“主题分类”里面输入或者选择分类, 在“主题列表”里输入或选择主题名称。这里选择“TFT and LCD”分类, 输入“中-摘要”。一个“中-摘要”主题就建立成功了。按照同样的方法建立“中-题名”、“中-题名1”、“中-摘要1”主题。第二步是合并主题, 选择主题下拉菜单的“合并主题”选项, 将以上四个主题, 分两步合并 (一次只能合并两个主题) , 生成系统自动去重后的新主题。本项目将“中-题名”、“中-题名1”、“中-摘要”、“中-摘要1”四个主题合并成“中-TFT and LCD” (图2) , 这样就得到我们需要用来分析的主题数据库。接下来将用这个主题的数据进行清洗、分析。专利检索策略及检索结果合并统计见表1:间接投资在大陆建设的生产基地, 主要从事新型平板显示器件、新型电子元器件、半导体和元器件专用材料等产品的制造销售业务。

2.2 数据清洗

注:[群康科技]是台湾群创光电股份有限公司

数据清洗从名字上也看就是把“脏”的数据“洗掉”。这里的数据清洗主要是对专利人进行管理, 对专利数量排名前十的专利权人进行管理, 将同一公司在专利申请时候使用的不同名字进行合并, 同时注意各单位之间的收购、兼并、重组等信息。对本主题中专利申请数量最多的前十位申请人进行管理, 详见表2。

3 主题分析

3.1 总体趋势

下图显示了薄膜晶体管型液晶显示器 (TFT-LCD) 技术领域内总体申请量变化趋势。上世纪九十年代初, 该领域开始起步发展;到二十一世纪初期, 年专利申请量大幅度提升, 是该领域的快速成长阶段;从2006年至今, 该领域专利申请保持较大的量, 并随时间在一定区间波动。

3.2 主要竞争者分析 (前10位)

下图可以看出, 薄膜晶体管型液晶显示器 (TFT-LCD) 产业专利申请量前十位的企业, 只有京东方和深圳华星为国内企业, 日本、韩国、及台湾地区企业对我国该领域进行了大量的专利的布局。

3.3 主要竞争者专利申请趋势分析 (前10 位)

从下图可以看出, 最早在该领域申报专利的是韩国企业三星, 三星在1995年申请了第一件相关专利;大部分外国企业如LG飞利浦液晶显示器有限公司、群创光电、三星、友达光电的专利申请高峰集中在2003-2007年之间, 2007年之后专利申请量明显下降。与之反差明显的是, 国内该领域巨头京东方自2003年在该领域申请专利以来, 专利申请量逐年大幅递增 (除了2010年明显下落) ;国内该领域新进者深圳华星光电, 自2010以来, 专利申请量增长迅猛。

4 结语

1) 日本、韩国、台湾地区企业对我国薄膜晶体管型液晶显示器 (TFT-LCD) 领域进行了大量的专利的布局;进入专利申请量前十位的国内企业仅有京东方和深圳华星。

2) 2007年至今, 国外企业在专利申请数量上的明显下降和国内企业的专利申请量趋势的逐年大幅度上升对比明显, 外国企业在该领域的发展热情减小, 但本土企业发展趋势迅猛, 可能与该产业在国内的快速发展和政府对本土企业的大力支持有关, 应同时警惕该产业的发展风险。

3) 从专利申请总体趋势和主要竞争者专利申请趋势, 可以考虑现阶段该产业已经处于技术成熟期;可以通过寻求新的工作原理的系统、从对系统进行简化、和其他系统或技术相结合等方法来寻求发展。对技术成熟度的准确预测, 还有待进一步的分析佐证。

摘要：利用专利分析软件对薄膜晶体管型液晶显示器 (TFT-LCD) 产业中国专利进行分析。专利分析得出国外企业在该领域已经大量布局。近年来, 国外企业在华专利申请量呈减少趋势, 而本土企业专利申请量上升趋势明显。目前, 该产业可能已经处于技术成熟期。

关键词：薄膜晶体管型液晶显示器,TFT-LCD,专利分析

参考文献

[1]肖沪卫.专利地图方法与应用[M].上海:上海交通大学出版社, 2010.

TFT液晶显示屏 篇5

日前, 三菱电机开发出可使画面弯曲的15.6 in彩色TFT液晶模块, 画面纵横比为3:10, 显示性能与平面型液晶模块相同。主要面向注重外观设计的产品及娱乐设备等。

为实现显示画质与平面型液晶模块相同, 三菱对液晶面板结构作了改进。另外, 还采用了面板加工技术以及画面弯曲但亮度分布几乎不变的LED背照灯技术。画面弯曲程度可在曲率半径480~4 000 mm的范围内自由设定。配备的液晶面板像素为1 600×480, 可横向显示2幅WVGA (像素为800×480) 图像。

将多个该液晶模块横向排列形成的新型设备, 可实现出色的空间设计和外观设计, 可用于有现场感的驾驶舱风格显示器以及全方位游戏机。据悉, 该产品的上市时间约为2012年。

TFT液晶显示屏 篇6

以TFT为核心的有源平板显示技术在显示市场上已占有越来越大的份额,TFT优越的电学性能可以使显示屏高速度、高亮度、高对比度地显示信息,从而广泛应用在各种OLED、LCD显示设备上。

近年来,为了进一步改善TFT-LCD、TFT-OLED的显示效果,业界研究出多种针对不同材质屏的特性的驱动控制方法,如液晶的场序显示[1]、OLED的时间比率灰度显示[2]等,目前,外围控制电路的研究受到广泛地关注。

专用显示控制芯片是目前显示设备常采用的控制核心,但专用芯片的开发周期较长,且使用的对象比较固定,通常需要设计者在硬件系统中对其进行改造,这样在实际中往往造成新型的显示方法的实际效果受到限制。本论文就旨在克服该瓶颈,设计并制作出一套采用FPGA对SRAM进行乒乓操作[3]的控制系统,在可复用的硬件载体上,通过软件的设计,完成对各种不同材质的显示屏,不同显示方法的控制驱动。

1 系统设计

TFT平板显示屏的控制系统,需要按照显示屏的时序,提供所需控制与图像信号。鉴于显示屏制式的各异,实现统一的控制驱动电路有较大难度。为此本文提出一种以FPGA为中心核加上一定扩展能力的周边电路驱动方案,以尽可能地实现对多种制式显示屏的统一的控制驱动显示。其基本思路是,采用FPGA为控制程序的数字电路载体,以电脑显卡的数字视频接口输出的信号(以下简称为DVI信号),或其他可转换成数字模式的信号为信号源,采用解码器,将DVI输出的差分信号进行解码变换,随后将解码后的信号送给FPGA,以做进一步的处理。为使所设计控制电路有较宽、快速响应的适应性,采用两片静态存储器(SRAM)作为对图像信号进行预先处理后的缓存,并以FPGA的编程来实现对其乒乓操作,提高响应能力,加强逼真的动态显示效果。亦即,当一帧视频信号到来时将其存到一片SRAM中,同时从另外一片SRAM中读取上一帧已经处理过的数据,送给TFT显示屏,故而能实现DVI信号的快速的、实时的动态显示。

选用乒乓操作作为数据处理的方式,其优点在于扩大本系统的应用范围,相对于非乒乓操作的驱动系统,本系统由于缓存SRAM的存在,针对信号源提供的图像分辨率过高的情况,可以在写入SRAM像素数据的过程中采用抽取压缩的办法;若信号源提供的图像分辨率过低,可在缓存过程中采取插值补偿的方法改善图像效果;另一方面,针对不同的TFT显示屏的要求,只需根据其驱动信号的时序,对从SRAM中读取出来的数据进行相应的处理,在quartusII中重新编写软件,下载到FPGA当中就可以兼容不同的TFT显示屏。本TFT显示屏控制系统的系统框图如图1所示。

TFT矩阵是显示屏由电学信号转换成光信号的驱动载体[4],目前,TFT器件多由多晶硅或非晶硅作为有源区,器件的载流子迁移率低,阈值电压高,亚阈值摆幅大[5]。因此,TFT矩阵电路所需要的扫描,数据信号的电平标准与一般用单晶硅制作的集成电路所提供的电平不匹配。行列驱动芯片及接口电路则是把外围控制信号在电平标准上和逻辑功能上过渡为TFT矩阵所需的行扫描、列数据信号,也是外围控制电路最直接的控制对象。

2 基于FPGA的控制系统的实现

2.1 硬件部分

由图1示出,TFT显示屏的所需信号(含图像和控制信号)均依赖于FPGA。其中包含了硬件和软件两大部分。

硬件部分主要包括以下几个部件:DVI信号解码器、存储器和FPGA。

首先,解码器用于对DVI信号进行解码,我们选用Silicon Image公司的DVI信号解码芯片(型号为SiI141BCT80)来还原从显卡传过来的DVI(或可转换的数字)信号,所选芯片的工作带宽达25～86 MHz,能够解码VGA到XVGA信号,具有较宽的适应能力,能满足本设计的要求。

在本控制系统中,SRAM的功能是作为图像数据的缓存[6],其设计的关键点是容量和存取速度。容量要至少能存下一帧图像的信息,存取速度要高于对每个像素的扫描速度。如上所述,为实时显示动态图像,采用两片SRAM——CY7C1061AV33-10ZI作为存储器,以便对它们实行乒乓操作。每一片的容量是1 M×16 bit,最高存取速度为10 ns。如选择计算机显卡输出的DVI信号作为TFT显示屏的信号源,当显卡设置成1 024×768像素、其刷新频率为60 Hz时,要处理的一帧图片大小为1 024×768×16 bit,小于1 M×16 bit;DVI信号解码后的像素时钟,实测周期约为15.3 ns,大于设计值的10 ns,可见所设计选用的SRAM远能满足实际要求。

作为控制程序数字载体的FPGA,采用Altera公司的cyclone系列FPGA——EP1C12Q240C8。它具有12 060个LES,2个PLL,可用IO口有173个,能很好地满足本控制系统的需要。

2.2 软件部分

FPGA的主要功能就是将DVI信号解码器输出的信号[7]进行处理后再存入存储系统中,同时也从该系统中读取数据送给TFT-LCD显示。因此我们将其功能分解成下面的两大模块。

2.2.1 SRAM写模块设计

此模块的功能是完成对SRAM的写操作,将解码后的DVI信号存入SRAM中。解码过程中,SiI141BCT80将差分的DVI信号还原成如下信号:VSYNC,帧同步信号;HSYNC,行同步信号;VDEN,数据输出使能信号;VD,24位的RGB图像信号;VCLK,数据输出时钟信号。利用VCLK、VSYNC、HSYNC、VDEN结合SRAM的写时序将VD写入SRAM中,由于常见的TFT屏的RGB颜色数据大都是16位色的,所以按照R∶G∶B=5∶6∶5的模式将RGB的高16位存入SRAM中。

2.2.2 SRAM读模块设计

SRAM读模块的任务是将写模块所存入SRAM的数据按照TFT显示屏的要求和相应的显示方法读出,并输给TFT显示屏。其流程为当帧启动信号产生时,即启动新的一帧的时序,根据行和列计数器的值,产生相应的地址和读信号,读取SRAM中的数据。下一步则是将该数据传给TFT显示驱动程序,产生与TFT显示屏直接相连的控制信号。

为了达到多用途、可复用的设计目标,针对不同的TFT屏和不同的显示方法,只需更改局部的显示驱动程序,即可产生所要求的时序。

在实验中,显卡输入信号定为1 024×768格式,所驱动的TFT-LCD屏为320×240格式,基于此,在SRAM读模块中有个很重要的操作就是对来自计算机显卡的图像信号根据所要驱动的TFT屏的分辨率做信号抽取压缩处理。具体过程如图2所示,字母A代表信号源所提供的显示图像,抽取压缩后,重新生产新的图像,即为输出TFT屏上的像素信息。与最初的图像相比,压缩的图像的分辨率等比例缩小了。

在图像压缩的过程中,通过软件的优化,尽可能地使抽取压缩后的图像显示出输入图像的全貌,减小像素缺失所造成的的损失,一定程度上抑制图像失真。图3给出SRAM读写模块的程序流程图。

2.2.3 乒乓操作的实现

对两片SRAM实行乒乓操作。利用DVI解码器输出的帧同步信号VSYNC来实现乒乓机制。首先在FPGA程序中建立一个变量bx-sel(位宽为1 bit),VSYNC每来一个下降沿,就对该变量取反,这样bx-sel的值在0和1间变化,它的信号波形是一个等占空比的方波,高、低电平的持续时间都为1个帧周期。可以令当bx-sel等于1时对SRAM1进行写操作,对SRAM2进行读操作;当bx-sel等于0时对SRAM1进行读操作,对SRAM2进行写操作,这就实现了乒乓操作机制即可以做到在向SRAM中存入图像数据的同时读取上一帧已存入另一片SRAM中的数据送给TFT屏进行显示,这样就可以实现动态图像的实时显示。

3 测试结果

在本控制系统中TFT显示屏采用三星公司的LTV350QV-F0E,它是8.9 cm、320×240、65 536色的TFT液晶屏。它的控制信号如下:VSYNC 帧同步信号;HSYNC 行同步信号;DOTCLK 数据输出时钟,上升沿采样数据;VDEN,数据输出使能信号。图4给出了上述信号的时序。利用FPGA产生符合图4中时序的上述信号,进而来驱动TFT液晶屏。

图5为用Agilent 54642A示波器实测的波形图,输出时钟DCLK为6.25 MHz,每场刷新频率可达到67.3 Hz,图像显示效果良好。本控制系统的实物照片见图6。

4 结 论

设计并制作出了一套基于Altera系列FPGA的TFT屏乒乓操作驱动系统,成功驱动了三星8.9 cm、LTV350QV-F0E、320×240的TFT-LCD屏。本系统图像缓存容量达2M Byte, 最小读写周期达10 ns,软件上采取抽取压缩的办法处理输入图像,获得了较好的显示效果。对于目前业界主流的各种TFT-LCD、TFT-OLED屏,本系统可通过针对性的修改软件,增加外围扩展电路,实现多用途、可复用的设计目标。

参考文献

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