用FPGA構成液晶顯示控制器

摘要：在DSP和FPGA為核心的無線擴頻通信平臺上增加液晶顯示和觸摸屏控制，從而能實現(xiàn)文字和圖形信息的編輯和無線傳送。用FPGA構造邏輯作為液晶顯示控制器，不需要額外硬件資源。該產品集成化后體積小、便于攜帶、用途廣泛。

關鍵詞：液晶顯示 無線通信 FPGA DSP

由DSP（數(shù)字信號處理）芯片和FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）為核心組成的無線數(shù)字擴頻通信平臺是無線擴頻通信的一個開放式平臺，能用于無線接入、無線圖象和音頻傳送、移動INTERNET、精確區(qū)域定位LPS、智能遙控探測等高科技領域。在此基礎上增加液晶顯示和觸摸屏控制，從而能實現(xiàn)文字和圖形信息的編輯和無線傳送。

表1 液晶模塊引腳安排

液晶采用Microtips Technology Inc.公司的型號為MTG-32240X的中小規(guī)模液晶顯示器（圖形方式320*240點）。觸摸屏控制器采用香港BURR-BROWN公司的ADS7843。我們對FPGA進行邏輯編程實現(xiàn)液晶顯示控制器的功能。FPGA定時中斷DSP（約占DSP工作時間的5%）來獲取外部RAM的顯示數(shù)據(jù)，然后，F(xiàn)PGA內部邏輯將顯示數(shù)據(jù)送到液晶屏上進行顯示。DSP對觸摸屏的轉換信號進行處理和計算以及完成各種文字和圖形的編輯任務。即用DSP和FPGA一起來控制液晶的顯示和文字、圖形信息的編輯處理，并能接收觸摸屏信號，從而實現(xiàn)筆輸入掌上電腦的功能。再結合無線數(shù)字擴頻通信平臺就能實現(xiàn)文字和圖形信息的無線傳送。該產品能用于記者在通訊不便的現(xiàn)場進行文字和圖形的實時編輯和采訪報道以及在移動過程中需要進行文字和圖形信息無線傳送的地方。

MTG-32240X液晶模塊特性

MTG-32240X是FSTN Positive類、320*240象素、圖形顯示方式的液晶模塊，它帶有行列驅動電路以及EL背光電路，但是它沒有微RAM（顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)），見圖1。表1給出了液晶模塊的引腳和功能說明。其中，CL2、CL1、FRM和D0~D3之間的時序配合如圖3所示，CL2為1.28M Hz，CL1為16K Hz，F(xiàn)RM為66Hz。從圖2和圖3中可以看出，每行80個段移位脈沖(CL2) 后，發(fā)出一個換行信號(CL1)；發(fā)出19200個段移位脈沖(CL2) 后，一幀（即240行）顯示完成，發(fā)出幀開始信號(FRM)。以上過程不斷重復，即可完成液晶屏的動態(tài)掃描顯示。

FPGA的基本結構和功能

FPGA采用美國Xilinx公司性價比較高的XCS10-TQ144。現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是80年代中期出現(xiàn)的一類新型用戶可編程器件，與一般的可編程邏輯器件不同，F(xiàn)PGA的集成度高、邏輯實現(xiàn)能力強、設計靈活性更好。FPGA的基本結構通常包含三類可編程資源：可編程邏輯功能塊（CLB）、可編程輸入輸出塊和可編程互連。可編程邏輯功能塊（CLB）是實現(xiàn)用戶功能的基本單元，它們通常規(guī)則地排成一個陣列，散布于整個芯片；可編程輸入輸出塊完成芯片上邏輯于外部封裝腿的接口，常圍繞著陣列排列于芯片四周；可編程內部互連包括各種長度的連接線段和一些可編程連接開關，它們將各個可編程邏輯塊或輸入輸出塊連接起來，構成特定功能的電路。

由于采用不同的開關元件，F(xiàn)PGA體現(xiàn)出不同的可編程特性，有些是一次性可編程的，另一些則是可重復編程的。一次性可編程的FPGA采用逆熔絲作開關元件，當在逆熔絲兩端加上編程電壓時，逆熔絲就會由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，從而實現(xiàn)兩個點間的連接。編程完畢后，即使撤除工作電壓，這類FPGA的配置數(shù)據(jù)仍然保留。由于只能編程一次，因此它比較適合于定型產品及大批量應用。此外，它也常用于高性能及保密性要求高的場合?？芍貜途幊痰腇PGA采用SRAM型開關或閃速EPROM控制的開關元件。SRAM型開關元件由一個用五個晶體管組成的RAM和一個叫做PIP（可編程內部連接點）的晶體管組成。PIP控制各個布線通道的連接，而PIP又由它們旁邊的RAM單元控制。RAM單元中存儲著PIP的通斷信息，這些信息碼是在系統(tǒng)上電時由外部寫入到FPGA內部的RAM中的。電源切斷后，RAM中的數(shù)據(jù)將會丟失，因此采用SRAM型開關的FPGA是易失性的，每次重新加電，F(xiàn)PGA都要重組。SRAM型FPGA的突出優(yōu)點是可反復編程，系統(tǒng)上電時，給FPGA加載不同的配置數(shù)據(jù)，即可令其完成不同的硬件功能。這種配置的改變甚至可在系統(tǒng)運行中進行，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的動態(tài)重構。

FPGA的邏輯設計要點

無線數(shù)字擴頻通信平臺中，DSP的主頻為10.24MHz，用FPGA的邏輯八分頻就能得到CL2的1.28MHz振蕩頻率，再用計數(shù)器分別對CL2脈沖進行計數(shù)就能得到CL1和FRM信號，計數(shù)值分別是80和19200。由于液晶模塊上沒有微RAM（顯示緩沖區(qū)），因此在FPGA中構造兩個32字的RAM，一個用于從DSP板上的RAM（64K字）讀取顯示數(shù)據(jù)，同時另一個用于將數(shù)據(jù)送到液晶屏上顯示。從DSP板上讀取顯示數(shù)據(jù)時所用時鐘頻率為10.24MHz，用DSP的HOLD工作模式讓DSP讓出總線控制權。將數(shù)據(jù)送到液晶屏上顯示時的頻率為 1.28MHz。這樣，F(xiàn)PGA將32字的顯示數(shù)據(jù)送到液晶屏上顯示需要100us，因此HOLD中斷頻率定為 100us。從而，可以分析出FPGA進行液晶顯示控制將大約占用DSP工作時間的5%。考慮到不增加額外的硬件資源就能實現(xiàn)液晶顯示控制，這樣安排是比較合理的。通過FPGA的邏輯設計，F(xiàn)PGA也能發(fā)出讀信號RD、片選信號DS和地址總線A0-A15，但這些信號只在HOLDA有效其間發(fā)出，其它時間為高阻態(tài)，從而FPGA不會影響DSP工作。

液晶顯示觸摸屏控制

通過以上設計，再結合電阻式觸摸屏專用控制器ADS7843的應用就構成了集文字圖形筆輸入控制、編輯和無線傳送于一體的無線掌上電腦產品。ADS7843是BURR-BROWN公司專用于4線電阻式觸摸屏的12位模/數(shù)采樣轉換器，單一電源供電、完全降功耗模式、轉換速度快。ADS7843大量用在電池供電PDA（personal digital assistants）和手持便攜式裝置中。通過DSP同步串行口對ADS7843進行接口控制就能獲取觸摸屏位置轉換信號，再經(jīng)DSP計算處理轉化為待顯示數(shù)據(jù)存入外部顯示緩沖區(qū)，F(xiàn)PGA作為液晶顯示控制器就能將顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送到液晶屏上正確顯示。同時，從觸摸屏上得到的圖形和經(jīng)DSP編輯處理的各種信息也能通過無線擴頻通信平臺傳送出去。當然，要完成上述功能還必須增加編輯軟件和漢字庫。