韓永剛

摘 要 文章主要針對(duì)一種基于FPGA的液晶模組設(shè)計(jì)方案展開(kāi)討論，方案主要從客戶的要求著手，從優(yōu)化液晶模組產(chǎn)品設(shè)計(jì)展開(kāi)思考，對(duì)器件選擇、附加功能設(shè)計(jì)展開(kāi)深入探索，從而形成了比較完整的框架結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)從而驗(yàn)證了本方案的可行性與科學(xué)性。

【關(guān)鍵詞】FPGA 液晶模組 時(shí)序控制

小型液晶面板中的時(shí)序控制器、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器以及柵極驅(qū)動(dòng)器都設(shè)計(jì)在同一模版中，而中、大型液晶面板的時(shí)序控制器通常都是獨(dú)立的，并且還需要通過(guò)采用專用的集成電路芯片。但是集成電路芯片往往對(duì)輸入時(shí)序有特殊的要求，這容易造成驅(qū)動(dòng)器匹配誤差的出現(xiàn)。因此，開(kāi)發(fā)一種兼容性高、能夠滿足不同時(shí)序控制信號(hào)操作的方案成為現(xiàn)代企業(yè)有待解決的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液晶顯示器具有許多優(yōu)勢(shì)，包括體積小、易于攜帶、使用壽命長(zhǎng)且輻射低等優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛應(yīng)用于許多產(chǎn)品的生產(chǎn)中。液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)也逐漸發(fā)展，針對(duì)不同尺寸的液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)方案也在不斷發(fā)展。時(shí)序控制器是一種保護(hù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器和柵極驅(qū)動(dòng)器的工具，其通過(guò)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器和柵極驅(qū)動(dòng)器輸送信號(hào)，從而控制液晶顯示器的畫(huà)面正常。但是液晶顯示屏在在日常使用時(shí)，許多人對(duì)于亮度的需求各有不同，因此需要對(duì)液晶顯示屏的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本方案主要采用FPGA器件作為核心元件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用戶接口端的時(shí)需分析和邏輯編程，從而滿足驅(qū)動(dòng)器對(duì)時(shí)序控制信號(hào)的要求，從而保障液晶顯示屏的正常工作。根據(jù)用戶的要求，采用FPGA為主控元件，能夠開(kāi)發(fā)附加功能。針對(duì)不同分辨率的液晶顯示屏以及用戶接口要求，只需要對(duì)軟件進(jìn)行更改即可，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行調(diào)整。FPGA具有工作電源范圍大、速度快、穩(wěn)定性高、能耗低且抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)勢(shì)，能夠縮短商品的開(kāi)發(fā)周期，符合本設(shè)計(jì)的需求。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

FPGA區(qū)別于集成電路芯片的優(yōu)勢(shì)在于其能夠現(xiàn)場(chǎng)編程，具有較高的靈活性和通用性。FPGA是液晶模組設(shè)計(jì)的關(guān)鍵關(guān)節(jié)，因此選擇一款符合客戶要求的FPGA器件顯得至關(guān)重要。本方案采用了FLASH工藝FPGA，從而避免加裝外置芯片，能夠降低模組的生產(chǎn)成本。電源設(shè)計(jì)是整個(gè)框架的基準(zhǔn)，需要提供穩(wěn)定的電源來(lái)避免負(fù)荷過(guò)重。設(shè)計(jì)電源方案之前需要漁鼓每個(gè)部件的能耗要求，再選擇合適的電源器件。FPGA的速度和容量遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)邏輯元件，能夠直接使用端口進(jìn)行程序設(shè)定和調(diào)試，無(wú)需特殊接口，使用便捷。此外，F(xiàn)PGA能夠與外接處理器和定時(shí)器等設(shè)備組成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾性，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

在打開(kāi)電源后，LED驅(qū)動(dòng)電路中的指示燈會(huì)亮，而系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)初始化配置進(jìn)行FPGA復(fù)位，同時(shí)進(jìn)行腳位檢測(cè)，根據(jù)腳位檢測(cè)結(jié)果判斷進(jìn)入正常模式或測(cè)試模式，采集電壓值之后經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字量通過(guò)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而信號(hào)輸出后需要通過(guò)引腳進(jìn)行強(qiáng)推，從而連接限流電阻。該系統(tǒng)主要通過(guò)信號(hào)輸入FPGA期間中，并由此產(chǎn)生調(diào)節(jié)GAMMA電壓值的信號(hào)，并作為控制編碼輸入到控制模板，最終實(shí)現(xiàn)液晶屏幕背光亮度調(diào)節(jié)的目的。

1.2.1 時(shí)序號(hào)控制信號(hào)產(chǎn)生

時(shí)序控制信號(hào)的產(chǎn)生主要通過(guò)FPGA的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)輸入時(shí)序控制信號(hào)，然后通過(guò)編程數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器以及柵極驅(qū)動(dòng)器，控制其在本系統(tǒng)中具有重要作用，文章主要是利用FPGA實(shí)現(xiàn)雙端可控通角的電壓，從而使輸出電壓發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液晶屏幕背光亮度的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)勢(shì)，且能夠避免移相調(diào)功率造成的問(wèn)題。

1.2.2 動(dòng)態(tài)Gamma電壓調(diào)整

當(dāng)外部環(huán)境不變時(shí)，時(shí)序控制信號(hào)的變化會(huì)引起驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的變化，從而改變GAMMA電壓值，具體實(shí)現(xiàn)原理是當(dāng)邏輯編程代碼給予信號(hào)不同的時(shí)序關(guān)系，F(xiàn)PGA將實(shí)時(shí)時(shí)序關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，并以脈沖信號(hào)的方式輸出，通過(guò)輸出信號(hào)的占空比來(lái)控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器以及柵極驅(qū)動(dòng)器。為了優(yōu)化本系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)增加其抗干擾性，本設(shè)計(jì)采用LD與DLO的時(shí)序控制關(guān)系進(jìn)行控制。

1.2.3 自適應(yīng)環(huán)境光背光亮度調(diào)整

為了提升FPGA的驅(qū)動(dòng)性能以及操作性，能夠在測(cè)試腳位檢測(cè)中設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)程序，從而區(qū)分亮場(chǎng)與暗場(chǎng)。亮場(chǎng)則僅需D/A轉(zhuǎn)化器輸出為數(shù)字信號(hào)，并將信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器，從而調(diào)整GAMMA電壓值；若為暗場(chǎng)，僅需將GAMMA電壓值調(diào)整為暗場(chǎng)參數(shù)級(jí)了。液晶顯示屏GAMMA電壓值的調(diào)節(jié)能夠使畫(huà)面更具有層次感。根據(jù)LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，需要通過(guò)背光驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，從而與FPGA相結(jié)合實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)環(huán)境光的自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)。經(jīng)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)電路能夠滿足產(chǎn)品要求，且為了避免LED驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)熱損壞，加裝了鋁基散熱裝置，能夠提高該系統(tǒng)的使用性能。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)FPGA自產(chǎn)信號(hào)顯示與外部信號(hào)源顯示，并且能夠?qū)崿F(xiàn)背光亮度與GAMMA電壓值的調(diào)節(jié)。

3 結(jié)論

文章所闡述的FPGA液晶模組設(shè)計(jì)具有較高的運(yùn)行效率，能夠在控制時(shí)序信號(hào)的同時(shí)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行可控性分析，從而提升而來(lái)產(chǎn)品的附加值，滿足不同客戶的需求。

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