FPGA+LCD的显示控制技术设计方案

中心议题：
    *  基于FPGA的数字存储示波器的显示技术
    *  总体设计方案
    *  数据通道控制及实现
    *  显示时序电路设计
解决方案：
    *  通过用FPGA产生LCD所需的显示控制时序控制数据显示
　　
1 引言
　　
由于液晶显示器(LCD)功耗低，体积小，超薄，重量轻，而且车身没有画面几何图形的失真及收敛性误差，也就投有了传统显示器中心和边角出现色差和失真的问题，因而得到广泛的运用。现场可编程门阵列(FP—GA)芯片具有高密度、小型化、低功耗和设计灵括方便等优点，可以缩短研发周期，提高工作效率，因而在数字电路设计中得到了广泛的应用。作为人机交互的LCD在数字存储示波器中有着重要的位置。在以往的设计中多采用液晶显示专用芯片去驱动LCD．宴践中发现它不但占用CPU资源，而且它与LCD数据接口之间存在干扰。为了解决这些问题．本文提出了．一种新的显示技术。
　　
2 总体设计方案
　　
由于数字存储示渡器对显示的实时性和刷新率都要求较高，而且它显示的大多是一些简单的图形和波形，因而直接用FPGA产生LCD所需的显示控制时序。存放显示数据的SRAM地址也直接由FPGA地址计数器产生。其显示系统总体框图如图1所示。
　　
在图1中，A／U采集的数据经DSP处理，转换为LCD可以显示的点阵数据后再存储到RAM中}两片显示存储器RAMl和RAM2交替读取RAM中的数据，最后送到I。CD上显示。在FPC-A中设计了LCD显示时钟电路模块和显示数据传输电路模块。显示时钟电路产生LCD显示所需的各种时序；显示数据传输电路设计两路数据传输通道，RAM中的数据通过数据传输通道送到RAM1或RAM2中，再由LCD读取RAMl或RAM2中的数据显示。
　　
对LCD及显示存储RAM的控制都由FPGA完成。
　　
3 数据通道控制及实现
　　
数据通道对存储RAM的读／写操作进行控制，保证数据正确地从RAM传送到RAMl或RAM2中，并能在LCD上正确地显示。图2为数据通道的外部接口信号。
　　
 

图2中，CLK为系统时钟,Vs为DSP提供的时钟；RAM—RWS[2：0]、RAM1一RWS[2 : 0]和RAM2一RWS[2：0]分别为RAM、RAMl和RAM2的读／写及片选信号；RAM—data[7：0]、RAMl一data[7：0]和RAM2一data[7 :0]分别为RAM、RAMl和RAM2的数据总线RAM—A[1 7：o]、RAMl一A[15：03和RAM2一All5：03为数据总线。由于采用了两片RAM作为显示存储器，它们可依次向液晶提供显示数据，这样，对每片显示RAM的读操作和写操作分开，避免了因为数据的改写而导致显示的小稳定。图3为显示RAM的工作时序图，图中Views为Vs反相后经二分频得到。

图3显示RAM工作时序
　　
图4显示RAM的地址总线选择电路原理圈数字存储示渡器的显示包括两部分：一部分是界面显示，包括菜单和光标的显示等；另一部分是波形显示。
　　
波形是随时在更新，而菜单只有在按键操作的情况下才会改变，更新的次数很少。所以采用了分页显示技术，即将显示存储空问分成两个区间：一个区间用来存储菜单、光标等不常刷新的数据；另一个区间用来存储波形数据。每个区间都是一屏显示所需的空间。LCD显示时将两个存储区间里对应地址的数据通过FPGA内建电路相“或”以后再送LCD箍示。这样在软件处理时节省了重复刷屏的时间，同时简化了软件的编写。

4 显示时序电路设计
　　
彩色液晶显示器(采用NANYA公司的LCBFBLB61V4)有3根控制信号：CP、LOAD和FRM信号。其中，CP为移位脉冲信号，每来一个移位脉冲信号，LCD就从数据线上读取显示数据。LOAD为行装载信号，当LeD读取一行数据后，会产生一个LOAD信号，将数据锁存起来。FP,M为场同步信号．每显示一屏数据就会产生一个FRM信号。彩色液晶的每个像素点的显示状态由3位数据的逻辑电平表示，因此显示一行需320×3／8=120个cP时钟，而3根信号线之间的关系为：LOAD的频率是cP的120分频，FRM的频率是LOAD的240分频。I．CD要求的显示控制时序如图5所示。
　　
 

图5中各显示控制信号在FPGA中通过分频器实现：100 MHz系统时钟32分频得到3．125 MHz的移位图4为显示RAM的地址总线选择电路原理图。图中A1[15：0]为LCD显示RAM的读地址，A2[15：0]为显示RAM的写地址，它们分别由硬件时钟产生的地址计数器的输出线。Views为多路选择器的选择信号，其工作原理为：当Vs为低电平时，DSP占用RAM总线，RAM的地址总线由DSP的地址总线产生，DSP把处理后的数据送到RAM中；当Vs为高电平时RAM自动执行读操作，其读地址在FPGA中由硬件时钟地址计数器产生，即自动把RAM中的数据送到RAMl或RAM2中；当Views为高电平时，RAM中的数据送到RAMl中，此时RAM2中的数据送到LCD中击显示,当VJews为低电平对，RAM中的数据送虱RAM2中，此时RAMl中的数据送到LCD中去显示。当然在FPGA设计中还应包括存储器的读／写、片选电路和地址译码电路等，这里不再详述。
　　
脉冲信号CP，再将CP信号120分频得到行装载信号LOAD．最后将LOAD进行240分频得场同步信号FRM。
　　
5 结束语
　　
本文所介绍的示波器显示技术已成功地运用于100 MHz数字存储示波器中。该设计能高效、可靠地实现数据的传输及波形的重现，提高了系统的抗干扰能力，降低了成本；并且该结构具有很好的可移植性，只须做很少的改动就可应用于不同的系统中。