基于FPGA 的液晶模組設計

韓永剛

摘 要 文章主要針對一種基于FPGA的液晶模組設計方案展開討論，方案主要從客戶的要求著手，從優化液晶模組產品設計展開思考，對器件選擇、附加功能設計展開深入探索，從而形成了比較完整的框架結構，并設計了相關實驗從而驗證了本方案的可行性與科學性。

【關鍵詞】FPGA 液晶模組 時序控制

小型液晶面板中的時序控制器、數據驅動器以及柵極驅動器都設計在同一模版中，而中、大型液晶面板的時序控制器通常都是獨立的，并且還需要通過采用專用的集成電路芯片。但是集成電路芯片往往對輸入時序有特殊的要求，這容易造成驅動器匹配誤差的出現。因此，開發一種兼容性高、能夠滿足不同時序控制信號操作的方案成為現代企業有待解決的問題。

1 系統設計

液晶顯示器具有許多優勢，包括體積小、易于攜帶、使用壽命長且輻射低等優勢，目前被廣泛應用于許多產品的生產中。液晶顯示器的驅動方案設計也逐漸發展，針對不同尺寸的液晶顯示器的驅動方案也在不斷發展。時序控制器是一種保護數據驅動器和柵極驅動器的工具，其通過向數據驅動器和柵極驅動器輸送信號，從而控制液晶顯示器的畫面正常。但是液晶顯示屏在在日常使用時，許多人對于亮度的需求各有不同，因此需要對液晶顯示屏的亮度進行調節。

本方案主要采用FPGA器件作為核心元件，能夠實現對用戶接口端的時需分析和邏輯編程，從而滿足驅動器對時序控制信號的要求，從而保障液晶顯示屏的正常工作。根據用戶的要求，采用FPGA為主控元件，能夠開發附加功能。針對不同分辨率的液晶顯示屏以及用戶接口要求，只需要對軟件進行更改即可，無需對系統硬件進行調整。FPGA具有工作電源范圍大、速度快、穩定性高、能耗低且抗干擾性強的優勢，同時具有結構簡單且經濟實惠的優勢，能夠縮短商品的開發周期，符合本設計的需求。

1.1 硬件設計

FPGA區別于集成電路芯片的優勢在于其能夠現場編程，具有較高的靈活性和通用性。FPGA是液晶模組設計的關鍵關節，因此選擇一款符合客戶要求的FPGA器件顯得至關重要。本方案采用了FLASH工藝FPGA，從而避免加裝外置芯片，能夠降低模組的生產成本。電源設計是整個框架的基準，需要提供穩定的電源來避免負荷過重。設計電源方案之前需要漁鼓每個部件的能耗要求，再選擇合適的電源器件。FPGA的速度和容量遠超過傳統邏輯元件，能夠直接使用端口進行程序設定和調試，無需特殊接口，使用便捷。此外，FPGA能夠與外接處理器和定時器等設備組成一個獨立系統，具有較高的穩定性和抗干擾性，經濟實惠。

1.2 系統軟件設計及實現

在打開電源后，LED驅動電路中的指示燈會亮，而系統則會根據初始化配置進行FPGA復位，同時進行腳位檢測，根據腳位檢測結果判斷進入正常模式或測試模式，采集電壓值之后經由A/D轉換器進行模擬信號轉換，輸出數字量通過輸出信號進行調節，而信號輸出后需要通過引腳進行強推，從而連接限流電阻。該系統主要通過信號輸入FPGA期間中，并由此產生調節GAMMA電壓值的信號，并作為控制編碼輸入到控制模板，最終實現液晶屏幕背光亮度調節的目的。

1.2.1 時序號控制信號產生

時序控制信號的產生主要通過FPGA的顯示數據，并通過輸入時序控制信號，然后通過編程數據控制數據驅動器以及柵極驅動器，控制其在本系統中具有重要作用，文章主要是利用FPGA實現雙端可控通角的電壓，從而使輸出電壓發生變化，進而實現液晶屏幕背光亮度的調節。本系統具有經濟實惠的優勢，且能夠避免移相調功率造成的問題。

1.2.2 動態Gamma電壓調整

當外部環境不變時，時序控制信號的變化會引起驅動器輸出信號的變化，從而改變GAMMA電壓值，具體實現原理是當邏輯編程代碼給予信號不同的時序關系，FPGA將實時時序關系進行計算，并以脈沖信號的方式輸出，通過輸出信號的占空比來控制數據驅動器以及柵極驅動器。為了優化本系統的穩定性，同時增加其抗干擾性，本設計采用LD與DLO的時序控制關系進行控制。

1.2.3 自適應環境光背光亮度調整

為了提升FPGA的驅動性能以及操作性，能夠在測試腳位檢測中設置自動調節程序，從而區分亮場與暗場。亮場則僅需D/A轉化器輸出為數字信號，并將信號輸入驅動器，從而調整GAMMA電壓值；若為暗場，僅需將GAMMA電壓值調整為暗場參數級了。液晶顯示屏GAMMA電壓值的調節能夠使畫面更具有層次感。根據LED驅動電路設計，需要通過背光驅動電路實現，從而與FPGA相結合實現自適應環境光的自動亮度調節。經測試后發現LED驅動電路能夠滿足產品要求，且為了避免LED驅動電路出現熱損壞，加裝了鋁基散熱裝置，能夠提高該系統的使用性能。

2 實驗結果

本系統能夠實現FPGA自產信號顯示與外部信號源顯示，并且能夠實現背光亮度與GAMMA電壓值的調節。

3 結論

文章所闡述的FPGA液晶模組設計具有較高的運行效率，能夠在控制時序信號的同時對輸入數據進行可控性分析，從而提升而來產品的附加值，滿足不同客戶的需求。

參考文獻

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