為使產(chǎn)品在市場競爭中處于有力地位，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。由于數(shù)字彩色屏的解析度高，玻璃上的線路會更密，工藝和背光成本比模擬屏會更高。因此在對顏色要求不高的工業(yè)儀器儀表領域，低成本的模擬屏已成首選。本設計針對在工業(yè)儀表中具有較好應用背景的群創(chuàng)公司TFT模擬液晶屏AT056TN04，采用FPGA技術實現(xiàn)其驅(qū)動控制器設計。
1 顯示存儲器安排
液晶控驅(qū)動時序控制器是在系統(tǒng)時鐘、行同步時鐘和幀同步時鐘的控制下循環(huán)地把顯示存儲器中的數(shù)據(jù)送到液晶屏上，同時在微處理器的控制下完成顯存數(shù)據(jù)的更新。為簡化設計，液晶屏像素的每種顏色均采用1 b量化，可實現(xiàn)8種基本顏色，電路實現(xiàn)簡單。為方便結構安排，液晶屏左上角第一點坐標為(0，0)，右下角坐標為(233，319)。選用64 KB的SRAM作為顯示存儲器，每個存儲單元表示液晶屏上8個相鄰像素的一種顏色分量，其中紅色存儲在尾地址為00的單元中，綠色是01，藍色是10。雖浪費尾地址為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)動時序設計
AT056TN04驅(qū)動信號中最重要的接口信號分別是：幀開始脈沖STV、掃描驅(qū)動移位時鐘CKV、掃描驅(qū)動輸出使能控制OEV、公共電極驅(qū)動信號Vcom、數(shù)據(jù)驅(qū)動輸出使能控制OEH、行掃描開始脈沖STH、數(shù)據(jù)采樣和移位時鐘CPH。AT056TN04顯示流程如下：首先是幀開始信號STV啟動一幀數(shù)據(jù)的顯示，經(jīng)過一段時間OEV由低到高維持tOEV后再由高到低，同時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tDIS1后STH由低到高跳變，維持tSTH后再由高到低跳變，從而啟動第一行的顯示。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，如此重復下去。一幀數(shù)據(jù)顯示完后，再不斷循環(huán)此過程，其時序細節(jié)如圖1所示。
圖中所有時間間隔均為CPH的整數(shù)倍，因此用計數(shù)器tcph對CPH計數(shù)，判斷tcph的值便可產(chǎn)生其他控制信號，同時保證各路信號同步。各接口信號時間要求在AT056TN04的手冊中已經(jīng)給出，CPH是整個時序中最小的單元，其周期為154 ns，誤差不能超過4 ns。采用13 MHz的有源晶振，時鐘周期為76．9 ns，對其進行2分頻，得到153．8 ns的CPH時鐘。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)的行里對顯示存儲器進行讀寫操作。本設計的每幀數(shù)據(jù)顯示行數(shù)設定為260行，那么STV就是每隔260行會產(chǎn)生一個脈沖，用一個行計數(shù)器th，當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tSV(3行)。每行時間設計為800個CPH，tcpvh的計數(shù)狀態(tài)如圖2所示。
圖中所有時間間隔均為CPH的整數(shù)倍，因此用計數(shù)器tcph對CPH計數(shù)，判斷tcph的值便可產(chǎn)生其他控制信號，同時保證各路信號同步。各接口信號時間要求在AT056TN04的手冊中已經(jīng)給出，CPH是整個時序中最小的單元，其周期為154 ns，誤差不能超過4 ns。采用13 MHz的有源晶振，時鐘周期為76.9 ns，對其進行2分頻，得到153.8 ns的CPH時鐘。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)的行里對顯示存儲器進行讀寫操作。本設計的每幀數(shù)據(jù)顯示行數(shù)設定為260行，那么STV就是每隔260行會產(chǎn)生一個脈沖，用一個行計數(shù)器th，當tcph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tsv(3行)。每行時間設計為800個CPH，tcph的計數(shù)狀態(tài)如圖2所示。
3液晶屏刷新模塊設計
AT056TN04配置為從左到右從上到下的掃描方式，每次讀入存儲8個點的三色信息(3 B)，每個CPH時鐘下RGB三字節(jié)數(shù)據(jù)同時向左移動一位，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信號驅(qū)動液晶屏。在RAM讀寫控制模塊和時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。使用計數(shù)器th和tcph就可以方便產(chǎn)生地址，從而實現(xiàn)對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[1：0]作為顏色地址。
在QuartusⅡ中的仿真結果如圖3，圖4所示，其中圖3是換行時的各信號的波形，圖4是換幀時各信號的波形。從結果可以看出，波形完全滿足設計要求。
4結 語
在合理的存儲器安排和行列計數(shù)器設計基礎上，巧妙地完成液晶時序控制和顯示存儲器數(shù)據(jù)的讀寫，實現(xiàn)對AT056TN04的8種基本顏色的顯示控制。由于采用FPGA設計，稍加修改便能以軟核的形式應用于其他液晶模塊，克服了單色液晶模塊色彩單調(diào)，而顏色豐富的數(shù)字彩色屏價格貴的缺點。對顏色要求不高的工業(yè)儀器儀表中具有一定的應用價值。