動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)LCD視頻控制芯片的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞： LCD , 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) , 視頻控制

液晶顯示技術(shù)以其平板化、高分辨率、高對(duì)比度、無(wú)電磁輻射、低功耗、數(shù)字式接口、易集成和輕巧便攜等特點(diǎn)率先進(jìn)入市場(chǎng)并不斷拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,特別是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶視頻技術(shù)的發(fā)展,給儀器、設(shè)備的小型化及智能化帶來(lái)了廣闊前景.而要利用LCD液晶顯示器，必須有相應(yīng)的LCD控制器及一定空間的顯示存儲(chǔ)器。在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶圖形顯示控制芯片領(lǐng)域，日本Epson公司研制的液晶圖形顯示控制主打器件s1d13706芯片以其接口界面簡(jiǎn)單、豐富的顯示功能和低價(jià)位而最有影響力，但由于s1d13706芯片較低的集成度限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。本課題組設(shè)計(jì)的芯片是針對(duì)s1d13706動(dòng)態(tài)，滿足移動(dòng)通信設(shè)備和PDA等對(duì)尺寸和電池壽命敏感的嵌入式系統(tǒng)的需求。

1 　設(shè)計(jì)要求
　　
在此設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶顯示控制芯片為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)器和LCD顯示屏提供時(shí)序信號(hào)與顯示數(shù)據(jù),既可以接受MCU的直接操作，又可以脫機(jī)獨(dú)立控制并驅(qū)動(dòng)液晶顯示，同時(shí)具有管理顯示存儲(chǔ)器的能力，使MCU擺脫了繁瑣的顯示控制。該LCD控制芯片的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：a. 支持虛擬顯示和分屏顯示；b. 硬件上實(shí)現(xiàn)畫面旋轉(zhuǎn)、畫中畫、透明顯示；c. 支持動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)超扭轉(zhuǎn)式向列型STN、薄膜式晶體管型TFT顯示屏；d.支持多種顏色深度；e. 能與多種MCU總線接口適配；f. 為液晶顯示屏提供可配置的掃描時(shí)序信號(hào)。

2 　模塊劃分及功能分析和實(shí)現(xiàn)

2. 1 　控制芯片的系統(tǒng)描述
　　
LCD控制芯片可分成MCU接口模塊、存儲(chǔ)接口模塊、控制功能模塊和輸出功能模塊，并在液晶顯示控制芯片內(nèi)集成了振蕩電路XTAL OSC和用于產(chǎn)生1.8 V的內(nèi)部電路供電電源的電壓調(diào)整器兩塊模擬電路，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。下面對(duì)各模塊功能及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖1 　動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶顯示控制芯片系統(tǒng)

2. 2 　MCU 接口模塊
　　
MCU接口模塊的功能包括：通過(guò)CNF pin選擇不同的MCU種類；通過(guò)匯總其他模塊( Port1～ Port4 和總線)產(chǎn)生的中斷信號(hào)，并根據(jù)中斷控制寄存器的要求產(chǎn)生合適的中斷信號(hào)。由于這些功能的實(shí)現(xiàn)使該接口模塊提供了LCD控制器和MCU之間的通信通道，即MCU可以通過(guò)MCU接口模塊對(duì)LCD控制芯片進(jìn)行功能配置，LCD控制器也可以通過(guò)接口模塊向MCU反饋所需的狀態(tài)信息。

2. 3 　存儲(chǔ)接口模塊
　　
存儲(chǔ)接口模塊接收MCU接口模塊的數(shù)據(jù)和地址，按MCU接口模塊發(fā)出的地址將顯示數(shù)據(jù)存入SRAM中；同時(shí)按照控制邏輯模塊中地址發(fā)生器的要求取出SRAM中相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。為了提高系統(tǒng)的可移植性和兼容性，存儲(chǔ)接口采用AMBA AHB協(xié)議，并設(shè)計(jì)總線控制器仲裁多個(gè)主設(shè)備對(duì)總線的控制權(quán)和選擇相應(yīng)的從設(shè)備.。

圖2 　存儲(chǔ)接口模塊的結(jié)構(gòu)框圖

2. 4 　控制邏輯模塊
　　
控制邏輯模塊是整個(gè)電路的控制中心，負(fù)責(zé)向存儲(chǔ)接口模塊請(qǐng)求所需數(shù)據(jù)，并對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理,實(shí)現(xiàn)畫中畫、旋轉(zhuǎn)、透明顯示功能，同時(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的時(shí)序信號(hào)fpline，fpframe，mod等，其組成如圖3所示。從邏輯功能上，地址發(fā)生器和FIFO是其核心組件。地址發(fā)生器產(chǎn)生所需數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址，各種特殊顯示效果都是由地址發(fā)生器通過(guò)采用不同的工作方式實(shí)現(xiàn)的:通過(guò)一個(gè)像素點(diǎn)地址發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)地址，其中第一個(gè)地址用于獲取前景中Inklayer的數(shù)據(jù)，第二個(gè)用于獲取背景中待顯示圖像的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)透明顯示功能，用地址發(fā)生器從顯示緩存中讀取數(shù)據(jù)順序、有效位數(shù)不同來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形的0°，90°，180°，270°逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使用地址發(fā)生器跟蹤、檢測(cè)當(dāng)前顯示在顯示緩存內(nèi)存儲(chǔ)主窗口和子窗口的位置，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果改變當(dāng)前顯示位置，使顯示位置按行在兩個(gè)窗口不停更換，以實(shí)現(xiàn)畫中畫功能。FIFO寬度為32 bit，深度為16 bit，負(fù)責(zé)接收來(lái)自存儲(chǔ)接口模塊的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳送給透明顯示比較器。在接收的過(guò)程中，同時(shí)負(fù)責(zé)full 和empty信號(hào)的置位與復(fù)位。 當(dāng)FIFO僅剩兩個(gè)有效數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)IFO將empty信號(hào)置位，通知存儲(chǔ)接口模塊即將缺少數(shù)據(jù)，請(qǐng)求給予更高的讀取優(yōu)先級(jí)。當(dāng)FIFO僅剩兩個(gè)空位時(shí)，F(xiàn)IFO將full信號(hào)置位，通知地址發(fā)生器停止產(chǎn)生新的地址，不再向存儲(chǔ)接口模塊申請(qǐng)新的數(shù)據(jù)。

圖3 　控制邏輯模塊組成框圖

2. 5 　輸出功能模塊
　　
輸出功能模塊的任務(wù)就是將調(diào)制的效應(yīng)要強(qiáng)一些，對(duì)SOA的其他非線性效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面效果要大一些。對(duì)此，本研究針對(duì)探測(cè)光波長(zhǎng)的線寬增強(qiáng)因子α取不同值的情況，計(jì)算了偏振態(tài)調(diào)制ΔΦxy隨泵浦光調(diào)制ΔP(即泵浦光為“1”的功率和泵浦光為“0”的功率之差)的改變情況，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4 可見(jiàn)，在同樣的泵浦光調(diào)制下， 當(dāng)探測(cè)光具有較大的線寬增強(qiáng)因子α?xí)r，偏振態(tài)受到的調(diào)制加大。因此,上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以得到很好的解釋，因?yàn)楫?dāng)光波長(zhǎng)處于SOA增益譜長(zhǎng)波長(zhǎng)一端時(shí)，線寬增強(qiáng)因子α要大一些，所以偏振態(tài)受到的調(diào)制要大一些，相應(yīng)地，交叉偏振調(diào)制造成的負(fù)面效應(yīng)更大一些。

圖4 　不同線寬增強(qiáng)因子下ΔΦxy與泵浦光調(diào)制ΔP 的關(guān)系