开题报告-基于FPGA的TFT LCD驱动电路设计.doc

开题报告设计题目： 基于FPGA的TFT_LCD驱动电路设计一、选题依据1.设计目的及意义（1）设计目的随着液晶显示技术的迅速发展，薄膜场效应晶体管(TFT)显示屏得到了广泛的应用。而大规模复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)的发展，更是给设计人员带来了很大的便利。现有的面向工业控制设备和仪器仪表的小型LCD显示控制器，多采用单片机控制LCD。它的外围电路设计复杂，编程复杂，价格高且可移植性较差。本设计采用FPGA进行数字电路设计，设计灵活，工作效率得到了很大的提高。（2）设计意义液晶显示产业的蓬勃发展，其产业链上游也在不断的协调进步，对TFT_LCD控制和驱动IC的需求日益增长。目前我们IC设计公司数量已经突破400家大关，专注的领域也五花八门，从模拟电路到数字电路，从电源管理芯片到具有高端处理能力的核心处理器，都有相当数量的IC设计公司参与其中并已取得了突出的成绩。但是，惟有LCD控制可驱动芯片这一领域其主导者仍为欧美，韩日以及我国香港和台湾地区的企业。EDA技术的高速发展使电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化。大规模可编程器件CPLD/FPGA的出现，给设计人员带来了诸多方便。利用它进行产品开发，不仅成本低，周期短，可靠性高，而且具有完全的知识产权。FPGA技术的成熟将会给国内的显示领域水平提供更大的竞争力。2.设计拟解决的工程实际问题实际工程应用中，中小尺寸TFT_LCD模块一般都已经集成了驱动芯片和背光模组，使用者只需按照规格提供电源电压，扫描时序，并按照时序要求向TFT_LCD模块输送显示数据即可实现正常显示。采用FPGA作为控制芯片，可以缩短开发周期，并且可以在线编程，解决客诉问题，并且能更好的分析原因。3.设计拟应用的现场资料综述本设计主要用到的参考的资料是台湾Himax公司的FTF_LCD驱动IC的资料。以HX8292这颗芯片为例。它的datasheet里面给我们参考了做液晶设计的几种方案来适合这颗IC，并且给出了时序信号的大小，电源电压的大小都做了详细的分析，给这次设计带来了很大的方便与参考。作为TFT_LCD这个工业设计，驱动IC占据着举足轻重的地位。IC的基本了解也是我们作为设计人员的基本任务。4.设计拟应用的文献综述在文献1中概述了中国TFT_LCD产业的发展，分别阐述了TFT_LCD产业，世界TFT_LCD产业的发展，以及中国的现状和对中国未来TFT_LCD的展望。从80年代开始，经历过几次大的投资浪潮之后，中国大陆已经成为全世界最大的TN_LCD生产基地和主要的STN_LCD生产基地。2003年又开始大规模涉足TFT_LCD产业，以京东方科技集团股份有限公司收购韩国现代三条TFT_LCD生产线和所有LCD业务以及京东方和上广电又分别投资在大陆建设2条第五代TFT_LCD生产线为标志，中国正在步入世界液晶强国之列。 在文献3中介绍了DSP驱动T6963C内核液晶屏的原理, 给出了汉字和字符混合显示的方法。分析了限制液晶屏刷新速率的原因。针对C语言开发环境下,DSP驱动大尺寸液晶屏显示刷新速率较慢的问题, 提出了几种实用的软件改进方法：把C语言和汇编语言相结合提高字库点阵提取速度及液晶屏的数据传输速度; 增设页面缓存, 采用自动写入方式传送, 减少发送的命令数; 同时, 摒弃了低分辨率下常用的屏幕点阵填写模式, 采用与PC机中高速二级缓存Cabce命中技术相类似的索引码进行显示等。实验证明, 经改进后, 刷新全屏的平均时间由原来的2s减少到0.5s, 提高了液晶屏的显示效果。对于文献5讲的基于FPGA研究了液晶显示的驱动方法，参照液晶显示的逻辑和时序标准设计了可选择分辨率的通用液晶驱动，用Verilog硬件描述语言编写了通用液晶显示驱动控制器，可以实现不同分辨率的清晰动态显示，在不需要修改核心代码的情况下，普遍适用于多种分辨率图像切换显示。经实验验证，该通用液晶显示控制器占用资源少，能够满足液晶显示时序控制的要求，通用性好，可移植性强，在系统外扩高速存储设备后即可作为嵌入式系统的一部分驱动标准高分辨率液晶显示器。对于文献7介绍了基于CPLD液晶显示屏控制系统的设计方法, 并详细介绍了用VHDL硬件描述语言设计行,场液晶显示时序与控制的方法。并给出了帧存取控制的仿真结构图。该控制显示系统已成功运用在某型直升机惯导显示系统中。通过实际测试和评估, 该控制系统运行良好, 证明该设计方法十分有效。对于文献9根据N沟道和P沟道多晶硅薄膜晶体管的特性,使用Orcad作为辅助工具,设计了应用于132(RGB)176 TFT_LCD的栅驱动电路和数据驱动电路.TFT_LCD的参数对电路进行了模拟,实现了小尺寸液晶屏的TFT周边集成驱动电路的设计。对于TFT_LCD的驱动方式有很多种文献3， 5 ，7分别从DSP,FPGA和CPLD这几种逻辑芯片进行设计，每一种设计都有自己的优势，无论从硬件描述语言的应用范围还是仿真软件和画电路图软件都有所介绍。而文献1则介绍了TFT_LCD行业的整体发展从这些文献中收益很多，为我后续的设计提供了很多的灵感和帮助。二、设计方案及技术路线（一）设计方案1.设计方案方案一：采用单片机和FPGA相结合的方案实现驱动电路控制为了驱动一块 TFT-LCD 屏，需要两组信号：数据信号以及行扫描信号。从驱动系统的角度来看，这两组信号分别由两种驱动芯片来实现：数据驱动电路和栅驱动电路。在TFT_LCD周边需要对这两个电路提供时序和电压差。又需要设计时序控制电路。电源变换电路，公共电极驱动电路。本设计是用FPGA来驱动时序控制电路，用单片机来控制电源变换电路和公共电极驱动电路。并且把采集到的数据送给FPGA来综合控制电压与信号来驱动数据驱动电路和栅极驱动电路，从而来实现TFT_LCD的点亮。本设计用到2个控制芯片来对系统进行信号发生与电压变换，精度高，控制能力强。电源变换电路单片机时序控制电路逻辑控制单元TFT_LCD面板公共电极电路（没有图示）方案二：采用IC专用芯片的方案实现驱动电路控制TFT_LCD的驱动电路有行驱动和列驱动电路两类。行驱动电路是移位寄存器和电平移动器的组合。列驱动电路移位寄存器、锁存器和DAC的组合。LCD显示屏整体结构主要包括像素矩阵、行电极驱动电路、列电极驱动电路部分。其中，列驱动器采用台湾Himax公司生产的HX8312系列芯片。出于降低外围设计复杂度的考虑，我们采取将部分驱动模块集成于衬底的做法，使部分功能可在LCD屏上实现，这样会减少外围驱动电路中的引线和芯片数目，为驱动电路的设计带来很大简化。具体于本文设计主要思路是把诸如反向器、移位寄存器、传输门、缓冲器等电路模块集成于屏体形成屏上驱动电路，将驱动IC芯片HX8312同玻璃基板直接集成，使得面板的结构变得很简单、稳定性更强，LCD显示屏可以做得更轻更薄。行驱动控制模块液晶驱动及初始化模块电平转 换行驱动器LCD显示屏HX8312液晶驱动芯片IC控制器显示屏周边电路 （没有图示）方案三：采用FPGA驱动电路控制根据题目针对上海中航光电子提供的TFT_LCD模块和提供CCFL背光管工作电压的逆变器，需要设计LCD模块驱动电路和供逆变器工作的输出电压可调的电源电路，以实现对TFT_LCD模块显示像素的控制和液晶显示器背光亮暗的调节。系统整体框图如图所示。液晶面板为中航光电子提供的TFT_LCD模块。该液晶面板接口部分的电源电压为3.3V，需要为其提供4对LVDS接口信号。用的FPGA为Altera公司的。设计的基于FPGA的可编程逻辑器件对很多型号的液晶面板都适用，个别版本的面板修改程序即可。对于方案一来说信号控制稳定，时序控制好，但是电路复设计复杂，所用芯片过多，整体结构不轻便。对于方案二来说它完全解决了方案一的弊端，设计简单小巧，但是芯片负荷大，有可能会出现显示失常，同时专用芯片的价格高。对于方案三来说，这是一个通用的版本，对于很多TFT_LCD的设计都适用，电路结构简单，价格适中。但是需要对软件的编程做更好的优化，这样能补充芯片少的不良。本次设计用的是方案三。视频信号变换时序控制电路电源变换电路公共电极驱动 接 口源 极 驱 动 电 路栅 极 驱 动 电 路 液晶屏数 据 信 号时 钟 信 号同 步 信 号同步信号 电 源（没有图示）（二）技术路线1企业现场调研、收集数据，查阅收集与毕业设计有关的国内外文献资料，确定毕业设计题目及设计内容的可行性，分析毕业设计任务和技术要求，研究设计思路和设计方案。2进行总体设计方案的论证及分析，确定第三设计方案、参数和技术实现措施。同时查阅先关硬件在国内的应用情况3. 对已确定的方案进行分析用什么来实现，进一步设计模块电路。并且把模块电路通过仿真软件进行仿真，初步的分析电路设计出现的问题。4. 对于设计的软件部分进行编程，并且调试程序的正确性。5. 完善总体结构。做出最后的总结。三、可能存在的问题及解决措施1.可能存在的问题.画面显示闪烁可能比较严重。.画面的显示过度可能不自然。2.解决措施.画面闪烁的解决一般从公共电极的取值和时序的频率等这几个方面来考虑。设计的过程中是不会发现这个问题。需要设计出来后调试的过程中还会遇到。基本可以调公共电压会解决这个问题。.画面过度不自然基本上是gamma的电压分配不符合实际的电路控制。需要对gamma电压进行从新匹配。一般TFT_LCD屏内的芯片会有固定的算法，但是要根据实际的画质对外部的gamma电阻计算并且更换。四、设计成果完成毕业设计任务后，拟提交如下设计成果：1.基于FPGA的TFT_LCD驱动电路设计开题报告一份；2.与毕业设计内容有关的外文翻译资料（中英文）一份；3.基于FPGA的TFT_LCD驱动电路毕业设计（论文）一份；4.基于FPGA的TFT_LCD驱动电路系统电路原理图（protel格式）1张；5.基于FPGA的TFT_LCD驱动电路系统源程序代码；6.设计手册一本。五、进度计划时间安排完 成 主 要 内 容3.26至4.04企业现场调研、收集数据，查阅收集与毕业设计有关的国内外文献资料，确定毕业设计题目及设计内容的可行性，分析毕业设计任务和技术要求，研究设计思路和设计方案。4.05至4.12经指导教师审定，进行外文资料翻译工作，同时进行FPGA的TFT_LCD驱动电路方案论证比较，与指导教师共同研究确定设计方案、技术实现的可行性以及存在问题的解决措施和办法。4.13至4.26撰写毕业设计开题报告，在辅导老师审核后，根据修改意见进一步修改开题报告，并且翻译外文翻译。4.27至5.15绘制基于FPGA的TFT_LCD驱动电路系统原理图，完善电路功能和结构设计，对原理图以及硬件的选择进行分析。5.16至5.29主要进行基于FPGA的TFT_LCD驱动电路系统软件结构和流程图设计，完成FPGA的TFT_LCD驱动电路系统软件设计、程序调试及仿真。5.30至6.18整理资料，撰写基于FPGA的TFT_LCD驱动电路毕业设计论文，细化毕业设计内容，指导教师审阅毕业论文，修改后准备毕业答辩，提交基于FPGA的TFT_LCD驱动电路毕业设计（论文）成果。六、参考资料1 季国平. 中国TFT-LCD产业的发展J. 现代显示. 2005(08) 2 刘培正. 中国TFT-LCD产业发展之路J. 现代显示. 2005(08)3 刘高霞,史浩,刘维亚,郑喜凤. 基于DSP的大尺寸液晶屏驱动方法的研究J. 液晶与显示. 2006(01) 4 姚胜兴. 基于嵌入式系统的彩色液晶显示驱动控制J. 微计算机信息. 2007(02)5 苏维嘉,张澎. 基于FPGA的TFT-LCD控制器的设计和实现J. 液晶与显示. 2010(01) 6 罗菊华,杨传仁,张继华,陈宏伟. 基于FPGA的平板显示器件驱动电路的设计J. 液晶与显示. 2006(06)7 张朋,陈明,陈亚萍,赵怀军. 基于CPLD的液晶显示器控制系统设计J. 弹箭与制导学报. 2006(04) 8 陈亚萍,陈明. 基于DSP和CPLD的液晶显示控制器的设计J. 计算机测量与控制. 2007(04)9 徐杰,杨虹,郭树旭,李英博,郜峰利. TFT-LCD周边驱动电路集成化设计J. 液晶与显示. 2004(01) 10 胡桂阳,卢月琼,李昌禧. 用单片机制作的直流稳压可调电源J. 电子世界. 2005(12)11 胡惊. TFT-LCD数据驱动芯片的研究和设计D. 浙江大学 2006 12 魏志勇. TFT液晶模块驱动电路设计D. 哈尔滨工业大学 2006 13 徐婧婧. 彩色有源LCD显示屏外围驱动电路的研究与设计D. 吉林大学 2007 14 肖艳. TFT-LCD栅极驱动电源电路设计研究D. 电子科技大学 200715 张建,申智渊,于涛,朱棋锋,徐伟齐,常程,钱志刚.TFT-LCD生产工艺技术改进Z. 国家科技成果 16 黄子强编著.液晶显示原理M. 国防工业出版社, 200617 Jan Doutreloigne,Herbert De Smet.Low-Power High-Voltage CMOSLevel-Shifters for Liquid Crystal Display Drivers J IEEE, Nov. 1999 Page(s):213-21618 Hisao Okada, Yoshinori Ogawa. Development of a Low Voltage Source Driver for Large TFT-LCD System for Computer Applications J IEEE, 1991 Page(s):111-11419 Takahiro Nagano, Hiroshi Kageyama, Hajime Akimoto. A 5-inch SVGA Low-Temperature Poly-Si TFT-LCD with Integrated Digital Interface Driver J IEEE, 2001 Page(s):1438-144120 Hideki Asada, Kazumi Hirata, Kazunori Ozawa. A 2.7in 1.3MPixel Driver-Integrated Poly-Si TFT-LCD for Multimedia Projectors J IEEE, 1996 Page(s):190-191