基于Actel FPGA的笔段式LCD驱动设计
笔段式液晶显示器具有低电压,低功耗,体积小,易于开发等特点,广泛应用在各种仪器仪表、电子设备及家用电器等方面。本文介绍的基于FPGA的笔段式LCD驱动器具有灵活性高,扩展性强,可快速构建等特点,与集成电路控制器相比,FPGA更加灵活,可以针对不同的液晶显示模块更改时序信号和显示数据。本设计选用Actel公司的Fusion系列器件,设计了笔段式液晶显示驱动控制器,为驱动控制LCD提供了一种完美的解决方案。
1. 笔段式LCD简介
液晶显示器简称LCD(Liquid Crystal Display)。利用液晶经过处理后能够改变光线传输方向的特性,达到显示字符或者图形的目的,所以它是一种被动式的显示器。
LCD显示器有笔段式和点阵式两种。点阵式LCD显示器的段电极与背电极呈正交带状分布,液晶位于正交的带状电极间。笔段式LCD显示器类似于LED数码管显示器。每个显示器的段电极包括七个笔划(段)和一个背电极BP(或COM)。可以显示数字和简单的字符,每个数字和字符与其字形码(段码)对应。一般的笔段式LCD如图 1所示。
为使液晶实现显示,必须满足一定的条件:首先要有足够强的电信号作用于液晶,使液晶分子的初始排列发生变化;其次是每个电(光、热)信号可以在一段时间内作用于一个或者多个像素单元。由于直流电场会导致液晶材料发生电解等化学反应,使电极急剧的老化,因此只能在像素电极上建立交流电场,而且应该尽量减少交流电场中的直流成分。由于液晶显示器件有类型、规格、型号的不同,对施加的电压波形、相位和频率、占空比等都有着不同的要求。
![](../img/eep/emb/emb-141771k4v5xv4igr.jpg)
图1 笔段式LCD
2. Actel FPGA技术
Actel公司是单芯片FPGA解决方案的领导厂商,早期以反熔丝FPGA为主,致力于航天航空和军用领域,对FPGA的可靠性要求相当高,并将Actel FPGA成功应用于超过300个太空计划,例如:国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车1号和2号、火星快车以及哈勃望远镜等。Actel近年来逐渐向民用市场开放,并率先推出了高安全性、高可靠性的Flash架构的FPGA,从第一代ProASIC到第三代ProASIC3,特别是第三代ProASIC3的广泛应用,显示出Actel FPGA的强大优势:单芯片、上电即行、非易失性、低功耗、高安全性、固件错误免疫、无NRE费用、快速原型构建等。
此外,Actel FPGA还可以结合Cortex-M1、ARM7及8051等软核MCU,实现真正的片上系统。
3. FPGA设计实现
(1)系统框图
基于Actel FPGA的笔段式LCD驱动设计框图如图 2所示。LCD需要交流的方波进行驱动以防止LCD的液晶分子过分扭曲。FPGA的I/O只能实现三种电平状态,分别是高电平、低电平和高阻态。为了提高选择点亮笔段与半选择笔段之间的对比度,公共背电极需要实现四种电平的状态,那么就需要外加分压电路的实现。
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