LCD, düşük çalışma voltajı, düşük güç tüketimi, büyük miktarda ekran bilgisi, uzun ömür, kolay entegrasyon, kolay taşınabilirlik ve düşük elektromanyetik radyasyon kirliliği gibi birçok avantaja sahiptir. Ekran teknolojisinde ortaya çıkmıştır ve yaygın olarak cep telefonlarında, PDA ürünlerinde ve el aletlerinde kullanılmaktadır. Aletler ve diğer taşınabilir elektronik ürünler ve cihazlar.
LCD sürücü devresi, likit kristal ekran sisteminin önemli bir parçasıdır ve bilgisayar (veya MCU) ile sıvı kristal panel arasında bir arabirim devresidir. Ana işlevi, sıvı kristal ekran cihazının elektrotlarına verilen potansiyel sinyalin faz ve tepe değerini modüle etmektir. AC sürücü elektrik alanı kurmak için frekans ve diğer parametreler. LCD özelliklerinde büyük fark olması nedeniyle, geleneksel yöntem, her bir LCD türü için özel bir sürücü devresi geliştirmektir. Böyle bir tasarım zaman kaybeder ve tekrar kullanılabilirliği zayıftır. Bu nedenle, çoğu küçük ölçekli LCD sürücü devreleri için kullanılabilecek bir IP çekirdeği tasarlamak gereklidir ve bu sorunu IP çekirdeğini çoğaltmak suretiyle çözmek gerekir. Şu anda, sadece Yu-Jung Huang ve I-Shou Üniversitesi'nden diğerleri, gömülü mikroişlemcileri sisteme yerleştirerek bu işlevi gerçekleştirmek için farklı boyutlardaki LCD'leri çalıştırabilecek IP çekirdeklerini tasarladı. Bununla birlikte, bu gömülü mikroişlemci sistemi daha karmaşık ve daha maliyetli hale getirir. Farklı boyutlardaki LCD'leri sürmek için tasarlanan sürücü devresinin IP çekirdeği, devre sistemi karmaşıklığının ve yüksek maliyetinin dezavantajlarını etkin bir şekilde ortadan kaldırabilen FPGA kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
IP çekirdek sistem yapısı
Şekil 1 IP çekirdek sistem yapısı
IP çekirdekli kaskad düzenleme şeması
Şekil 2 IP çekirdekli kaskad düzenlemesi
Hat kontrol fonksiyonu simülasyon sonuçları
Şekil 3 Satır Kontrol Fonksiyonu Simülasyon Sonuçları
Kolon kontrol fonksiyonu simülasyon sonuçları
Şekil 4 kolon kontrol fonksiyonu simülasyon sonuçları
Tasarım özellikleri
Bugünün küçük LCD ekran uygulamalarının çoğunun gerçek ihtiyaçlarını karşılamak için, bu belgede tasarlanan LCD sürücü devresi IP çekirdek çipi 64 COM (satır) ve 64 SEG (sütun) çıkışlarına sahiptir ve yüksek hızlı 8 bit paralel MCU arayüzü. Ve seri arayüz, çip ekran verileri saklayan RAM içerir ve özel olarak 10 kontrol uçları tasarladı, rahat ve esnek kontrol edebilirsiniz. Esas olarak aşağıdaki ana işlevlere sahiptir:
1. Sıvı kristal ekran için tarama zamanlama sinyalini ve görüntü sinyali verisini sağlayın;
2, MCU ile doğrudan bağlantıyı bir veri yolu biçiminde destekler;
3, LCD (n & TImes; m) farklı ölçekleri sürebilir, n sürekli bir değer olabilir (n = 0 ~ 63), m 8'in bir katını alabilir (m = 8k, k doğal bir sayı alır);
4. Daha büyük LCD'ler çekmek için IP çekirdekler arasındaki kasayı destekler, 4 adete kadar IP çekirdek arası basamaklı geçişi ve sütunlar arası geçişi destekler;
5, farklı LCD cihazlara uyum sağlamak için daha geniş bir sürücü çıkış voltajı aralığı sağlayabilir;
Resim içinde resim, bölünmüş ekran ve diğer fonksiyonları sağlamak için
IP çekirdekli tasarım
Bu makalede, "yukarıdan aşağıya" tasarım yöntemine göre, önce çipi hiyerarşik fonksiyonlara ayırırken, mevcut LCD sürücü çip tasarım deneyimine atıfta bulunur ve bazı modülleri tasarlamak için "aşağıdan yukarıya" tasarım yöntemini birleştirir. Son olarak, sistem tasarım çerçevesine göre, her bir modül koordine edilir ve çipin genel fonksiyonel doğrulaması, tasarım şartnamesinin gereksinimlerini karşılamak üzere gerçekleştirilir.
sistem yapısı
Bu çalışmada tasarlanan IP çekirdek sisteminin yapısı Şekil 1'de gösterilmiştir. IP çekirdeği temel olarak aşağıdaki modülden oluşmaktadır: hat tarama ve kolon sinyal sürücü modülü, seviye değiştiren, ön ayarlı sayı zil sayacı, veri mandal modülü, kontrol mantığı modül, ekran veri RAM ve adres kod çözme modülü, MCU Arabirim modülü. Bu büyük modüllerden bazıları ayrıca birkaç alt modüle ayrılabilir.
Her modül tasarımı
MCU arayüz modülü
MCU arabirim modülü, bir IP çekirdeği ile bir harici denetleyici (MCU) arasındaki iletişim için bir arabirimdir ve veri iletimi için bir kanaldır. MCU komutları yazar, durumu okur veya bu arabirim üzerinden LCD sürücü çipindeki verileri görüntüler. Aynı zamanda, arayüz komut okuyucusu kontrolünü de kabul eder, böylece okuma ve yazma ve dahili operasyonlar birleştirilir. Çip, iki ana MCU kontrol sinyali ile uyumlu ve seri / paralel iki veri işletim modunu destekleyebilen daha karmaşık dahili kombinasyon mantığı ve sıralı mantık devreleri tarafından gerçekleştirilir.
Modül, veri yolu (8-bit) alt modülü, meşgul durum algılama alt modülü, bir okuma / yazma kontrolü gibi mevcut ortak LCD sürüş devresinin MCU arabirim modülünde yaygın olarak kullanılan birkaç alt-modüle sahiptir. -module ve bir MCU sürüm alt modülü. Yeni bir satır kaskad ve sütun basamaklı kontrol alt modülü eklenmiştir. Veri yolu çoğunlukla iç ve dış veri alışverişi için kullanılır; meşgul durum tespit alt modülü, MCU'nun durumunu belirlemek için kullanılır, sinyal okuma ve yazma işlemlerini koordine etmek ve dahili / harici sıfırlama sinyallerini almak için bir sistem meşgul sinyali üretir; okuma ve yazma kontrol alt modülü, doğru bir şekilde yazmak için kullanılır Okuma-yazma kontrol dizisi; MCU serbest bırakma alt modülü işlevi mantık birleşimi aracılığıyla, "okuma-değiştirme-yazma" işlemini gerçekleştirmek için çipte, MCU'yu serbest bırakarak MCU'nun aynı anda başka işlemleri gerçekleştirebilmesini sağlar; ve yeni basamaklı denetleyici Modülün ana işlevi, IP çekirdekleri arasında satır birleştirme ve sütun birleştirme elde etmektir. En fazla 16 IP bitiştirmesi (her biri 4 satır ve 4 sıra) desteklenebilir. CS0 ~ CS1 kademeli kontrol portları ve CS2 ~ CS3 kolon seviyeleridir. Ortak kontrol Örneğin, 8 IP çekirdeği ile çalıştırılabilen bir LCD (128 & TImes; 256) olduğunu varsayalım. Ayarlar yapıldığında, CS, 2 & TImes oluşturabilecek 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111'dir; IP çekirdek dizisini sür. Düzenlemenin şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmiştir.
Veri RAM ve adres çözme modülünü görüntüle
Bu modül esas olarak, görüntülenecek verinin depolanması için kullanılır ve ekran verilerinin kararlı çıktısını sağlamak için MCU arayüzü ile sinyal sürücü devresi arasında bir tampon görevi görür.
Modül iki alt modülden oluşur: bir RAM dizisi ve görüntü verisini saklamak için bir adres kod çözücüsü. Birincisi, kolon adresi, kolon adres devresi tarafından sağlanır, 8-bit RAM bellek hücrelerinin bir sütunu, kolon adres kod çözücüsü tarafından seçilir ve MCU, ara-yüz üzerinden okur / yazar; daha sonra, satır adresi dekoderi RAM'i satır birimleri halinde tarar. Ekran veri mandal devresiyle birlikte, tüm veri sırası elektrot sürücü devresi tarafından gösterilmek üzere sıvı kristal ekrana gönderilebilir ve çıkışa gönderilebilir.
Veri mandal modülü
Modül iki alt modülden oluşur: sütun numarası kontrol mandalı alt modülü ve sürücü mandalı alt modülü. Sütun numarası kontrol mandalı alt modülü, paralel 8 bit veri mandallarından oluşur. Ana işlev, veri veri yolu üzerindeki verileri kilitlemek ve kontrol mantığı modülünün kontrol sinyali ve saat sinyali altındaki RAM'den RAM'e çıkarmaktır. Bit veri yolundaki görüntü veri sinyalleri, karşılık gelen 8 bitlik veri mandallarında sırasıyla kilitlenir. 64-bit veri, her seferinde 8 kez 8 biti gerektirir. Sürücü mandalı alt modülü paralel bağlanmış 64 1 bit mandal tarafından oluşturulan 64 bitlik bir sürgüdür. Rolü, kontrol mantığı modülünün kontrol sinyali ve saat sinyali altındaki 8 8 bitlik verileri koymaktır. Mandalda iletilen m-bit verileri bir kerede kilitlenir ve daha sonra kolon sinyali elektrot sürücü modülüne girilir.
Kontrol mantığı modülü
Bu modülün ana görevi sinyal veri iletimini kontrol etmek ve kolon sinyal hatlarının sayısını seçmektir. Sütun numarası kontrol mandalı alt modülü, sürücü mandalı alt modülü ve saat jeneratörü, farklı boyutlardaki LCD'lere uygulanabilen işlevleri elde etmek için M sütun numarası kontrol girişi ile kontrol edilebilir. İhtiyaçlara göre, M nolu kolon numarası kontrol girişine farklı değerler girerek, kaç adet bit sayısı kontrol mandalının çalışma durumunda olduğunu ve diğer mandal birimlerinin boşta kalma durumuna ayarlandığını kontrol eder. Ekran verisi RAM'ındaki veriler, görev döngüsü sırasında 8-bit veri yolu üzerinden karşılık gelen sütun numarası kontrol mandalına kilitlenir ve daha sonra bir saat sinyalinin kontrolü altında bir zamanda elektrot tahriki için tahrik mandalına kilitlenir. Modül giriş sinyali. Bu şekilde, IP çekirdek, seçilen kolonların sayısını kontrol etme işlevini yerine getirebilir. M, "000" olduğunda, sütun numarası kontrol mandalının alt 8 biti (ilk mandal) çalışır, diğeri de boşta ve karşılık gelen kolon elektrotları SEG0 ~ SEG7'dir; M "001" olduğunda, kolon kontrol mandalının alt 16 biti (birinci ve ikinci mandalları) çalışır. Diğer tüm sütunlar ücretsizdir. Karşılık gelen sütun elektrotları SEG0 ~ SEG15; ve böylece, sütun kumanda mandalları 64'e kadar. Bit tüm çalışmayı kaydeder, ilgili kolon elektrotu SEG0 ~ SEG63'tür.
Elektrot sürücü modülü
Modül, temel olarak dört alt modülden oluşur: bir alt taramalı sürücü alt modülü, bir alt-modüle sahip bir sütun sinyali elektrotu, bir seviye kaydırıcı ve bir ön ayarlı sayı zili sayacı.
Seviye değiştiricinin işlevi, uygulanan bir kontrol sinyali ile lojik sinyalin gerilimini gerçek bir LCD sürüş voltajına dönüştürmek ve gerçek uygulama ihtiyaçlarına göre sürücü modülüne çıkış yapmaktır; Alt modülün kullanıldığı sıra tarama elektrotunun rolü, tarama elektrotlarının belirli bir tarama sinyali darbesi periyodu ile sağlanmasıdır; Kolon sinyal elektrotu tahrik alt modülünün fonksiyonu, mandaldan gelen karşılık gelen kolon elektroduna ve AC elektriği alanını oluşturmak için sıra elektrodunun tarama sinyalini uygulamak, böylece LCD cihazının ekranını sürmektir. Önceden ayarlanabilen halka sayıcılarının sayısı, farklı boyutlardaki LCD ekranlarına adapte olmak için sıra numarası kontrol terminali N (S0 ~ S5) boyunca sıra tarama elektrotlarının sayısını kontrol edebilir ve sıra numarası kontrol terminaline N göre farklı değerler girebilir. gerçek ihtiyaçlara. Belirli bir iş için satır sayısını kontrol edin ve diğer tüm elektrotlar boşta. Hat tahrik saati sinyalinin kontrolü altında, tarama hat doğrultusunda gerçekleştirilir ve çevrim, hat numarası kontrol terminali N'ye yeni bir değer girilene kadar tekrarlanır ve hat elektrotlarının yeni bir hat numarası bir hat içinde taranır. by-line bir şekilde. Örneğin, uygulanan sinyal N “011011” olduğunda, tarama elektrotlarının sayısı 27'dir. Satır tarama sürüş alt modülü, COM0 COMCOM26 sıralı elektrotları üzerinde bir progresif tarama sinyali üretir ve COM27 COMCOM63 diğer sıralı elektrotların tümü ayarlanır. Düşük bir seviyeye. Yeni uygulanan sinyal N “100011” ise, tarama elektrodu sürüş alt modülü COM0 COMCOM34 sıralı elektrotları üzerinde dolaşan aşamalı bir tarama sinyali üretir.
IP çekirdek sistemi uygulaması
İlk olarak, tüm sistem işlevinin yukarıdaki tanımına ve bölümlerine ve her modülün tasarımına göre, her bir işlev modülü VHDL dili ile ayrı ayrı modellenir; ikincisi, Xilinx firmasının FPGA cihazında, simülasyon ve sentez için EDA aracı ISE kullanılmaktadır. Tasarımı hata ayıklama ve optimize etme; daha sonra, her bir modülü bağlamak ve ilgili sistem hata ayıklama ve doğrulama gerçekleştirmek için en üst düzey modülü tanımlamak için VHDL kullanın; Son olarak, 64 COM (satır) ve 64 SEG (sütun) Çıkış, yüksek hızlı 8 bit paralel MCU arayüzü ve seri arabirim ile bir LCD sürücü devresi olsun, çip ekran verileri için RAM içerir ve CS'yi kontrol etmek için kaskadlanabilir Daha büyük LCD'ye ulaşmak için kaskatı genişletmek için, M numaralı sütun numarası ve farklı boyutlardaki LCD'ye uyum sağlamak için satır kontrol terminali N sayısı ile.
Simülasyon ve doğrulama
Bu makalede, tasarlanmış IP çekirdeğini iki adımda doğrulamak için bir simülasyon aracı olarak Xilinx simülasyon yazılımı ISE kullanılmıştır.
İlk olarak, bu çalışma ilk olarak, IP çekirdeğinin (dahili alt modüller dahil) her modülünün ön fonksiyonel doğrulamasını gerçekleştirir. Daha sonra, çipin çalışma sürecine atıfta bulunarak, tüm çip bir bütün olarak simüle edilir. Şekil 3 ve 4, tüm IP çekirdeğinin satır ve sütun kontrol fonksiyonlarını simüle etmek için ISE kullanan simülasyon sonuçlarını göstermektedir. Şekilde, CLK ve CLK1 sırasıyla MCU arayüz modülünün veri iletim kontrol saatleri ve sıra elektrot tarama darbeleridir; M ve N sırasıyla sütun ve sıra elektrotları için seçim kontrol terminalleridir; CS'nin düşük iki ve yüksek iki bitleri sırasıyla basamaklıdır. Kaskad kontrolü sütunlarla biter.
Şekil 3 ve Şekil 4'deki simülasyon sonuçları göstermektedir:
1. RESET yüksek olduğunda, IP çekirdeği başlangıç durumunda veya açık durumdadır; WRITE yüksek olduğunda, IP çekirdeği çalışma durumundadır ve görüntü verilerini alabilir.
2. Saatin (CLK) yükselen kenarında, MCU, arayüz üzerinden paralel olarak 8-çekirdek görüntü verisini IP çekirdeğinin RAM'sine yazar; CLK1 saatinin yükselen kenarında, yatay tarama sürüş elektrotları tarama pulslarını sırayla çıkarır ve kolon sinyal elektrotları verileri RAM'e koyar. SEG'den çıktı.
3. Kontrol terminallerinin sıra sayısı, taranan elektrotların sıra sayısını değiştirebilir. Sıra numarası seçim kontrol terminali N "3E" olduğunda, COM0 ~ COM61'de bir tarama sinyali verilir. Şekil 2'de gösterildiği gibi. Şekil 3'te gösterildiği gibi, birinci sıra saat sinyalinde, tarama sinyali elektrot COM61 üzerinde çıkar ve sıra elektrot sıradaki satırın saatinin kontrolü altında sırayla taranır; yedinci satır saat sinyali girildiğinde, N "22" olur, tarama sinyali COM33 dizisi elektrodunda çıkar ve aşamalı olarak azalır COM0 ~ COM33'ün aşamalı taranması gerçekleştirilir.
4. Kolon numarası kontrol terminali kolon sinyalinin elektrot sayısını değiştirebilir. Sütun numarası seçim kontrol terminali M "110" olduğunda, SEG elektrotu 48-bit bir çıktıdır; M "010" olduğunda, SEG'nin çıkışı 16 bit olur; M "101" olduğunda, SEG'nin çıkışı 40 bit olur. ; M "100" olduğunda, SEG'nin çıkışı 32 bit olur.
Bu makalede, IP çekirdeğinin sütun numarası kontrolü, satır numarası kontrolü ve çekirdekler arası basamaklandırma işlevleri işlevsel olarak doğrulanmış ve doğrulanmıştır. Burada sınırlı alan sadece sütun numarası ve satır numarası kontrol fonksiyonlarını açıklar.
Sonuç
Bu yazı bir LCD ekran sürücüsü çip IP çekirdeğinin tasarımını tartışmaktadır. Yukarıdan aşağıya tasarım fikrine göre, çip katmanlara ayrılır ve çipin genel işlevi doğrulanır. Çipin işlevsel doğrulamasında, bu belge, devrenin mantık fonksiyonunu ve zamanlama ilişkisini doğrulamak için VHDL donanım tanımlama dilini kullanır. LCD ekran sürücüsü, parametrik bir tasarıma sahiptir ve iyi bir taşınabilirliğe sahiptir ve taşınabilir cihazların ve PDA'ların ve diğer ilgili ürünlerin çeşitli düz panel ekran sistemi uygulamalarına kolayca uygulanabilir.
