基于Actel FPGA的筆段式LCD驅動設計

　　筆段式液晶顯示器具有低電壓，低功耗，體積小，易于開發(fā)等特點，廣泛應用在各種儀器儀表、電子設備及家用電器等方面。本文介紹的基于FPGA的筆段式LCD驅動器具有靈活性高，擴展性強，可快速構建等特點，與集成電路控制器相比，F(xiàn)PGA更加靈活，可以針對不同的液晶顯示模塊更改時序信號和顯示數(shù)據(jù)。本設計選用Actel公司的Fusion系列器件，設計了筆段式液晶顯示驅動控制器，為驅動控制LCD提供了一種完美的解決方案。

　　1. 筆段式LCD簡介

　　液晶顯示器簡稱LCD(Liquid Crystal Display)。利用液晶經過處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達到顯示字符或者圖形的目的，所以它是一種被動式的顯示器。

　　LCD顯示器有筆段式和點陣式兩種。點陣式LCD顯示器的段電極與背電極呈正交帶狀分布，液晶位于正交的帶狀電極間。筆段式LCD顯示器類似于LED數(shù)碼管顯示器。每個顯示器的段電極包括七個筆劃(段)和一個背電極BP(或COM)?？梢燥@示數(shù)字和簡單的字符，每個數(shù)字和字符與其字形碼(段碼)對應。一般的筆段式LCD如圖 1所示。

　　為使液晶實現(xiàn)顯示，必須滿足一定的條件：首先要有足夠強的電信號作用于液晶，使液晶分子的初始排列發(fā)生變化;其次是每個電(光、熱)信號可以在一段時間內作用于一個或者多個像素單元。由于直流電場會導致液晶材料發(fā)生電解等化學反應，使電極急劇的老化，因此只能在像素電極上建立交流電場，而且應該盡量減少交流電場中的直流成分。由于液晶顯示器件有類型、規(guī)格、型號的不同，對施加的電壓波形、相位和頻率、占空比等都有著不同的要求。

　　圖1 筆段式LCD

　　2. Actel FPGA技術

　　Actel公司是單芯片F(xiàn)PGA解決方案的領導廠商，早期以反熔絲FPGA為主，致力于航天航空和軍用領域，對FPGA的可靠性要求相當高，并將Actel FPGA成功應用于超過300個太空計劃，例如：國際太空站、火星探路者、火星探測登陸車1號和2號、火星快車以及哈勃望遠鏡等。Actel近年來逐漸向民用市場開放，并率先推出了高安全性、高可靠性的Flash架構的FPGA，從第一代ProASIC到第三代ProASIC3，特別是第三代ProASIC3的廣泛應用，顯示出Actel FPGA的強大優(yōu)勢：單芯片、上電即行、非易失性、低功耗、高安全性、固件錯誤免疫、無NRE費用、快速原型構建等。

　　此外，Actel FPGA還可以結合Cortex-M1、ARM7及8051等軟核MCU，實現(xiàn)真正的片上系統(tǒng)。

　　3. FPGA設計實現(xiàn)

　　(1)系統(tǒng)框圖

　　基于Actel FPGA的筆段式LCD驅動設計框圖如圖 2所示。LCD需要交流的方波進行驅動以防止LCD的液晶分子過分扭曲。FPGA的I/O只能實現(xiàn)三種電平狀態(tài)，分別是高電平、低電平和高阻態(tài)。為了提高選擇點亮筆段與半選擇筆段之間的對比度，公共背電極需要實現(xiàn)四種電平的狀態(tài)，那么就需要外加分壓電路的實現(xiàn)。