基于FPGA和VHDL語言編程實現(xiàn)液晶屏信號發(fā)生器的設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于FPGA和VHDL語言編程實現(xiàn)液晶屏信號發(fā)生器的設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用引言

液晶顯示已成為目前平板電視與計算機顯示終端的主流，液晶顯示器的研究設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗等部門甚至消費者需要用一些定量或定性的方法和指標去檢驗液晶顯示器的質(zhì)量和特性。

液晶電視與液晶顯示器是數(shù)字化的顯示終端，為了與目前的計算機主機顯卡相兼容，計算機顯示器普遍保留了模擬制式的VGA接口，作為家用的液晶電視也普遍預(yù)留了VGA接口用來接收模擬的VGA顯示信號。目前的一些LCD白平衡調(diào)整及檢測設(shè)備所用的信號發(fā)生器都采用了從液晶電視和顯示器的AV信號接口、VGA接口或YPbPr電視接口往液晶屏輸送信號的方式，這幾種顯示信號須經(jīng)液晶屏的控制電路再次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸給液晶屏的數(shù)字掃描電路，在此過程中，信號發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)字信號經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換、傳輸和A／D轉(zhuǎn)換，必然帶來終圖像信號一定程度的失真與損耗。

因此本文旨在設(shè)計一種輸出數(shù)字量的信號發(fā)生器，直接經(jīng)過液晶屏的LVDS接口輸入數(shù)字量的信號。

1、液晶屏的接口

本文研制的信號發(fā)生器的接收端為友達光電（AUOPTRONICSCORPORATION）生產(chǎn)的“M220EW01V0”型號22“寬屏16：9LCD液晶屏。

該液晶屏的邏輯控制與驅(qū)動電路對外的接口為LVDS接口。內(nèi)部邏輯電路接收到LVDS輸入的差分信號后解析成LVTTL電平的圖像信號，由內(nèi)部時序控制器控制產(chǎn)生X方向和Y方向的掃描信號，液晶屏顯示出圖像。圖1為該液晶屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

液晶屏的典型幀頻率為60Hz，典型時鐘頻率為72．1MHz，LVDS接口接收的數(shù)據(jù)格式與時序如圖2，圖3所示。

可以看出，通過設(shè)置引腳27為高電平或低電平，接收數(shù)據(jù)的時序有所區(qū)別。本文將27腳直接連至GND設(shè)為低電平。

以上所描述是用VHDL語言編程產(chǎn)生圖像時序的基礎(chǔ)。

2、系統(tǒng)整體設(shè)計

2．1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文采用Altera公司CYCLONEⅡ系列EP2C20Q240C8FPGA作為主控制芯片，用VHDL硬件描述語言編程，以TI公司的SN75LVDS83芯片作為差分信號發(fā)送端，將系統(tǒng)產(chǎn)生的視頻圖像信號發(fā)送給液晶屏的LVDS接口。系統(tǒng)還包括按鍵控制輸入模塊，用于選擇顯示的圖形模式和調(diào)整灰階值；LCM模塊YM1602C用于顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息，如圖像的灰階值等；基于Microwire協(xié)議的93C46數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲系統(tǒng)參數(shù)；另外還有FPGA的JTAG接口電路，及用于主動配置方式的EPCS配置芯片部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2．2系統(tǒng)難點設(shè)計

液晶屏的數(shù)據(jù)輸入口是LVDS接口，傳輸圖像數(shù)據(jù)時采用LVDS技術(shù)。LVDS（LowVoltageDifferenTIalSignaling）是一種低擺幅的差分信號傳輸技術(shù)，它使得信號能在差分PCB線對或平衡電纜上以數(shù)百Mb／s的速率傳輸，其低壓、低擺幅與低電流驅(qū)動輸出實現(xiàn)了低噪聲和低功耗。

TI公司生產(chǎn)的SN75LVDS83芯片是用于平板電視視頻傳輸?shù)腖VDS發(fā)送芯片，3．3V供電，典型功耗250mW，無信號傳輸時功耗小于1mW，內(nèi)含4個7b并入串出移位寄存器，一個7倍時鐘倍頻器，共有5路LVDS驅(qū)動器，連接平衡線纜后可以同步傳輸28b單端TTL或LVTTL數(shù)據(jù)。

FPGA產(chǎn)生的圖像RGB數(shù)據(jù)及同步信號并行輸入SN75LVDS83芯片，它們之間的引腳連接關(guān)系如圖5所示。系統(tǒng)采用了兩片SN75LVDS83芯片，分別傳輸奇像素點RGB數(shù)據(jù)和偶像素點RGB數(shù)據(jù)。

FPGA與差分信號發(fā)送電路的工作頻率要求很高，F(xiàn)PGA的時鐘頻率達到50MHz，差分信號更足高達350MHz，因此，PCB的抗高頻干擾設(shè)計是硬件設(shè)計的難點。在PCB設(shè)計中特別注意了LVDS接口的差分信號布線，數(shù)字地與模擬地的隔離問題以及信號完整性分析，同時解決了LVDS接口的阻抗匹配問題。

3、系統(tǒng)圖像生成設(shè)計原理及實驗結(jié)果

3．1圖像生成設(shè)計原理

本文設(shè)計產(chǎn)生的圖像分三類，類是純彩色圖像，包括純紅、純綠、純藍和黑白圖像；第二類是方塊圖像，各方塊的色彩不同；第三類是運動圖像，圖像中有運動的元素。

在顯示類圖像時，只要將RGB值設(shè)定到某一組合值，無須變化，液晶屏就顯示出純彩色的圖像，在本文中還可以根據(jù)按鍵輸入修改RGB值，因此顯示的圖像灰度值就可以修改，顯示此類圖像時液晶屏表面每個像素點的RGB值都相同；顯示第二類圖像時，根據(jù)行計數(shù)器和列計數(shù)器送入不同的RGB值，就可以使液晶屏表面不同區(qū)域像素點的RGB值不相同，但這類圖像每幀都是相同的，因此是靜態(tài)圖像；RGB值除了根據(jù)行計數(shù)器及列計數(shù)器變化以外，RGB值還根據(jù)時間進行變化，這是第三類圖像產(chǎn)生的原理。

3．2實驗結(jié)果

表1為本系統(tǒng)叮實現(xiàn)的圖像及檢測功能。

圖6為液晶屏顯示的可調(diào)灰度值的純紅、純綠、純藍彩色圖像。

圖7為液品屏顯示的黑白間隔的九宮格圖像。

圖8是可調(diào)節(jié)速度的方塊運動圖像截圖。顯示的圖像清晰無抖動，運動圖像中的運動方塊速度可調(diào)節(jié)并且運動穩(wěn)定。

試驗測試結(jié)果表明，本信號發(fā)生器達到了設(shè)計要求，可以通過液晶屏的LVDS接口提供穩(wěn)定的圖像信號。

4、結(jié)語

本文研制的LCD測試用信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生測試LCD所需的各種圖像信號