LCD-l on palju eeliseid, nagu madal tööpinge, vähene energiatarbimine, suur kuvariteave, pika eluea, lihtne integreerimine, lihtne kaasaskantavus ja madal elektromagnetiline kiirgusreostus. See on ilmnenud ekraanitehnoloogias ning seda kasutatakse laialdaselt mobiiltelefonides, PDA-seadmetes ja pihuarvutite jaoks. Instrumendid ja muud kaasaskantavad elektroonilised tooted ja seadmed.
Vedelkristallkuvar on olulise osa vedelkristallkuvaritest ning see on arvuti (või MCU) ja vedelkristallpaneel vaheline liides. Selle peamine ülesanne on moduleerida vedelkristallkuvaril olevate elektroodide väljundis oleva potentsiaalse signaali faasi ja piigi väärtust. Sagedus ja muud parameetrid, et luua vahelduvvoolu ajami elektrivälja. Tänu LCD-spetsifikatsioonide suurtele erinevustele on tavapärane meetod iga tüüpi LCD-de jaoks välja töötada spetsiaalne ajamisüsteem. Selline disain raiskab aega ja on vähese korduvkasutusega. Sel põhjusel on vaja kavandada IP-südamikku, mida saab kasutada enamikes väikesemahulistes vedelkristallide ahelates, ning see on vajalik selle probleemi lahendamiseks IP-südamiku multipleksimise teel. Praegu on ainult I-Shou ülikoolist Yu-Jung Huang ja teised I-Shou ülikoolist loodud IP-südamikud, mis võivad selle funktsiooni saavutamiseks juhtida eri suurusega LCD-kaarte, integreerides sisseehitatud mikroprotsessorid süsteemis. Kuid see sisseehitatud mikroprotsessor muudab süsteemi keerukamaks ja kulukamaks. Erineva suurusega LCD-de juhtimiseks mõeldud ajamisahela IP-südamik on rakendatud FPGA abil, mis võib tõhusalt ületada ahela süsteemi keerukuse ja kõrgete kulude puudusi.
IP põhisüsteemi struktuur
Joonis 1 IP põhisüsteemi struktuur
IP-põhise kaskaadi paigutusskeem
Joonis 2 IP-põhise kaskaadi paigutus
Line juhtimisfunktsiooni simulatsiooni tulemused
Joonis 3 Row-kontrolli funktsiooni simulatsiooni tulemused
Veeru juhtimisfunktsiooni simulatsiooni tulemused
Joonis 4 veeru kontrollfunktsiooni simulatsiooni tulemused
Disaini spetsifikatsioon
Selleks, et täita enamiku tänapäevaste väiksemate LCD ekraanide rakenduste tegelikke vajadusi, on käesolevas paberil kujundatud LCD draiveri kettale mõeldud IP-põhise kiibi jaoks 64 COM (rea) ja 64 SEG (veerg) väljundit ning sellel on kiire 8-bitise paralleelne MCU liides. Ja jadaliides, kiip sisaldab RAM-i, mis salvestab kuvaandmeid ja millel on spetsiaalselt loodud 10 juhtimisotsa, saab mugavalt ja paindlikult juhtida. Sellel on peamiselt järgmised põhifunktsioonid:
1. esitage vedelkristallkuvarile skannimise ajastuse signaali ja kuvasignaali andmed;
2, toetab bussi kujul otsest ühendust MCU-ga;
3 võib juhtida erinevaid LCD skaleeringuid (n & TImes; m), n saab olla pidev väärtus (n = 0 ~ 63), m saab võtta ainult mitu korda 8 (m = 8k, k võtma looduslikku numbrit);
4. toetab IP-südamike vahelist kasvu, et juhtida suuremaid vedelkristallekraanid, toetades kuni 4 IP-põhist pankadevahelist kaskaaditavat ja vahelduvat kaskaadreid;
5, võib pakkuda erinevatest LCD-seadmetest kohandamiseks erinevaid väljundpingeid;
6, et pakkuda pilt-pildi, jagatud ekraani ja muid funktsioone.
IP tuumiku disain
Käesolevas dokumendis jagatakse ülalt-alla disainimeetodi järgi kiip kõigepealt hierarhilisteks funktsioonideks, viidates samal ajal olemasolevale LCD-draiveri kiipide disaini kogemusele, ja ühendada mõne mooduli projekteerimisel alt üles suunatud disainimeetod. Lõpuks, vastavalt süsteemi projekteerimise raamistikule on iga moodul koordineeritud ja kiibi üldine funktsionaalne kontroll viiakse läbi nii, et see vastaks disaini spetsifikatsiooni nõuetele.
süsteemi struktuur
Käesolevas dokumendis kujundatud IP-põhisüsteemi struktuur on kujutatud joonisel 1. IP-tuum koosneb peamiselt järgmistest moodulitest: rida skaneerimise ja veeru signaali juhi moodulit, tasemeandurit, eelreguleeritavat numbriketta loendurit, andmete lukustusmoodulit, juhtimisloogikat moodul, kuvab andmeid RAM ja aadressi dekodeerimise moodul, MCU liidese moodul. Mõnda neist suurtest moodulitest võib jagada ka mitmesse alamoodulisse.
Iga mooduli disain
MCU liidese moodul
MCU liidese moodul on IP-põhise ja välise kontrolleri (MCU) vahelise sidepidamise liides ning see on andmeedastuseks mõeldud kanal. MCU kirjutab käske, loeb olekut või kuvab selle liidese kaudu vedelkristallekraanilt andmeid. Samal ajal aktsepteerib liides ka käsu dekoodri juhtimist, nii et lugeda ja kirjutada ning sisemisi operatsioone kombineerida. Kiipi rakendatakse keerukamate sisemise kombineeritud loogika ja järjestikuste loogikaahelate abil, mis sobivad kokku kahe peamise mikrolülituse kontrollsignaaliga ja toetavad kahe andmeoperatsioonirežiimi seeria / paralleelselt.
Moodul sisaldab mitmeid alamooduleid, mida tavaliselt kasutatakse olemasoleva ühise vedelkanali MCU liidese moodulis, näiteks andmebussi (8-bitist) alamoodulit, hõivatud oleku tuvastamise alamoodulit, lugemis- / kirjutamisjuhtimise alam-moodulit -moodul ja MCU vabastamise alamoodul. Lisatud on uus rea kaskaadi ja veergu kaskaadi juhtimise allmoodul. Andmebaasi kasutatakse peamiselt sisemiste ja väliste andmevahetuste jaoks; stabiilse oleku avastamise alammoodulit kasutatakse MCU oleku määramiseks, genereerib süsteemi hõivatud signaali signaali lugemis- ja kirjutamisoperatsioonide koordineerimiseks ning sisemise / välise lähtestussignaali vastuvõtmiseks; lugemis- ja kirjutamisjuhtimise alammoodulit kasutatakse korrektse lugemise kirjutamise kontrolljärjestuse loomiseks; MCU vabastuse alamooduli funktsioon on läbi loogikombinatsiooni, et kiip toimiks "read-modify-write" protsessi, vabasta MCU nii, et MCU saaks samal ajal teha muid toiminguid; ja uus kaskaadikontroller Mooduli põhiülesanne on saavutada IP-südamike ristkontakteerimine ja veeru liitmine. Toetada saab kuni 16 IP-ühendamist (4 rida ja 4 rida). CS0 ~ CS1 on kaskaadi juhtimispordid ja CS2 ~ CS3 on kolonni tasemed. Ühiskontroll. Näiteks oletame, et on LCD (128 & TImes; 256), mida saab juhtida 8 IP-südamiku poolt. Kui seadistused on tehtud, on CS-id 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, mis võib moodustada 2 ja TImes; Drive IP-põhise massiivi. Selle paigutuse skemaatiline diagramm on kujutatud joonisel 2.
Kuva andmed RAM ja aadress dekodeerimise moodul
Seda moodulit kasutatakse peamiselt kuvatavate andmete salvestamiseks ja toimib MCU-liidese ja signaalihalduri vahelise puhverena, et tagada kuvatavate andmete stabiilne väljund.
Moodul sisaldab kahte alamoodulit: RAM-massiiv ja aadressidekooder kuvaandmete salvestamiseks. Esiteks, veeru aadress esitatakse veeru aadressiribal, veeru aadressi dekooder valib 8-bitise RAM-lahtri veeru ja MCU loeb / kirjutab läbi liidese; siis reaaadi dekooder skaneerib RAM-i riduühikutes. Kombineerides ekraani andmete lukustusahelat, saab terve rea andmeid väljastada ja väljastada vedelkristallkuvarile, mida kuvatakse elektroodi juhtimisahelas.
Andmete lukusti moodul
Moodul sisaldab kahte alamoodulit: veeru numbri kontrollsulguri alamoodulit ja ajamiriba alamoodulit. Veeru numbri kontrollsulg-alamoodul koosneb k paralleelsest 8-bitise andmefastisüsteemist. Peamine ülesanne on lukustada andmesibussi andmed ja väljastada see RAM-st mällu juhtsignaali ja kontroll-loogikamooduli kella signaali kaudu. Andmebaasis olevad kuvaandmed signaalid lukustatakse vastavates 8-bitiste andmete lukudena. 64-bitised andmed vajavad iga kord 8 korda ja 8 bitti. Juhtlukuga alamoodul on 64-bitise ketaslukuga, mis on moodustatud paralleelselt ühendatud 64 1-bitise lukuga. Selle ülesandeks on kontroll-loogika mooduli juhtsignaali ja kellaignaali edastamine 8-bitise ülemise 8-bitise andmeedastuse jaoks. Sulguriga edastatavad m-bitised andmed lukustatakse korraga ja seejärel sisestatakse veeru signaali elektroodi juhtmoodul.
Kontrolli loogika moodul
Selle mooduli peamine roll on signaali andmeedastuse juhtimiseks ja veerusignaaliliinide arvu valimiseks. Veergude numbri kontrollsulguri alamoodulit, ajamiriba alamoodulit ja kelggeneraatorit saab juhtida veeru numbri kontrollsisendiga M, et saavutada erinevate mõõtmetega LCD-de jaoks kasutatavad funktsioonid. Vastavalt vajadustele, sisestades veerus numbri juhtimissisendisse M erinevad väärtused, kontrollib see, kui palju bitiarvukontrolli lukke on tööasendis, ja teised lukustusüksused seatud ooterežiimile. Displei andmete RAM-id lukustatakse töötsükli ajal 8-bitise andmebussiga vastavasse veeru numbri juhtimisstiilusse ja seejärel lukustatakse elektroodi ajami juhtimisstiil üheaegselt kella signaali juhtimise ajal. Mooduli sisendsignaal. Nii saab IP-tuum rakendada valitud positsioonide arvu kontrollimise funktsiooni. Kui M on "000", siis toimivad veeru numbri kontrollsulguri alumine 8 bitti (esimene riiv) ja teine on tühikäigul ja vastavad kolonnikelektroodid on SEG0 ~ SEG7; kui M on "001", siis töötavad veeru juhtsulguri alumine 16 bitti (esimene ja teine riiv). Kõik muud veerud on tasuta. Vastavad kolonnikelektroodid on SEG0 ~ SEG15; ja nii edasi, kuni veergude juhtimine fikseerub 64. Bit register kõik tööd, vastav veerg-elektrood on SEG0 ~ SEG63.
Elektroodi ajami moodul
Moodul sisaldab enamasti neli alamoodulit: rida skaneerimisega elektroodi juhtimise alamoodulit, veergu signaali elektroodi juhtimise alamoodulit, tasemeandurit ja eelseadistatud numbriketaste loendurit.
Tõukuristi funktsioon on muuta loogilise signaali pinge tegelikuks LCD juhtpöördeks rakendatud juhtsignaali abil ja juhtimismoodulile väljund vastavalt tegelikule rakendusvajadusele; rida skaneeriva elektroodi juhtimise alamooduli roll on anda rida elektroode teatud aja skaneeriva signaali impulsiga; veeru signaali elektroodi juhtimise alamooduli funktsioon on rakendada andmeid riivi küljest vastava veerukleebi elektroodi ja ridaelektroodi skaneerimissignaaliga, et luua vahelduvvoolu juhtiv elektrivälja, mis tõkestab vedelkristalleseadme kuvamist. Eelseadistatud rõngasloendurite arv saab reguleerida rida skaneerivate elektroodide arvu reanumbri juhtsignaali N (S0 ~ S5) abil, et kohanduda erineva suurusega LCD-ekraanidele ja sisestada erinevad väärtused ridaarvuti juhtklemmile N vastavalt tegelikele vajadustele. Konkreetse töö rea arv kontrollib ja kõik teised elektroodid on jõude. Jooneseadise kella signaali juhtimisel viiakse skaneerimine läbi rida joonega ja tsükkel korratakse, kuni reanumbri juhtsignaali N sisestatakse uus väärtus ja liini elektroodide uus liinide arv skaneeritakse rida- ükshaaval. Näiteks kui rakendatud signaal N on "011011", on skaneerivate elektroodide arvuks 27. Rida skaneerimise juhtimise alamoodul genereerib progressiivse skaneerimise signaali rea elektroodidel COM0 COMCOM26 ja kõik teised rea elektroodid COM27 COMCOM63 on kõik seadistatud madalale tasemele. Kui uus rakendatud signaal N on "100011", genereerib skaneemelektroodide juhtimise alamoodul ringlevate progresseeruva skaneerimise signaali rea elektroodidel COM0 COMCOM34.
IP põhisüsteemi rakendamine
Esiteks, vastavalt ülaltoodud määratlusele ja kogu süsteemi funktsiooni ja iga mooduli disaini jagamisele, on iga funktsiooni moodul eraldi modelleeritud VHDL-keele abil; teiseks, Xilinxi ettevõtte FPGA-seadmes kasutatakse simulatsiooni ja sünteesi jaoks EDA-vahendit ISE. Silumine ja disaini optimeerimine; siis kasuta VHDL-i, et määratleda iga mooduli ühendamiseks kõrgemal moodul ja sooritada vastav süsteemide silumine ja kontrollimine; Lõpuks saate LCD draiveri ahelaga 64 COM (rida) ja 64 SEG (veerud). Väljund, kiire 8-bitise paralleelse MCU-liides ja jadaliides, kiip sisaldab ekraaniandmete jaoks RAM-i ja saab CS-i juhtimiseks kaskaadida laiendama kaskaadi, et vastata suuremale vedelkristallekraanile, veeru numbrijuhi M kaudu ja ridade arvu kontrollklemmi N abil, et kohaneda erineva suurusega LCD-ga.
Simulatsioon ja kontrollimine
See artikkel kasutab Xilinxi simuleerimise tarkvara ISE simulatsioonivahendina, et kontrollida kavandatud IP-südamikku kahes etapis.
Esiteks, see paber esmalt toimib esialgselt funktsionaalset kontrolli iga mooduli IP tuum (sealhulgas sisemised alamoodulid). Siis, viidates kiibi tööprotsessile, kogu kiip on simuleeritud tervikuna. Joonised fig 3 ja 4 näitavad simuleerimise tulemusi, kasutades ISE-i, et simuleerida kogu IP-südamiku rea ja veeru juhtimisfunktsioone. Joonisel on CLK ja CLK1 vastavalt MCU-liidese mooduli andmeedastuse juhtkellad ja rea elektroodide skaneeringu impulsid; M ja N on kolonni ja rida elektroodide valimise juhtimisklemmid; kahe CS-i ja kõrge kahe CS-i bitti on vastavalt kaskaadiga. Kaskaadi juhtimine lõpeb veergudega.
Simulatsiooni tulemuseks on joonis 3 ja joonis 4 illustreerib:
1. Kui RESET on kõrge, on IP-tuum esialgses olekus või tühjas olekus; kui WRITE on kõrge, on IP-tuum töövalmis ja saab kuvatavaid andmeid vastu võtta.
2. Kella CLK tõusvas servas kirjutab MCU paralleelselt liidese kaudu IP-põhise RAM-i 8-bitise kuvaandmed; kella CLK1 tõusva serva juures liiguvad horisontaalsete skannimisjuhtmete elektroodid järjestikku skaneerimiskiiruse impulsse ja veerusignaali elektroodid asetavad andmed RAM-i. Väljund SEG-st.
3. Juhtklemmide ridade arv võib muuta skaneeritud elektroodide ridade arvu. Kui reanumbri valimise juhtnupp N on "3E", väljastatakse skaneerimissignaal COM0 ~ COM61. Nagu joonisel fig. 3 esimeses reas oleva kella signaaliga väljastatakse skannimis signaal elektroodil COM61 ja rea elektrood skaneeritakse reas rea rea juhtimiskellade juhtimise all; kui sisestatakse seitsmes reas olev kellaignaal, N muutub "22", siis skaneeritakse signaali rea elektrood COM33 ja see väheneb järk-järgult. Tehakse COM0 ~ COM33 progressiivne skaneerimine.
4. Veeru numbri kontrollterminal võib muuta veerusignaali elektroodide arvu. Kui veeru numbri valimise juhtseade M on "110", on SEG elektrood 48-bitise väljundi; kui M on "010", muutub SEG väljundiks 16 bitti; kui M on "101", on SEG väljund 40 bitti. ; Kui M on "100", muutub SEG väljundiks 32 bitti.
Selles dokumendis on funktsionaalselt kontrollitud ja kontrollitud veeru numbri juhtimise, rea numbri juhtimise ja IP-tuumaga inter-core kaskaadfunktsioonide funktsioone. Piiratud ruum siin kirjeldab ainult veeru numbrit ja rea numbri kontrolli funktsioone.
Järeldus
See dokument käsitleb LCD ekraanijuhi kiipi IP-põhist konstruktsiooni. Ülalt-alla disaini idee kohaselt on kiip jaotatud kihtideks ja kiibi üldine funktsioon on kontrollitud. Kiip funktsionaalsel kontrollimisel võtab käesolev paber VHDL-i riistvarakirjelduse keelt, et kontrollida vooluahela loogikafunktsiooni ja ajastamise suhet. LCD-ekraanijuht võtab parameetriga disaini ja omab head liikuvust ja seda saab hõlpsalt rakendada kaasaskantavate instrumentide, pihuarvutite ja muude sellega seotud toodete erinevate lamekuvarite süsteemide rakenduste jaoks.
