在1970年，F(xiàn)ergason制造了第一臺(tái)具有實(shí)用性的LCD，從此之后，用戶產(chǎn)品的界面發(fā)生了巨大改變，變得更加的美觀、實(shí)用，在一定場(chǎng)合下逐漸取代傳統(tǒng)的數(shù)碼管、LED的顯示。薄膜電晶體液晶顯示器(Thin-Film-Transistor LCD，TFT-LCD)屬于LCD的一種，誕生于80年代末，在1995年之后被廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在TFT的價(jià)格更是日趨下降，應(yīng)用范圍出現(xiàn)了前所未有的變化，可以適用于醫(yī)療、電梯、數(shù)控機(jī)床、汽車電子、消費(fèi)類屯子等行業(yè)。

TFT雖然顯示效果極佳，具有16位、24位、32位色等，但是控制時(shí)序相對(duì)復(fù)雜，因此應(yīng)運(yùn)而生了TFT的控制器，而帶有控制器的TFT顯示屏價(jià)格昂貴，大多數(shù)用戶選擇自己制作TFT控制器的方案，本文主要介紹基于Actel FPGA的TFT控制器解決方案，可以實(shí)現(xiàn)低成本、高性能、高可靠性等特點(diǎn)。

1TFT液晶相關(guān)知識(shí)

(1)液晶的種類

·段碼液晶

段碼液晶的顯示與數(shù)碼管的顯示方式類似，顯示內(nèi)容比較單一，主要用于測(cè)量儀器的數(shù)據(jù)顯示，如水電表、轉(zhuǎn)速、流量表的顯示。

·單色液晶

單色的點(diǎn)陣液晶可用于簡單的西文字符和漢字的顯示，如1602點(diǎn)陣液晶，128*64點(diǎn)陣液晶等，一般內(nèi)部具有控制器，帶有字庫，直接發(fā)送數(shù)據(jù)即可。

·TFT液晶

彩色液晶顯示因?yàn)轱@示靚麗，色彩豐富，受到廠商的追捧，彩色液晶又有眾多類型，如STN液晶、TFD液晶、UFB液晶、TFT液晶等。其中TFT液晶在眾多彩色液晶種類中是最優(yōu)秀的，色彩更逼真，細(xì)膩，層次感更強(qiáng)。

TFT液晶一般有兩種接口，TTL接口和LVDS接口，LVDS因?yàn)閭鬏斔俾士欤ǔＳ糜诖笃?，高分辨率的液晶顯示，如：14.1寸之上的液晶顯示。應(yīng)用最普遍的是TTL接口的液晶屏，尺寸種類很多，如群創(chuàng)的TTL接口的液晶，能夠提供的尺寸從1.77寸到19寸。分辨率一般有320*240、480*320、480*272、800*600、1024*768、1280*1024、1440*900等。

(2)TFT的基本原理

TFT-LCD面板可視為兩片玻璃基板中間加著一層液晶，上層的玻璃基板是彩色濾波片(Color Filter)，而下層的玻璃有電晶體鑲嵌在上面。當(dāng)電流通過電晶體產(chǎn)生電場(chǎng)變化，造成液晶分子偏轉(zhuǎn)，改變光線的偏極性，再利

用偏光片決定像素(Pixel)的明暗狀態(tài)。此外，上層玻璃因彩色濾波片貼合，形成每個(gè)像素(Pixel)包含紅、綠、藍(lán)三顏色，這些發(fā)出紅、綠、藍(lán)色彩的像素便組成了面板上的影像畫面，如圖4所示。

TFT面板就是由數(shù)百萬個(gè)TFTdevice以及ITO(In Ti Oxide，此材料為透明導(dǎo)電金屬)區(qū)域排列成一個(gè)矩陣，而所謂的Array就是指數(shù)百萬個(gè)排列整齊的TFT device的區(qū)域，此數(shù)百萬個(gè)排列整齊的區(qū)域就是面板顯示區(qū)，如圖5所示是一個(gè)像素點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。

(3)TFT應(yīng)用場(chǎng)合

TFT的應(yīng)用日趨廣泛，需要提供液晶顯示的產(chǎn)品也越來越多，在這列舉幾個(gè)典型應(yīng)用的行業(yè)。

·電梯、醫(yī)療行業(yè)

電梯行業(yè)主要是內(nèi)呼板和外呼板，傳統(tǒng)的顯示設(shè)備是數(shù)碼顯示，只能簡單的顯示樓層信息，TFT顯示器不僅除了指示樓層信息外，還可以顯示一些畫面和廣告，增加產(chǎn)品的檔次。

醫(yī)療設(shè)備多數(shù)采用TFT作為顯示界面，其中包括心電圖儀、血液分析儀等。

·電子終端、消費(fèi)類電子行業(yè)

銀行、地鐵、商店等處的電子電子顯示終端為用戶提供了人性化的界面，消費(fèi)累的產(chǎn)品更是注重外觀而選擇TFT的顯示屏。

2基于Actel FPGA的TFT控制器

(1)TFT控制器方案比較

·專用的TFT驅(qū)動(dòng)IC

目前市場(chǎng)上比較大的TFT廠商，如飛利浦、夏普、東芝等。出貨量大的顯示屏主要在消費(fèi)類電子，配套用在主流的手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等，用量特別大，而很多半導(dǎo)體廠家會(huì)針對(duì)量大TFT顯示屏推出專用控制器Ic，但是這種Ic往往具有專用性，只能控制顯示一特定的屏幕，不靈活、驅(qū)動(dòng)的屏種類少、支持的分辨率較小等，價(jià)格一般在幾美金～幾十美金左右，而對(duì)于特殊時(shí)序的TFT屏幕，往往還需要加上CPLD進(jìn)行時(shí)序的轉(zhuǎn)換。

·帶有TFT控制器的微處理器

目前在一些高檔的32位MCU自帶了TFT的控制器。例如：ARM7中的LPC2478，以及ARM9的LPC3250等，此類芯片集成度高，液晶控制器使用起來也比較方便，只需簡單的配置相關(guān)的寄存器即可。但是此類的缺點(diǎn)在于，內(nèi)部自帶的TFT控制器占用了總線資源，在一些頻繁的需要從外部Flash導(dǎo)人數(shù)據(jù)場(chǎng)合，會(huì)導(dǎo)致刷屏速度很慢，顯示會(huì)有閃爍現(xiàn)象，而且成本也較高。只能支持800*768及以下的分辨率。

·基于FPGA設(shè)計(jì)TFT控制器

目前國內(nèi)液晶屏廠商推出了很多時(shí)序差異比較大的液晶屏型號(hào)，不具有通用性，而且常需要使用高分辨率的TFT，此時(shí)很多用戶轉(zhuǎn)向用FPGA+SRAM或FPGA+SDRAM的方式實(shí)現(xiàn)TFT控制器，另外在很多場(chǎng)合設(shè)計(jì)都是基于8位或者是16位、32位的MCU，設(shè)計(jì)已經(jīng)成型，只是在顯示部分升級(jí)到液晶顯示，這時(shí)采用FPGA設(shè)計(jì)TFT液晶屏控制器將會(huì)非常理想。這種方式不僅成本低、靈活性大、可靠性高，而且可以實(shí)現(xiàn)1024*768以上的分辨率顯示，因此被廣泛的應(yīng)用。

(2)基于Actel FGPA的TFT控制器

Actel的FPGA具有單芯片、高可靠性、低成本等優(yōu)勢(shì)，非常適合TFT控制器的設(shè)計(jì)，不僅能夠降低控制器的成本，而且由于FPGA重復(fù)編程的靈活性，只需要修改程序代碼即可實(shí)現(xiàn)不同尺寸、不同分辨率的TFT驅(qū)動(dòng)控制器，滿足各種用戶的需求。

根據(jù)TFT顯示屏的分辨率以及接口的不同，可以采用A3P030+SRAM(IS61LV25616AL)或A3P060+SDRAM(IS42816400F)的方案來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的情況進(jìn)行選擇，使得成本最低，性能最高的特點(diǎn)。采用A3P030+SRAM(IS6ILV25616AL)的方案可以實(shí)現(xiàn)480*320以及以下分辨率的TFT顯示，采用A3P060+SDRAM(Is42S16400F)可以實(shí)現(xiàn)480*320分辨率以上的TFT顯示，配合LVDS的驅(qū)動(dòng)芯片可以實(shí)現(xiàn)LVDS接口的TFT液晶顯示屏。

·系統(tǒng)框圖

本期技術(shù)講座將主要介紹低成本的A3P030+SRAM(IS61LV25616AL)的方案，本方案已經(jīng)成功應(yīng)用于多家電梯用戶以及消費(fèi)顯示控制的用戶。下期將介紹高性能的A3P060+SDRAM(IS42S16400F)的方案。系統(tǒng)框圖如圖8所示。

對(duì)于圖5所示的方案中，F(xiàn)PGA選擇了A3P030-VOG100，具有成本低的特點(diǎn)；顯存選擇IS61LV25616AL，大小為256K*16，由于顯存容量的原因，可實(shí)現(xiàn)480*320以內(nèi)的分辨率顯示。對(duì)于高分辨率則需要采用A3P060+SDKAM的方式會(huì)更具優(yōu)勢(shì)；電源選擇300mA的CAT6217和CAT6219給FpGA供電；MCU和TFT可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行選擇。

·功能特點(diǎn)

采用Actel中較小成員A3P030，具有低成本、高可靠性、高性能等特點(diǎn)；

支持480*320以及以下分辨率；

支持不同尺寸的TFT的液晶屏(2″、2.5″、3.5″、4.3″、5″等)；

支持畫點(diǎn)、畫圓的操作，支持整屏DMA和局部DMA刷新操作；

MCU接口速度可達(dá)24M左右，并根據(jù)外部的晶振可以適當(dāng)調(diào)整；

A3P030+IS61LV28616AL將實(shí)現(xiàn)最低的成本，并可以根據(jù)項(xiàng)目申請(qǐng)更低的價(jià)格；

靈活性極大，根據(jù)用戶的需求我們還提供定制服務(wù)，滿足不同用戶的需求。

3小結(jié)

本文主要介紹了基于Actel FpGA的TFT控制器的方案，本期主要介紹TFT的相關(guān)知識(shí)和基于A3P030+SKAM的TFT控制器方案，下期將介紹A3P060+SDRAM以及LVDS的TFT方案，敬請(qǐng)關(guān)注。我們有著一個(gè)接近30人的FPGA團(tuán)隊(duì)提供強(qiáng)有力的售后服務(wù)，解決用戶在產(chǎn)品使用和研發(fā)過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯(lián)系，我們將會(huì)竭誠為您服務(wù)，并能關(guān)注下期的FPGA專題技術(shù)講座。