基于Actel FPGA的筆段式LCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　筆段式液晶顯示器具有低電壓，低功耗，體積小，易于開發(fā)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種儀器儀表、電子設(shè)備及家用電器等方面。本文介紹的基于FPGA的筆段式LCD驅(qū)動(dòng)器具有靈活性高，擴(kuò)展性強(qiáng)，可快速構(gòu)建等特點(diǎn)，與集成電路控制器相比，F(xiàn)PGA更加靈活，可以針對(duì)不同的液晶顯示模塊更改時(shí)序信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)選用Actel公司的Fusion系列器件，設(shè)計(jì)了筆段式液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器，為驅(qū)動(dòng)控制LCD提供了一種完美的解決方案。

　　1. 筆段式LCD簡(jiǎn)介

　　液晶顯示器簡(jiǎn)稱LCD(Liquid Crystal Display)。利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達(dá)到顯示字符或者圖形的目的，所以它是一種被動(dòng)式的顯示器。

　　LCD顯示器有筆段式和點(diǎn)陣式兩種。點(diǎn)陣式LCD顯示器的段電極與背電極呈正交帶狀分布，液晶位于正交的帶狀電極間。筆段式LCD顯示器類似于LED數(shù)碼管顯示器。每個(gè)顯示器的段電極包括七個(gè)筆劃(段)和一個(gè)背電極BP(或COM)?？梢燥@示數(shù)字和簡(jiǎn)單的字符，每個(gè)數(shù)字和字符與其字形碼(段碼)對(duì)應(yīng)。一般的筆段式LCD如圖 1所示。

　　為使液晶實(shí)現(xiàn)顯示，必須滿足一定的條件：首先要有足夠強(qiáng)的電信號(hào)作用于液晶，使液晶分子的初始排列發(fā)生變化;其次是每個(gè)電(光、熱)信號(hào)可以在一段時(shí)間內(nèi)作用于一個(gè)或者多個(gè)像素單元。由于直流電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致液晶材料發(fā)生電解等化學(xué)反應(yīng)，使電極急劇的老化，因此只能在像素電極上建立交流電場(chǎng)，而且應(yīng)該盡量減少交流電場(chǎng)中的直流成分。由于液晶顯示器件有類型、規(guī)格、型號(hào)的不同，對(duì)施加的電壓波形、相位和頻率、占空比等都有著不同的要求。

　　圖1 筆段式LCD

　　2. Actel FPGA技術(shù)

　　Actel公司是單芯片F(xiàn)PGA解決方案的領(lǐng)導(dǎo)廠商，早期以反熔絲FPGA為主，致力于航天航空和軍用領(lǐng)域，對(duì)FPGA的可靠性要求相當(dāng)高，并將Actel FPGA成功應(yīng)用于超過300個(gè)太空計(jì)劃，例如：國(guó)際太空站、火星探路者、火星探測(cè)登陸車1號(hào)和2號(hào)、火星快車以及哈勃望遠(yuǎn)鏡等。Actel近年來逐漸向民用市場(chǎng)開放，并率先推出了高安全性、高可靠性的Flash架構(gòu)的FPGA，從第一代ProASIC到第三代ProASIC3，特別是第三代ProASIC3的廣泛應(yīng)用，顯示出Actel FPGA的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)涡酒⑸想娂葱?、非易失性、低功耗、高安全性、固件錯(cuò)誤免疫、無NRE費(fèi)用、快速原型構(gòu)建等。

　　此外，Actel FPGA還可以結(jié)合Cortex-M1、ARM7及8051等軟核MCU，實(shí)現(xiàn)真正的片上系統(tǒng)。

　　3. FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　(1)系統(tǒng)框圖

　　基于Actel FPGA的筆段式LCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)框圖如圖 2所示。LCD需要交流的方波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以防止LCD的液晶分子過分扭曲。FPGA的I/O只能實(shí)現(xiàn)三種電平狀態(tài)，分別是高電平、低電平和高阻態(tài)。為了提高選擇點(diǎn)亮筆段與半選擇筆段之間的對(duì)比度，公共背電極需要實(shí)現(xiàn)四種電平的狀態(tài)，那么就需要外加分壓電路的實(shí)現(xiàn)。