基于FPGA與STM32的液晶檢測電路設計

徐虎

（廣州航海學院 廣東 廣州　510725）

基于FPGA與STM32的液晶檢測電路設計

徐虎

（廣州航海學院 廣東 廣州510725）

為了精確檢測出不同款式液晶中存在的缺陷，采用FPGA的運行速度快、精度高、抗干擾性強，以及STM32自帶存儲功能和FSMC雙向通信功能的特點，設計了一款基于FPGA與STM32的液晶檢測電路。通過液晶各廠家的實際應用，結果表明，基于FPGA與STM32的液晶檢測電路能夠準確、方便的實現檢測功能，達到預期的設計效果，具有較高的市場價值。

液晶；FPGA；STM32；FSMC通信

液晶顯示器（LCD）由于其體積小、能耗低、顯示效果好等特點，已被廣泛應用于我們的生產和生活中。據Display Search調查統計，2011年全球的液晶電視出貨量已達到2.06×108臺。在歐、美、日等發達國家普及率已達到100%。在中國，由于國家經濟的快速發展，人們生活水平的不斷提高，以及國家政策的大力扶持，如：家電下鄉等等，液晶電視等液晶顯示產品早已進入千家萬戶。另一方面，隨著通訊技術的突飛猛進，液晶顯示技術在通訊與交互領域占據著舉足輕重的地位。如手機、平板、還有各種液晶廣告屏等［1］。由此可見，液晶顯示屏的需求量之大，應用之廣，涉及的行業領域之多預示著它廣闊的發展前景，特別是在中國這樣一個人口大國，其市場潛力更是其它國家所無法比擬的。

然而，液晶屏在生產過程中，由于生產量較大，難免會出現劣質產品。生產廠商必須在液晶屏流入市場之前檢測出其中的不合格產品，以免造成更大的損失。所以，如何快速、準確、有效的檢測出劣質液晶屏，挖掘劣質液晶的潛在價值，已成為各大液晶廠家關注的技術創新之一。隨著液晶檢測產業的快速發展，已有很多較成熟的液晶檢測技術在應用，如使用單片機、STM32、FPGA等［2-3］。然而，現有的檢測技術在實際應用中還存在諸多可改進的地方：一個就是測試裝置的精準度與抗干擾性，另一方面就是產品的通用性，是否能適合多款液晶的檢測。

文中提出的這種設計方案，利用FPGA與STM32相結合的方法，不僅精準度高、抗干擾性強，而且具有一定的通用性，方便操作。

1　設計方案比較

1.1采用51單片機

51單片機具有價格低廉、設計簡單、組合邏輯能力強等優點。然而，其接口少，并且功能單一，遠遠不能滿足檢測過程中的多接口產品。另一方面，其運行速度慢，精度低，在檢測過程中給電路的參數設置和程序調試帶來諸多不便。

1.2采用STM32

STM32是為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。它兼具51單片機的一切優點，并且也彌補了它的不足，不僅增加了大量的接口，而且其接口功能也得到了增強。除此之外，其運行速度得到大幅提升，時鐘頻率能達到72 MHz。但其程序運行方式為順序執行，這嚴重影響電路系統的運行精度，增加了我們軟件編程的難度。除此之外，對于一些要求高頻率的小波測試信號的產品，使用STM32進行檢測還存在很大的誤差。所以單獨使用STM32作為我們的主控芯片還是不能較好的滿足我們的要求。

1.3采用FPGA

FPGA是一個可編程邏輯器件，可通過編程組成一個數字系統，其組合邏輯能力強，時序實現能力更是單片機無法比擬的。它的程序運行方式為并行執行，頻率能達到幾百兆赫茲，時間精度能精確到1 μs。所以，其抗干擾性強、精度高、運行速度快［4-5］。另外，其引腳接口多，足夠滿足我們的需求。但是，它存在程序掉電丟失的缺陷，并且控制能力較差，給測試過程帶來諸多不便。雖然可以采用外部ROM進行程序信息保存，但針對我們的應用，信息存儲量比較大，并且還要根據不同液晶對參數進行簡單修改，而采用外部ROM是無法全部實現的。所以，單獨使用PFGA不是最佳選擇。

通過比較總結，并且綜合設計要求，此設計最終采用FPGA 與STM32相結合的方案。利用FPGA高速，準確，抗干擾性強，和STM32自帶存儲功能與FSMC雙向通信功能的特點，實現對不同液晶檢測信息的簡單修改、存儲與發送，最終滿足設計要求。

2　硬件電路設計

此設計中，FPGA是作為一塊高速、高精度、高穩定性的信號產生器件，所采用的是ALTERA系列芯片EP2C5T1-44C8N。其總共有144個針腳，輸入/輸出數89個（89個I/O口），時鐘管理為PLL電平，核心供電電壓為1.15 V到1.25 V，最高工作頻率為320 MHz。所以，其運行速度非常快，功耗低，輸入輸出口也能滿足我們的應用與擴展。STM32則是采用意法半導體（ST）公司的STM32F103VCT6，其為32位處理器，供電電壓為2～3.6 V，速度可達72 MHz。并且，STM32自帶存儲功能與FSMC通信功能，其存儲容量為256 kB，所以采用STM32作為控制存儲芯片是最佳選擇。其中FPGA與STM32通信流程圖如圖1所示。

圖1　FPGA與STM32通信流程圖Fig.1　FPGA with STM32 flow chart of communication

本設計使用FPAG作為測試信號輸出芯片，包括紅、綠、藍等測試信號。測序信號的設置參數保存在STM32中。其中，FPGA與STM32通過FSMC方式進行雙向通信，FPGA的任意I/O口都可作為通信接口，本設計采用16位數據傳送，同步時鐘觸發模式。其中，STM32的系統時鐘，以及它們之間的通信時鐘都由FPGA進行時鐘分頻提供。STM32通過FSMC通信方式將存儲的數據信息發送給FPGA，FPGA準確接收到信息后反饋給STM32，信息接收完畢［6］，并且根據數據信息產生測試信號。所以，我們只需在STM32保存的信息中，對不同款液晶的不同畫面進行簡單設置，非常方便我們的整個檢測流程，極大地提高了工作效率。整個系統功能的實現，主要通過C與Verilog語言編程實現。FPGA與STM32的通信接口電路如圖2所示。

圖2　FPGA與STM32通信接口電路圖Fig.2　FPGA and STM32 communication interface circuit

測試狀態轉換控制電路主要是通過按鍵對信息進行區分與選擇，即畫面檢測信息的選擇與控制。本設計中，為了對不同畫面進行有序檢測，設置了4個按鍵，分別為啟動按鍵、上翻按鍵、下翻按鍵、自動/手動按鍵。啟動按鍵是對整個電路進行初始化，完成準備工作。上翻與下翻按鍵是通過控制STM32，將保存好的畫面信息進行選擇性的傳送給FPGA。自動/手動按鍵是控制檢測信息按照邏輯順序是否自動進行發送。除此之外，整個過程都能實時顯示出來，方便觀察與選擇。其狀態轉換控制電路如圖3所示。

圖3　狀態轉換控制電路Fig.3　State transition control circuit

3　實驗結果顯示

實驗結果表明，基于FPGA與STM32的電路設計方案能較好地應用于液晶檢測，其穩定性與精準度都非常高，并且STM32信息存儲量大，設定簡單，使整個系統能適用于多款液晶，方便我們的檢測，提高了檢測效率，達到了預期的設計效果。其檢測結果如圖4所示。

圖4　檢測結果圖Fig.4　Test results

4　結　論

隨著科技的快速發展，人們對自身視覺效果的要求也隨之不斷地在提高，而作為與人進行面對面交互的液晶顯示屏，自然成為人們重點關注的焦點之一。本設計能夠精準的檢測出液晶顯示屏存在的缺陷，并且可以應用于不同款式的液晶。本文提出一種基于FPGA與STM32相結合的檢測電路設計。充分利用FPGA的高速、高精度，以及抗干擾能力強等優點，讓其作為測試波形信號產生器件。另外，結合STM32自帶存儲功能與FSMC雙向通信功能的特點，讓其作為信息設定、存儲與發送芯片。結合兩者的優點，能使編程簡單化、測試波形標準化，提高了工作效率。實驗表明，該設計方案能夠準確、方便的應用于液晶檢測，達到預期效果，具有較高的實用價值。

［1］董軍，柴寶玉，田學彬.液晶顯示技術產業發展概述［J］.西安郵電學院學報，2012（3）:102-104.

［2］胡助理，安文源，李玲，等.基于單片機技術的光電檢測研究［J］.現代電子技術，2004（13）:39-41.

［3］陳雅磁.基于FPGA與單片機的高精度電子經緯儀光電信號處理系統研制［D］.南京：南京理工大學，2004.

［4］胡瑞永.基于FPGA與單片機聯合的數字示波器設計［J］.硅谷，2008（15）:19-20.

［5］劉剛，宗靖國，韓建棟.FPGA與單片機的接口設計［J］.電子世界，2004（9）:32.

［6］郝雯，沈金鑫，梅成.基于STM32單片機的存儲式數據采集系統設計［J］.電子設計工程，2013（17）:80-82.

Design of LCD detection circuit based on FPGA and STM32

XU Hu
（Ship Engineering Department，Guangzhou Maritime Institute，Guangzhou 510725，China）

For the accuracy of detection of liquid crystal in different styles，taking the advantage of quickness，high precision and strong anti-interference ability from FPGA，and build-in memory function of STM32，as well as the characteristic of bidirectional communication in FSMC，we designed a liquid crystal detection circuit based on FPGA and STM32.Through the practical application，the results show that the circuit for detection based on FPGA and STM32 can accurately，conveniently realize detection function and achieve the desired results，having a high market value.

LCD；FPGA；STM32；FSMC communication

TN321+.5

A

1674－6236（2016）05-0087-02

2015-03-31稿件編號：201503477

2013廣東省教育廳科技創新項目（2013KJCX0195）

徐 虎（1989—），男，湖南岳陽人，碩士，助理實驗師。研究方向：檢測技術、計算機測控、自動控制。