為使產品在市場競爭中處于有力地位，在工業儀器儀表中，單色液晶屏逐漸被彩色屏取代是必然趨勢。由于數字彩色屏的解析度高，玻璃上的線路會更密，工藝和背光成本比模擬屏會更高。因此在對顏色要求不高的工業儀器儀表領域，低成本的模擬屏已成首選。本設計針對在工業儀表中具有較好應用背景的群創公司TFT模擬液晶屏AT056TN04，采用FPGA技術實現其驅動控制器設計。
1 顯示存儲器安排
液晶控驅動時序控制器是在系統時鐘、行同步時鐘和幀同步時鐘的控制下循環地把顯示存儲器中的數據送到液晶屏上，同時在微處理器的控制下完成顯存數據的更新。為簡化設計，液晶屏像素的每種顏色均采用1 b量化，可實現8種基本顏色，電路實現簡單。為方便結構安排，液晶屏左上角第一點坐標為(0，0)，右下角坐標為(233，319)。選用64 KB的SRAM作為顯示存儲器，每個存儲單元表示液晶屏上8個相鄰像素的一種顏色分量，其中紅色存儲在尾地址為00的單元中，綠色是01，藍色是10。雖浪費尾地址為11的單元，尋址卻十分方便。16位地址線的高8位為行地址，中間6位為列地址，低兩位為顏色地址。
2 液晶驅動時序設計
AT056TN04驅動信號中最重要的接口信號分別是：幀開始脈沖STV、掃描驅動移位時鐘CKV、掃描驅動輸出使能控制OEV、公共電極驅動信號Vcom、數據驅動輸出使能控制OEH、行掃描開始脈沖STH、數據采樣和移位時鐘CPH。AT056TN04顯示流程如下：首先是幀開始信號STV啟動一幀數據的顯示，經過一段時間OEV由低到高維持tOEV后再由高到低，同時VCOM發生跳變，OEH由高到低維持tOEH后再由低到高跳變，經過tDIS1后STH由低到高跳變，維持tSTH后再由高到低跳變，從而啟動第一行的顯示。在此期間CKV由低到高維持tCKV后，由高到低。一行顯示完成后，再換下一行顯示，如此重復下去。一幀數據顯示完后，再不斷循環此過程，其時序細節如圖1所示。
圖中所有時間間隔均為CPH的整數倍，因此用計數器tcph對CPH計數，判斷tcph的值便可產生其他控制信號，同時保證各路信號同步。各接口信號時間要求在AT056TN04的手冊中已經給出，CPH是整個時序中最小的單元，其周期為154 ns，誤差不能超過4 ns。采用13 MHz的有源晶振，時鐘周期為76．9 ns，對其進行2分頻，得到153．8 ns的CPH時鐘。AT056TN04每幀數據包含256～268行，真正的顯示行數是234行，其中最后的少部分行是不顯示數據的。外部控制器可以在這些不顯示數據的行里對顯示存儲器進行讀寫操作。本設計的每幀數據顯示行數設定為260行，那么STV就是每隔260行會產生一個脈沖，用一個行計數器th，當tcpvh為260(即一行顯示完)后th加1，以產生STV，STV出現后要延時tSV(3行)。每行時間設計為800個CPH，tcpvh的計數狀態如圖2所示。
圖中所有時間間隔均為CPH的整數倍，因此用計數器tcph對CPH計數，判斷tcph的值便可產生其他控制信號，同時保證各路信號同步。各接口信號時間要求在AT056TN04的手冊中已經給出，CPH是整個時序中最小的單元，其周期為154 ns，誤差不能超過4 ns。采用13 MHz的有源晶振，時鐘周期為76.9 ns，對其進行2分頻，得到153.8 ns的CPH時鐘。AT056TN04每幀數據包含256～268行，真正的顯示行數是234行，其中最后的少部分行是不顯示數據的。外部控制器可以在這些不顯示數據的行里對顯示存儲器進行讀寫操作。本設計的每幀數據顯示行數設定為260行，那么STV就是每隔260行會產生一個脈沖，用一個行計數器th，當tcph為260(即一行顯示完)后th加1，以產生STV，STV出現后要延時tsv(3行)。每行時間設計為800個CPH，tcph的計數狀態如圖2所示。
3液晶屏刷新模塊設計
AT056TN04配置為從左到右從上到下的掃描方式，每次讀入存儲8個點的三色信息(3 B)，每個CPH時鐘下RGB三字節數據同時向左移動一位，在PFGA的RGB輸出腳接4.7 kΩ的上拉電阻到5 V電源，產生VR，VG，VB信號驅動液晶屏。在RAM讀寫控制模塊和時序模塊的作用下控制器將顯示RAM中的圖像數據循環的送到液晶屏上顯示。使用計數器th和tcph就可以方便產生地址，從而實現對RAM的讀寫操作。其中th值作為行地址用，tcph[9：4]作為列地址，tcph[1：0]作為顏色地址。
在QuartusⅡ中的仿真結果如圖3，圖4所示，其中圖3是換行時的各信號的波形，圖4是換幀時各信號的波形。從結果可以看出，波形完全滿足設計要求。
4結 語
在合理的存儲器安排和行列計數器設計基礎上，巧妙地完成液晶時序控制和顯示存儲器數據的讀寫，實現對AT056TN04的8種基本顏色的顯示控制。由于采用FPGA設計，稍加修改便能以軟核的形式應用于其他液晶模塊，克服了單色液晶模塊色彩單調，而顏色豐富的數字彩色屏價格貴的缺點。對顏色要求不高的工業儀器儀表中具有一定的應用價值。