LCD har många fördelar som låg arbetsspänning, låg strömförbrukning, stor mängd displayinformation, lång livslängd, enkel integrering, enkel portabilitet och låg elektromagnetisk strålning. Det har dykt upp i displayteknik och används ofta i mobiltelefoner, PDA-produkter och handhållna instrument. Instrument och andra bärbara elektroniska produkter och apparater.
LCD-enhetens krets är en viktig del av det flytande kristalldisplaysystemet och är en gränssnittskrets mellan datorn (eller MCU) och den flytande kristallpanelen. Huvudfunktionen är att modulera fas- och toppvärdet för den potentiella signalen som matas ut till elektroderna i den flytande kristalldisplayanordningen. Frekvens och andra parametrar för att upprätta elektriskt fält för växeldrivning. På grund av den stora skillnaden i LCD-specifikationer är den konventionella metoden att utveckla en dedikerad drivkrets för varje typ av LCD-skärm. En sådan design slösar tid och har dålig återanvändning. Av denna anledning är det nödvändigt att utforma en IP-kärna som kan användas för de flesta småskaliga LCD-kretsar, och det är nödvändigt att lösa detta problem genom att multiplexera IP-kärnan. För närvarande har bara Yu-Jung Huang och andra från I-Shou University konstruerat IP-kärnor som kan köra LCD-skärmar i olika storlekar för att uppnå denna funktion genom att bädda in inbyggda mikroprocessorer i systemet. Den här inbyggda mikroprocessorn gör emellertid systemet mer komplext och dyrare. IP-kärnan i drivkretsen avsedd att driva LCD-skärmarna i olika storlekar implementeras med hjälp av FPGA, vilket effektivt kan övervinna nackdelarna med kretssystemets komplexitet och höga kostnader.
IP-kärnsystemstruktur
Figur 1 IP-kärnsystemstruktur
IP-kärnkaskadarrangemangsdiagram
Figur 2 IP-kärnkaskadarrangemang
Linjekontrollfunktions simuleringsresultat
Figur 3 Röstringsfunktionssimuleringsresultat
Simuleringsresultat för kolumnkontrollfunktionen
Figur 4 kolumnstyrningsfunktions simuleringsresultat
Design specifikation
För att möta de faktiska behoven hos de flesta av dagens mindre LCD-skärm-applikationer, har LCD-drivkretsens IP-kärnchip utformat i detta papper 64 COM (rad) och 64 SEG (kolumn) utgångar och har en höghastighets 8-bitars parallellt MCU-gränssnitt. Och det seriella gränssnittet, chipet innehåller RAM-minnet som lagrar displaydata och har specialdesignade 10 kontrolländar, kan styra bekvämt och flexibelt. Den har huvudsakligen följande huvudfunktioner:
1. Ge skanningstidssignal och visningssignaldata för flytande kristalldisplayen;
2, stödja den direkta anslutningen med MCU i form av en buss;
3 kan driva olika vågar av LCD (n & TImes; m), n kan vara ett kontinuerligt värde (n = 0 ~ 63), m kan bara ta en multipel av 8 (m = 8k, k ta ett naturligt tal);
4. Stödjer kaskaden mellan IP-kärnor för att driva större LCD-skärmar, som stöder upp till 4 IP-kärn-inter-bank-kaskad och mellankolonnering.
5, kan ge ett bredare utbud av drivutgångsspänning för att anpassa sig till olika LCD-enheter;
6, för att tillhandahålla bild-i-bild, skärmdisplay och andra funktioner.
IP-kärndesign
I detta papper delar först chipet i hierarkiska funktioner enligt "topp-ner" -designmetoden, men hänvisar till den befintliga konfigurationen av LCD-drivrutiner och kombinerar "bottom-up" -designmetoden för att utforma vissa moduler. Slutligen, Enligt systemdesignramen, samordnas varje modul och den övergripande funktionella verifieringen av chipet utförs för att uppfylla kraven i konstruktionsspecifikationen.
systemstruktur
Strukturen för IP-kärnsystemet som utformats i detta papper visas i Figur 1. IP-kärnan består huvudsakligen av följande moduler: Linjescan och kolumnsignaldrivrutinsmodul, nivåväxlare, förinställbar ringsignal, datalåsmodul, styrlogik modul, visning av data RAM och adressavkodsmodul, MCU-gränssnittsmodul. Vissa av dessa stora moduler kan också delas upp i flera delmoduler.
Varje moduldesign
MCU-gränssnittsmodul
MCU-gränssnittsmodulen är ett gränssnitt för kommunikation mellan en IP-kärna och en extern styrenhet (MCU) och en kanal för dataöverföring. MCU skriver kommandon, läser status eller visar data på LCD-drivrutinschipet genom detta gränssnitt. Samtidigt accepterar gränssnittet även kommandokoderkontrollen, så att läs och skriv och interna operationer kombineras. Chipet implementeras av mer komplexa internkombinationslogik och sekventiella logikkretsar, som kan vara kompatibla med de två mainstream-MCU-styrsignalerna och stödja seriella / parallella tvådatoperationslägen.
Modulen innehåller flera delmoduler som vanligtvis används i MCU-gränssnittsmodulen hos den befintliga gemensamma LCD-körkretsen, såsom en databuss (8-bitars) -modul, en upptagningsdetektering av underdetektionsdetektering, en läs- / skrivstyrningsdel -modul och en submodul för MCU-utgåva. En ny radkaskad och kolumnkaskadkontroll submodule har lagts till. Databussen används huvudsakligen för intern och extern datautbyte; Den upptagna statusdetekterings submodulen används för att bestämma status för MCU, genererar en systemupptagen signal för att koordinera signalläsnings- och skrivoperationer och mottaga interna / externa återställningssignaler; läs- och skrivkontrollens submodul används för att generera korrekt läs-skriv-styrsekvensen; MCU-frigöringsundermodulfunktionen är genom logisk kombination, i chipet för att utföra läs-modifiera-skriv-processen, släpp MCU så att MCU kan utföra andra operationer samtidigt; och den nya kaskadkontroller Modulens huvuduppgift är att uppnå radkonatatisering och kolonnförslutning mellan IP-kärnor. Upp till 16 IP-konkatationer (4 rader och 4 rader vardera) kan stödjas. CS0 ~ CS1 är kaskadkontrollportar, och CS2 ~ CS3 är kolonnnivåer. Gemensam kontroll Antag exempelvis att det finns en LCD-skärm (128 & TIM; 256), som kan drivas av 8 IP-kärnor. När inställningarna är gjorda är CS 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, som kan utgöra 2 & TImes; Kör IP-kärnanordningen. Schematiskt diagram för dess arrangemang visas i figur 2.
Visa data RAM och adressavkodningsmodul
Denna modul används huvudsakligen för att lagra data som ska visas och fungerar som en buffert mellan MCU-gränssnittet och signaldrivkretsen för att säkerställa den stabila utmatningen av displaydata.
Modulen innehåller två delmoduler: en RAM-array och en adressavkodare för lagring av visningsdata. Först ges kolumnadressen av kolumnadresskretsen, en kolumn med 8-bitars RAM-minnesceller väljs av kolumnadressavkodaren och MCU läser / skriver genom gränssnittet; Sedan skannar radadressavkodaren RAM-minnet i radenheter. I kombination med visningsdata låskretsen kan hela raden av data matas ut och matas ut till vätskekristalldisplayen för visning av elektrodkörkretsen.
Datalåsmodul
Modulen innehåller två delmoduler: Underkodens kolumnnummer kontrolllås och modulen för drivlås. Kolumnnummerkontrolllås submodule är sammansatt av k parallella 8-bitars data lås. Huvudfunktionen är att låsa data på databussen och mata ut den från RAM till RAM under styrsignalen och klocksignalen hos kontrolllogikmodulen. Skärmdatasignalerna på bitdatabussen är låsade i respektive 8-bitars datalås. 64 bitars data kräver 8 gånger och 8 bitar varje gång. Förarens låssubmodul är en 64-bitars drivspärr som bildas av 64 1-bitars spärrhakar kopplade parallellt. Dess roll är att sätta 8 8 bitars övre data under styrsignalens styrsignal och klocksignal. Den m-bitdata som överförs i spärren låses på en gång och matas sedan till kolumnens signalelektroddrivrutinsmodul.
Kontrolllogikmodul
Huvudrollen för denna modul är att styra signaldataöverföring och välja antal kolumnsignallinjer. Kontrollpanelens kolumnnummer, kontrollpanel, modulen för drivlås och klockgeneratorn kan styras av kolumnnummerstyringången M för att uppnå de funktioner som är tillämpliga på olika storlekar av LCD-skärmar. I enlighet med behoven, genom att mata in olika värden till kolumnnummerstyringången M, styr den hur många bitnummerkontrollspärrar som är i arbetsläge och de andra spärraggregaten är inställda på viloläge. Data i displaydataminnet låses in i motsvarande kolumnnummerkontrollspärr genom 8-bitars databussen under arbetscykeln och låses därefter i drivspärren för elektroddriften vid en tid under styrning av en klocksignal. Modulens ingångssignal. På detta sätt kan IP-kärnan genomföra funktionen att styra antalet valda kolumner. När M är "000" arbetar de nedre 8 bitarna (första spärren) hos kolumnnummerkontrollspärren, och den andra är i viloläge och motsvarande kolonnelektroder är SEG0 ~ SEG7; när M är "001" De nedre 16 bitarna (första och andra spärrhakarna) hos kolumnstyrspärren arbetar. Alla andra kolumner är gratis. De motsvarande kolonnelektroderna är SEG0 ~ SEG15; och så vidare tills kolonnkontrollspärren 64. Bitregistrera allt arbete, motsvarande kolonnelektrod är SEG0 ~ SEG63.
Elektroddrivningsmodul
Modulen består huvudsakligen av fyra delmoduler: En modul för raderingselektroddrivning, en modul med moduler för kolonnsignalelektroder, en nivåväxlare och en förinställd ringsignal.
Funktionen hos nivåskiftaren är att omvandla spänningen hos den logiska signalen till en faktisk LCD-drivspänning med en tillförd styrsignal och utmatning till drivmodulen enligt de aktuella applikationsbehoven. rollen för den ryskande elektroddrivningsundermodulen är att tillhandahålla radelektroderna med en viss period av avsökningssignalpulsen; funktionen hos kolumnsignalelektroddrivningsundermodulen är att anbringa data från spärren till motsvarande kolonnelektrod och avsökningssignalen hos radelektroden för att upprätta det elektriska fältet för drivning av växelström, varigenom bildskärmen av LCD-enheten drivs. Antalet ringräknare som kan förinställas kan styra antalet radskanningselektroder genom radnummerstyrkontakten N (S0 ~ S5) för att anpassa sig till LCD-skärmar av olika storlekar och mata in olika värden till radnummerstyrkontakten N enligt till verkliga behov. Styr antalet rader för ett visst jobb och alla andra elektroder är lediga. Under kontrollen av linjedrivkretssignalen utförs skanningen linje för rad och cykeln upprepas tills ett nytt värde matas in till linjenummerstyrningsterminalen N och ett nytt linjenummer av linjelektroder skannas i en linje- by-line sätt. När till exempel när den applicerade signalen N är "011011" är antalet avsökningselektroder 27. Rörsöknings-drivsubmodulen genererar en progressiv avsökningssignal på radelektroderna COM0 COMCOM26 och de andra radelektroderna COM27 COMCOM63 är alla inställda till en låg nivå. Om den nya applicerade signalen N är "100011" genererar genomsökningselektroddrivmodulen en cirkulerande progressiv avsökningssignal på radelektroderna COM0 COMCOM34.
IP-kärnsystem implementering
Först, enligt ovanstående definition och uppdelning av hela systemfunktionen och utformningen av varje modul, är varje funktionsmodul separat modellerad av VHDL-språk; För det andra, på Xilinx-företagets FPGA-enhet, används EDA-verktyget ISE för simulering och syntes. Felsöka och optimera designen; använd sedan VHDL för att definiera toppnivån för att ansluta varje modul och utföra motsvarande systemfelsökning och verifiering; slutligen få en LCD-drivkrets med 64 COM (rader) och 64 SEG (kolumner) Utgång, höghastighets 8-bitars parallellt MCU-gränssnitt och seriellt gränssnitt, chipet innehåller RAM för visningsdata och kan kaskadas för att styra CS för att expandera kaskaden för att möta den större LCD-skärmen, genom kolumnnummerreglaget M och antalet rader styrkontakt N för att anpassa sig till olika storlekar av LCD.
Simulering och verifiering
I denna artikel används Xilinx-simuleringsprogrammet ISE som ett simuleringsverktyg för att verifiera den designade IP-kärnan i två steg.
Först utför detta papper först preliminär funktionell verifiering av varje modul i IP-kärnan (inklusive interna delmoduler). Sedan, med hänvisning till chipets arbetsprocess, simuleras hela chipet som helhet. Figurerna 3 och 4 visar simuleringsresultat med användning av ISE för att simulera rad- och kolumnstyrfunktionerna för hela IP-kärnan. I figuren är CLK och CLK1 datatransmissionsstyrningsklockorna och radelektrodskanningsimpulserna i respektive MCU-gränssnittsmodulen; M och N är selektionsstyrterminalerna för kolonn- och radelektroderna; De låga två och höga två bitarna av CS är kaskadade respektive. Cascad kontroll slutar med kolumner.
Simuleringen resulterar i Figur 3 och Figur 4 illustrerar:
1. När RESET är hög är IP-kärnan i det ursprungliga tillståndet eller i klartillståndet; När WRITE är hög är IP-kärnan i arbetsläge och kan ta emot visningsdata.
2. På den stigande kanten av klockan CLK skriver MCU 8-bitars displaydata till IP-kärnans RAM parallellt genom gränssnittet; På den stigande kanten av klockan CLK1 matar de horisontella scan-drivande elektroderna sekvensiellt skanningspulserna, och kolonnens signalelektroder kommer att sätta data i RAM. Utgång från SEG.
3. Antal rader av kontrollterminaler kan ändra antalet rader av elektroder som skannas. När radnummervalets styrkontakt N är "3E", matas en skanningssignal ut på COM0 ~ COM61. Såsom visas i FIG. 3, i den första radens klocksignal matas avsökningssignalen ut på elektroden COM61, och radelektroden skannas rad efter rad under kontrollen av raddrivningsklockan; när den sjunde radklockan matas in, blir N "22", matas avsökningssignalen på radelektroden COM33 och gradvis minskas. Den progressiva avsökningen av COM0 ~ COM33 utförs.
4. Kolumnnummerstyrterminalen kan ändra antalet elektroder hos kolonnssignalen. När kolumnnummervalets styranslutning M är "110" är SEG-elektroden en 48-bitars utgång; när M är "010" blir utsignalen från SEG 16 bitar; när M är "101" blir SEG-utgången 40 bitar. ; När M är "100" blir SEG: s utsignal 32 bitar.
I det här dokumentet har funktionerna för kolumnnummerstyrning, radnummerstyrning och inter-core-cascading av IP-kärnan funktionaliserats och verifierats. Det begränsade utrymmet här beskriver bara kolumnnummer och radnummerstyrfunktioner.
Slutsats
I det här dokumentet diskuteras utformningen av en LCD-skärmdrivrutinschip IP-kärna. Enligt topp-down-designidén är chipet uppdelat i lager och den övergripande funktionen hos chipet är verifierad. I den funktionella verifieringen av chipet antar detta papper VHDL-maskinvarubeskrivningsspråk för att verifiera kretsens logiska funktion och tidsförhållande. LCD-bildskärmsdrivrutinen antar en parametrisk design och har en bra portabilitet och kan bekvämt appliceras på olika plattskärmssystemssystem av bärbara instrument och PDA och andra relaterade produkter.
