动态驱动LCD视频控制芯片的设计

摘要：介绍了一种功能较完备的动态驱动LCD视频控制芯片的设计。通过借鉴已有的同类显示控制器的设计经验，完成了系统的功能定义和系统结构设计。根据“自顶向下”的设计思想，将系统进行层次化功能划分，并用Verilog硬件描述语言对各模块进行了RTL实现。对电路的逻辑功能和时序关系用Modelsim软件进行了仿真验证，结果表明该动态驱动LCD视频控制芯片实现了预定的设计指标。

关键词：LCD；芯片设计；功能模块；硬件描述语言

液晶显示技术以其平板化、高分辨率、高对比度、无电磁辐射、低功耗、数字式接口、易集成和轻巧便携等特点率先进入市场并不断拓宽其应用领域,特别是动态驱动液晶视频技术的发展,给仪器、设备的小型化及智能化带来了广阔前景.而要利用LCD液晶显示器，必须有相应的LCD控制器及一定空间的显示存储器。在动态驱动液晶图形显示控制芯片领域，日本Epson公司研制的液晶图形显示控制主打器件s1d13706芯片以其接口界面简单、丰富的显示功能和低价位而最有影响力，但由于s1d13706芯片较低的集成度限制了其进一步应用。本课题组设计的芯片是针对s1d13706动态，满足移动通信设备和PDA等对尺寸和电池寿命敏感的嵌入式系统的需求。

1 　设计要求
在此设计的动态驱动液晶显示控制芯片为LCD驱动器和LCD显示屏提供时序信号与显示数据,既可以接受MCU的直接操作，又可以脱机独立控制并驱动液晶显示，同时具有管理显示存储器的能力，使MCU摆脱了繁琐的显示控制。该LCD控制芯片的设计指标为：a. 支持虚拟显示和分屏显示；b. 硬件上实现画面旋转、画中画、透明显示；c. 支持动态驱动超扭转式向列型STN、薄膜式晶体管型TFT显示屏；d.支持多种颜色深度；e. 能与多种MCU总线接口适配；f. 为液晶显示屏提供可配置的扫描时序信号。

2 　模块划分及功能分析和实现
2. 1 　控制芯片的系统描述
LCD控制芯片可分成MCU接口模块、存储接口模块、控制功能模块和输出功能模块，并在液晶显示控制芯片内集成了振荡电路XTAL OSC和用于产生1.8 V的内部电路供电电源的电压调整器两块模拟电路，其系统框图如图1所示。下面对各模块功能及实现进行详细分析。

图1 　动态驱动液晶显示控制芯片系统

2. 2 　MCU 接口模块
MCU接口模块的功能包括：通过CNF pin选择不同的MCU种类；通过汇总其他模块( Port1～ Port4 和总线)产生的中断信号，并根据中断控制寄存器的要求产生合适的中断信号。由于这些功能的实现使该接口模块提供了LCD控制器和MCU之间的通信通道，即MCU可以通过MCU接口模块对LCD控制芯片进行功能配置，LCD控制器也可以通过接口模块向MCU反馈所需的状态信息。

2. 3 　存储接口模块
存储接口模块接收MCU接口模块的数据和地址，按MCU接口模块发出的地址将显示数据存入SRAM中；同时按照控制逻辑模块中地址发生器的要求取出SRAM中相应的显示数据，其结构框图如图2 所示。为了提高系统的可移植性和兼容性，存储接口采用AMBA AHB协议，并设计总线控制器仲裁多个主设备对总线的控制权和选择相应的从设备.。

图2 　存储接口模块的结构框图

2. 4 　控制逻辑模块
控制逻辑模块是整个电路的控制中心，负责向存储接口模块请求所需数据，并对获得的数据进行相应处理,实现画中画、旋转、透明显示功能，同时产生对应数据的时序信号fpline，fpframe，mod等，其组成如图3所示。从逻辑功能上，地址发生器和FIFO是其核心组件。地址发生器产生所需数据的内存地址，各种特殊显示效果都是由地址发生器通过采用不同的工作方式实现的:通过一个像素点地址发生器产生两个地址，其中第一个地址用于获取前景中Inklayer的数据，第二个用于获取背景中待显示图像的数据。实现透明显示功能，用地址发生器从显示缓存中读取数据顺序、有效位数不同来实现图形的0°，90°，180°，270°逆时针旋转，使用地址发生器跟踪、检测当前显示在显示缓存内存储主窗口和子窗口的位置，并根据检测结果改变当前显示位置，使显示位置按行在两个窗口不停更换，以实现画中画功能。FIFO宽度为32 bit，深度为16 bit，负责接收来自存储接口模块的数据，并把数据传送给透明显示比较器。在接收的过程中，同时负责full 和empty信号的置位与复位。 当FIFO仅剩两个有效数据时，FIFO将empty信号置位，通知存储接口模块即将缺少数据，请求给予更高的读取优先级。当FIFO仅剩两个空位时，FIFO将full信号置位，通知地址发生器停止产生新的地址，不再向存储接口模块申请新的数据。

图3 　控制逻辑模块组成框图

2. 5 　输出功能模块
输出功能模块的任务就是将调制的效应要强一些，对SOA的其他非线性效应产生的负面效果要大一些。对此，本研究针对探测光波长的线宽增强因子α取不同值的情况，计算了偏振态调制ΔΦ_xy随泵浦光调制ΔP(即泵浦光为“1”的功率和泵浦光为“0”的功率之差)的改变情况，结果见图4。由图4 可见，在同样的泵浦光调制下， 当探测光具有较大的线宽增强因子α时，偏振态受到的调制加大。因此,上述实验现象可以得到很好的解释，因为当光波长处于SOA增益谱长波长一端时，线宽增强因子α要大一些，所以偏振态受到的调制要大一些，相应地，交叉偏振调制造成的负面效应更大一些。

图4 　不同线宽增强因子下ΔΦ_xy与泵浦光调制ΔP 的关系