【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 53 54 測(cè)試結(jié)果 57 字符顯示 57 圖片顯示 58 60 結(jié)束語(yǔ) 61 參考文獻(xiàn) 63 致謝 62 基于 FPGA的 LCD控制器設(shè)計(jì) 5 第 1章 緒論 選題的背景與意義 液晶，是一種在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)既不同于固態(tài)、液態(tài)，又不同于氣態(tài)的特殊物質(zhì)態(tài)，它既具有各向異性的晶體所特有的雙折射性，又具有液體的流動(dòng)性。一般可分熱致液晶和溶致液晶兩類。在顯示應(yīng)用領(lǐng)域，使用的是熱致液晶，超出一定溫度范圍，熱致液晶就不再 呈現(xiàn)液晶態(tài)，溫度低了，出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，溫度升高了，就變成液體；液晶顯示器件所標(biāo)注的存儲(chǔ)溫度指的就是呈現(xiàn)液晶態(tài)的溫度范圍。液晶由于它的各向異性而具有的電光效應(yīng)，尤其扭曲向列效應(yīng)和超扭曲效應(yīng)，所以能制成不同類型的顯示器件 (Liquid Crystal Display 簡(jiǎn)稱LCD)。 在平板顯示器件領(lǐng)域，目前應(yīng)用較廣泛的有液晶 (LCD)、電致發(fā)光顯示 (EL)、等離子體(PDP)、發(fā)光二極管 (LED)、低壓熒光顯示器件 (VFD)等。 液晶顯示器件有以下一些特點(diǎn) ①低壓微功耗，②平板型結(jié)構(gòu)，③被動(dòng)顯示型（無(wú)眩光，不 刺激人眼，不會(huì)引起眼睛疲勞），④顯示信息量大（因?yàn)橄袼乜梢宰龅煤苄。?，⑤易于彩色化（在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)），⑥無(wú)電磁輻射（對(duì)人體安全，利于信息保密），⑦長(zhǎng)壽命（這種器件幾乎沒(méi)有什么劣化問(wèn)題，因此壽命極長(zhǎng)，但是液晶背光壽命有限，不過(guò)背光部分可以更換）。 之前，一般流行采用單片機(jī)來(lái)控制驅(qū)動(dòng) LCD。采用單片機(jī)控制 LCD的顯示在設(shè)計(jì)上相對(duì)比較簡(jiǎn)單。可以通過(guò) KEIL等軟件的編寫方便地控制 LCD的圖形以及字符的現(xiàn)實(shí)。但是由于單片機(jī)的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)。決定了在現(xiàn)實(shí)圖片或者字符的同時(shí)，單片機(jī)本身無(wú)法處理其他數(shù)據(jù)或者執(zhí)行其 他的運(yùn)算命令。這在某種程度上大大地降低了工作的效率。 而采用 FPGA來(lái)控制LCD則不存在這個(gè)問(wèn)題。但是由于 FPGA不像單片機(jī)，可以直接使用控制語(yǔ)句來(lái)方便地控制LCD。因此需要編寫大量的代碼來(lái)控制 LCD。因?yàn)檫@個(gè)原因， 采用 FPGA的設(shè)計(jì)一般都會(huì)再一次通過(guò)單片機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng) LCD的顯示。 本課題主要任務(wù)是設(shè)計(jì)基于 FPGA的 LCD控制器，兼顧好程序的易用性，以方便之后模塊的移植和應(yīng)用。最后在 FPGA上的任意位置顯示任意的 16*16D的中文字符以及 16*8的英文字符，另外要能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的變化同步變化 LCD上顯示的內(nèi)容。同 時(shí)要能將儲(chǔ)存模塊中的圖片數(shù)據(jù)正常地顯示在 LCD上。該課題的研究將有助于采用 FPGA的系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，特別是需要用到 LCD得采用 FPGA的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。同時(shí)可以大大縮短 FPGA的開(kāi)發(fā)時(shí)間。另外，由于模塊的易用性，也將使得更多的采用 FPGA的產(chǎn)品之上出現(xiàn) LCD，增加人機(jī)之間的交互性，為行業(yè)和我們的生活帶來(lái)新的變化。 LCD的 控制， 應(yīng)用 和市場(chǎng)的 發(fā)展現(xiàn)狀 在技術(shù)方面，因集成式的控制芯片具有包括了縮小了 IC的體積、低功率消耗、降低封裝 基于 FPGA的 LCD控制器設(shè)計(jì) 6 的成本、節(jié)省電路板的數(shù)量及體積等優(yōu)點(diǎn)，并使材料成本及 LCD后段組裝成本得以降 低，因此許多廠商紛紛朝向高集成度控制芯片發(fā)展，并積極開(kāi)發(fā)視訊應(yīng)用的控制芯片。而最新趨勢(shì)Smart Panel，在制程上則有簡(jiǎn)化流程、減少材料成本等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)資料顯示， Smart Panel可降低約 10%~15%的成本，這也是國(guó)外一些大廠所鐘愛(ài)的方式。 為降低控制 IC 成本，眾多 IC廠商紛紛推出集成式的單芯片控制 IC。美國(guó)的 Genesis最早推出集成式 IC，將 ADC、 Scaler、 OSD （內(nèi)置菜單）與 PLL(鎖相環(huán) )為一顆單芯片控制 IC。接著更進(jìn)一步集成入 DVI 組件，形成 LCD 雙?？刂?IC。其組件 集成數(shù)量持續(xù)增多，并漸漸添加 Video 的功能。當(dāng)前 Genesis 最高集成度的產(chǎn)品，集成入的組件已經(jīng)包括 ADC、 Scaler、PLL、 OSD、 TCON 與 DVI，僅剩 Video 的功能以及 SDRAM 的組件尚未集成。 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，液晶顯示器廠商的成本壓力越來(lái)越大，必須采用更簡(jiǎn)單的線路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)液晶顯示器的功能，以期降低成本，才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。 LCD控制 IC必將向高集成度方向發(fā)展，以滿足市場(chǎng)需要。 而在 LCD的應(yīng)用以及市場(chǎng)方面，雖然手機(jī)仍然是中小尺寸液晶顯示屏 (LCD)的最主要應(yīng)用設(shè)備 ，但便攜導(dǎo)航設(shè)備 (PND)、數(shù)碼相框和 MP3/便攜媒體播放器 (PMP)等新型設(shè)備，正在該市場(chǎng)的銷售額中占有越來(lái)越大的份額。由于這些產(chǎn)品所使用的顯示屏大于手機(jī)所用的顯示屏，因此在供應(yīng)商的工廠中同樣需要更多的面板，這對(duì)于 LCD面板生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)是個(gè)絕好的機(jī)會(huì)。 各種中小尺寸 LCD的產(chǎn)能擴(kuò)張和價(jià)格下降，促進(jìn)了其應(yīng)用領(lǐng)域的多元化。這又進(jìn)一步刺激了需求，并吸引許多其它產(chǎn)品來(lái)采用中小型 LCD，如白色家電和零售標(biāo)牌。 大多數(shù)行業(yè)內(nèi)的公司認(rèn)為，為了利用手機(jī)市場(chǎng)和新興產(chǎn)品，中小尺寸顯示屏供應(yīng)商必須相應(yīng)地平衡和調(diào)整策略，否則就可能 錯(cuò)失整個(gè)市場(chǎng)。 導(dǎo)航設(shè)備 PND的主要功能是顯示 GPS信息，因此能否顯示詳細(xì)并準(zhǔn)確地圖影像非常關(guān)鍵。這使得許多 PND制造商把目光轉(zhuǎn)向了更加精確的小型 LCD。 這方面出現(xiàn)的需求促使 iSuppli公司把 2020年 PND顯示屏市場(chǎng)的出貨量預(yù)測(cè)提高到了6,050萬(wàn)部。 2020年的出貨量為 1,080萬(wàn)部， 20202020年出貨量的年復(fù)合增長(zhǎng)率是 %。iSuppli以前預(yù)測(cè) 2020年出貨量是 5,400萬(wàn)部。 盡管中小尺寸 LCD價(jià)格下降，但 2020年 PND顯示屏的營(yíng)業(yè)額將從 2020年的 升到 ，年復(fù)合增長(zhǎng)率為 %。 2020年一年， PND顯示屏銷售額將比 2020年的 億美元增長(zhǎng)近一倍，達(dá)到 。 媒體播放器 但 PND不是推動(dòng)中小尺寸顯示屏市場(chǎng)繁榮的唯一消費(fèi)電子產(chǎn)品。 MP3/PMP目前是使此類顯示屏出貨量增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。 iSuppli公司預(yù)測(cè)， 2020年底 MP3/PMP單位出貨量將達(dá)到 ，而 2020年預(yù)計(jì)為 。 基于 FPGA的 LCD控制器設(shè)計(jì) 7 這相當(dāng)于 2020年顯示屏銷售額將達(dá)到 16億美元，略低于 2020年的 17億美元，這主要是因?yàn)橹行⌒?LCD價(jià)格隨著產(chǎn)能擴(kuò)張和制造工藝改進(jìn)而不斷下 降。 推動(dòng)顯示屏單位出貨量增長(zhǎng)的因素包括： ①消費(fèi)電子公司蘋果和它的 iPod產(chǎn)品線，以及距蘋果最近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手緊追不舍，從而推動(dòng) MP3/PMP市場(chǎng)整體增長(zhǎng)。 ② MP3音樂(lè)播放器變身進(jìn)入了 PMP領(lǐng)域。有源矩陣 LCD供應(yīng)商正在緊盯這個(gè)市場(chǎng)，以防止 AMOLED供應(yīng)商染指。 ③因?yàn)?PMP是消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一，而且隨著更多的產(chǎn)品涌現(xiàn)，將需要更多的 LCD來(lái)滿足需求。 數(shù)碼相框和便攜 DVD播放器等其它應(yīng)用每年需要的顯示屏越來(lái)越多。這些應(yīng)用需要較大的顯示屏 (約 )，因此它們的需求增長(zhǎng)可能對(duì)產(chǎn)能分配和供需 平衡造成較大的影響。 課題的主要研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)、難點(diǎn) 本課題主要研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn) 本課題的主要內(nèi)容是基于 FPGA的 LCD控制器的設(shè)計(jì)研究，并兼顧程序的易用性以方便以后模塊的移植。該課題設(shè)計(jì)到 FPGA得應(yīng)用， LCD驅(qū)動(dòng)的研究，字符以及圖像顯示模式的研究等知識(shí)。并利用 QUARTUS II 實(shí)現(xiàn)相關(guān)模塊的設(shè)計(jì)，在 FPGA上實(shí)現(xiàn)對(duì) LCD的控制，顯示任意中文，英文和圖像。 本課題的主要難點(diǎn)： 1. 1286412的液晶模塊指令集較為復(fù)雜，采用 FPGA設(shè)計(jì)需要定義的變量和狀態(tài)將會(huì)很多； 2. 中英文字符的顯示部分程序要考慮到程序的易用性，方便將來(lái)移植后的使用 ； 3. 圖形顯示部分，由于 1286412內(nèi)部圖形顯示 GDRAM的地址尋址方式的獨(dú)特性，并不是始終從 0到 15循環(huán)，而是隨著行數(shù)的增加會(huì)做一個(gè)移位。同時(shí) LCD屏幕上的點(diǎn)陣也被拆分為上下兩個(gè)半屏，分別對(duì)應(yīng) Y地址的 08和 915這導(dǎo)致了取模后的圖形所對(duì)應(yīng)的數(shù)組，如若按普通方法則不能正常顯示 。 課題研究預(yù)期目標(biāo) 本課題研究預(yù)期目標(biāo)主要包括 采用 FPGA控制 LCD在任意位置顯示任意中文以及英文字符，和在 LCD上顯示儲(chǔ)存模塊中 的圖像數(shù)據(jù) 。 課題研究預(yù)期理論目標(biāo) 1. 掌握 FPGA對(duì) LCD的控制方法 ，為課題研究做好理論準(zhǔn)備； 2. 通過(guò) FPGA對(duì) LCD的控制，使得任何開(kāi)發(fā)者都可以較為容易地通過(guò)此顯示控制模塊，在液晶上顯示所需的內(nèi)容。 ； ： 對(duì)于 1286412的特殊圖形 RAM對(duì)應(yīng) LCD的顯示方式，采用特定算法，使得 基于 FPGA的 LCD控制器設(shè)計(jì) 8 取模后的圖像所對(duì)應(yīng)的數(shù)組，無(wú)需經(jīng)過(guò)處理便可以通過(guò) FPGA (FiledProgrammable Gate Array)在 LCD上顯示 。 課題研究預(yù)期技術(shù)目標(biāo) 1. 中文字符在 LCD上的正常顯示 ； 2. 英文字符在 LCD上的正常顯示 ； 3. 輸入變動(dòng)的數(shù)據(jù)能 在 LCD上的 同步刷新顯示 ； 4. 圖像數(shù)據(jù)在 LCD上的正常顯示； 基于 FPGA的 LCD控制器設(shè)計(jì) 9 第 2章 現(xiàn)代 LCD技術(shù) 現(xiàn)代 LCD技術(shù)簡(jiǎn)介 在七十年代初液晶開(kāi)始作為一種顯示媒體使用以來(lái)，液晶的應(yīng)用范圍被逐漸拓寬，到目前已涉及游戲機(jī)，手機(jī) /電話機(jī)，電視，筆記本電腦 /掌上電腦， DC/DV以及液晶顯示器等領(lǐng)域。 在 1984年，歐美提出了 STNLCD，而同時(shí) TFTLCD技術(shù)也被提出，但仍不成熟，在 80年代末，日本掌握了 STNLCD的生產(chǎn)技術(shù)，在 93年，日本又掌握了 TFTLCD生產(chǎn)技術(shù)，液晶顯示器開(kāi)始向廉價(jià)低成本的方向發(fā)展，隨后 DSTNLCD誕生；另一方面向高端的薄膜式晶體管 TFTLCD發(fā)展， 97年，日本建成了一大批大基板尺寸的第三代 TFTLCD生產(chǎn)線。在此期間，韓國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣開(kāi)始介入液晶顯示器生產(chǎn)領(lǐng)域，我國(guó)內(nèi)地企業(yè)也引進(jìn)生產(chǎn)線，生產(chǎn)TNLCD，東亞地區(qū)逐漸發(fā)展成為世界液晶顯示器的主要生產(chǎn)地，第三代半及第四代TFTLCD生產(chǎn)線開(kāi)始建立，日本，韓國(guó)和中國(guó)（含臺(tái)灣?。┰谝壕э@示器生產(chǎn)及技術(shù)上開(kāi)始走在世界最前列。 大家知道，液晶是一種具有規(guī)則性 分子排列的有機(jī)化合物，它即不是固體也不是液體，它是介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，把它加熱時(shí)它會(huì)呈現(xiàn)透明的液體狀態(tài)，把它冷卻時(shí)它則會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。液晶按照分子結(jié)構(gòu)排列的不同分為三種：粘土狀的 Smectic液晶，細(xì)柱形的 Nematic液晶和軟膠膽固醇狀的 Cholestic液晶。這三種液晶的物理特性各不相同，而第二類的細(xì)柱形的 Nematic液晶最適于用來(lái)制造液晶顯示器。 按物理結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的液晶顯示器可分為以下幾種： 表 常見(jiàn)液晶顯示器 大家從上面就可看出 TN、 STN、 DSTN三種液晶都屬于無(wú)源矩 陣 LCD，它們的原理基本相同，不同之處只是各個(gè)液晶分子的扭曲角度略有差異而已，其中 DSTN（俗稱“偽彩”）在早期的筆記本電腦顯示器及掌上游戲機(jī)上廣為應(yīng)用，但由于其必須借用外界光源來(lái)顯像所以其有很大的應(yīng)用局限性，但這些早期的反射型單色或彩色沒(méi)有背光設(shè)計(jì)的 LCD可以做得更薄、更輕和更省電，如果能在技術(shù)上對(duì)其進(jìn)行革新這些東東對(duì)于掌上型電腦和游戲機(jī)來(lái)說(shuō)還是非常有用的。而 STN超扭曲向列型無(wú)源矩陣 LCD則是我們今天 小型 液晶顯示器上 應(yīng)用的主 基于 FPGA的 LCD控制器設(shè)計(jì) 10 流，它具有屏幕反應(yīng)速度快，對(duì)比度好，亮度高，可視角度大 等優(yōu)點(diǎn)。 圖 液 晶原理圖 最早的液晶顯示器 TN它由玻璃板，偏光器， ITO膜，配向膜組成兩個(gè)夾層等組成，它是所有液晶顯示器技術(shù)原理的鼻祖。而 TFT液晶顯示器同 TN系列液晶顯示器一樣由玻璃基板、 ITO膜、配向膜、偏光板等部分組成，它也同樣采用兩夾層間填充液晶分子的設(shè)計(jì)，只不過(guò)把 TN上部夾層的電極改為 FET晶體管，而下層改為共同電極。 STNLCD技術(shù)的顯示原理 傳統(tǒng)的 TN— I CD(扭曲向列液晶顯示器件 )具有電光響應(yīng)速度緩慢，閾值特性很不明顯的弱點(diǎn)，這給多路驅(qū)動(dòng)造成了困難，使其在