基于A(yíng)ctel FPGA的筆段式LCD驅動(dòng)設計

　　筆段式液晶顯示器具有低電壓，低功耗，體積小，易于開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，廣泛應用在各種儀器儀表、電子設備及家用電器等方面。本文介紹的基于FPGA的筆段式LCD驅動(dòng)器具有靈活性高，擴展性強，可快速構建等特點(diǎn)，與集成電路控制器相比，FPGA更加靈活，可以針對不同的液晶顯示模塊更改時(shí)序信號和顯示數據。本設計選用Actel公司的Fusion系列器件，設計了筆段式液晶顯示驅動(dòng)控制器，為驅動(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(chēng)LCD(Liquid Crystal Display)。利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能夠改變光線(xiàn)傳輸方向的特性，達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(lèi)似于LED數碼管顯示器。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@示數字和簡(jiǎn)單的字符，每個(gè)數字和字符與其字形碼(段碼)對應。一般的筆段式LCD如圖 1所示。

　　為使液晶實(shí)現顯示，必須滿(mǎn)足一定的條件：首先要有足夠強的電信號作用于液晶，使液晶分子的初始排列發(fā)生變化;其次是每個(gè)電(光、熱)信號可以在一段時(shí)間內作用于一個(gè)或者多個(gè)像素單元。由于直流電場(chǎng)會(huì )導致液晶材料發(fā)生電解等化學(xué)反應，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(lèi)型、規格、型號的不同，對施加的電壓波形、相位和頻率、占空比等都有著(zhù)不同的要求。

　　圖1 筆段式LCD

　　2. Actel FPGA技術(shù)

　　Actel公司是單芯片FPGA解決方案的領(lǐng)導廠(chǎng)商，早期以反熔絲FPGA為主，致力于航天航空和軍用領(lǐng)域，對FPGA的可靠性要求相當高，并將Actel FPGA成功應用于超過(guò)300個(gè)太空計劃，例如：國際太空站、火星探路者、火星探測登陸車(chē)1號和2號、火星快車(chē)以及哈勃望遠鏡等。Actel近年來(lái)逐漸向民用市場(chǎng)開(kāi)放，并率先推出了高安全性、高可靠性的Flash架構的FPGA，從第一代ProASIC到第三代ProASIC3，特別是第三代ProASIC3的廣泛應用，顯示出Actel FPGA的強大優(yōu)勢：?jiǎn)涡酒?、上電即行、非易失性、低功耗、高安全性、固件錯誤免疫、無(wú)NRE費用、快速原型構建等。

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

　　3. FPGA設計實(shí)現

　　(1)系統框圖

　　基于A(yíng)ctel FPGA的筆段式LCD驅動(dòng)設計框圖如圖 2所示。LCD需要交流的方波進(jìn)行驅動(dòng)以防止LCD的液晶分子過(guò)分扭曲。FPGA的I/O只能實(shí)現三種電平狀態(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比度，公共背電極需要實(shí)現四種電平的狀態(tài)，那么就需要外加分壓電路的實(shí)現。