LCD دارای مزایای بسیاری از جمله ولتاژ کار کم، مصرف انرژی کم، مقدار زیادی از اطلاعات صفحه نمایش، عمر طولانی، ادغام آسان، قابلیت حمل آسان، و آلودگی تابش الکترومغناطیسی پایین است. این فناوری در صفحه نمایش ظاهر شده و به طور گسترده ای در گوشی های تلفن همراه، محصولات PDA و ابزارهای دستی استفاده می شود. ابزار و سایر محصولات و دستگاه های الکترونیکی قابل حمل.
مدار درایو LCD بخش مهمی از سیستم نمایش کریستال مایع است و یک مدار رابط بین کامپیوتر (یا MCU) و پانل کریستال مایع است. عملکرد اصلی آن مدولاسیون فاز و مقدار حداکثر سیگنال بالقوه است که به الکترود دستگاه نمایشگر کریستال مایع منتقل می شود. فرکانس و پارامترهای دیگر برای ایجاد میدان الکتریکی درایو AC. با توجه به تفاوت های زیادی در مشخصات ال سی دی، روش معمول برای ایجاد یک مدار اختصاصی برای هر نوع LCD است. چنین طراحی وقت صرف می کند و قابلیت استفاده مجدد آن را دارد. به همین دلیل ضروری است که یک هسته IP طراحی شود که می تواند برای اکثر مدارهای کوچک درایو ال سی دی مورد استفاده قرار گیرد و برای حل این مشکل توسط توزیع هسته آی پی لازم است. در حال حاضر تنها یو-یونگ هوانگ و دیگران از دانشگاه I-Shou هسته های IP را طراحی کرده اند که می توانند ال سی دی های مختلف را برای رسیدن به این عملکرد با جاسازی ریزپردازنده های جاسازی شده در سیستم، در اختیار داشته باشند. با این حال، این ریزپردازنده جاسازی شده باعث می شود سیستم پیچیده تر و گران تر باشد. هسته آی پی درایو مدار طراحی شده برای راندن LCD های مختلف اندازه گرفته شده با استفاده از FPGA، که می تواند به طور موثر در غلبه بر معایب پیچیدگی سیستم مدار و هزینه های بالا است.
ساختار سیستم هسته آی پی
شکل 1 ساختار سیستم هسته IP
نمودار ترتیب خطی هسته IP
شکل 2 مرتب سازی آبشار هسته ای IP
نتایج شبیه سازی عملکرد کنترل خط
شکل 3 نتایج شبیه سازی عملکرد ردیف
نتایج شبیه سازی عملکرد کنترل ستون
شکل 4 نتایج عملکرد شبیه سازی عملکرد ستون
مشخصات طراحی
به منظور پاسخگویی به نیازهای واقعی بسیاری از برنامه های LCD کوچکتر امروز، تراشه های هسته آی پی درایور LCD طراحی شده در این مقاله دارای خروجی های 64 COM (ردیف) و 64 SEG (ستون) است و دارای سرعت بالا 8 بیتی رابط MCU موازی. و رابط سریال، تراشه حاوی رم است که داده های صفحه نمایش را ذخیره می کند و به طور خاص 10 دکمه کنترل را طراحی کرده است، می تواند به راحتی و انعطاف پذیری کنترل کند. این عمدتا دارای توابع اصلی زیر است:
1. ارائه سیگنال زمان اسکن و نمایش اطلاعات سیگنال برای صفحه نمایش کریستال مایع.
2، اتصال مستقیم با MCU را به شکل اتوبوس پشتیبانی می کند؛
3 می تواند مقادیر مختلف ال سی دی (n & TImes؛ m) را درایو کند، n می تواند یک مقدار پیوسته باشد (n = 0 ~ 63)؛ m فقط می تواند یک عدد 8 باشد (m = 8k؛ k یک عدد طبیعی)؛
4. پشتیبانی از آبشار بین هسته های IP برای راندن LCD های بزرگتر، حمایت از تا 4 هسته آی پی هسته بین کانال cascading و cascading inter-column؛
5 می تواند طیف گسترده ای از ولتاژ خروجی درایو را برای تطبیق با دستگاه های مختلف ال سی فراهم کند؛
6، برای ارائه تصویر در تصویر، صفحه نمایش تقسیم صفحه و توابع دیگر.
طراحی هسته آی پی
در این مقاله، با توجه به روش طراحی بالا، ابتدا تراشه را به توابع سلسله مراتبی تقسیم می کنیم، در حالی که با استفاده از تجربه طراحی طراحی درایور ال سی دی درایور موجود، ترکیب روش طراحی "پایین" برای طراحی برخی از ماژول ها است. در نهایت، با توجه به چارچوب طراحی سیستم، هر یک از ماژول ها هماهنگ می شوند و کلی تأیید عملکرد تراشه به منظور رعایت الزامات مشخصات طراحی انجام می شود.
ساختار سیستم
ساختار سیستم هسته آی پی که در این مقاله طراحی شده است در شکل 1 نشان داده شده است. هسته آی پی عمدتا از ماژول های زیر تشکیل شده است: رله خط و ستون راننده سیگنال راننده، ردیف سطح، شمارنده حلقه شمارنده پیش فرض، ماژول، نمایش اطلاعات RAM و آدرس ماژول رمزگشایی، ماژول رابط MCU. برخی از این ماژول های بزرگ نیز می توانند به چند بخش زیر تقسیم شوند.
هر طراحی ماژول
ماژول رابط MCU
ماژول رابط MCU یک رابط برای ارتباط بین یک هسته IP و کنترل کننده خارجی (MCU) است و یک کانال برای انتقال داده است. MCU دستورات را می خواند، وضعیت را می خواند یا داده ها را روی تراشه راننده LCD نمایش می دهد از طریق این رابط. در عین حال، رابط نیز کنترل کنترل کننده رمز را می پذیرد، به طوری که خواندن و نوشتن و عملیات داخلی ترکیب شده است. تراشه توسط منطق ترکیبی پیچیده تر و مدار منطقی ترتیبی اجرا می شود که می تواند با دو سیگنال کنترل مرکزی MCU سازگار باشد و از حالت دو حالت داده ای سریال / موازی پشتیبانی کند.
این ماژول شامل چند زیرمجموعه است که معمولا در ماژول رابط MCU از مدار رانندگی رایج موجود LCD استفاده می شود، مانند یک زیرمولار اتوبوس داده (8 بیتی)، زیرمجموعه تشخیص حالت مشغول، یک زیر کنترل خواندن / نوشتن -module و یک زیرمجموعه آزمایشی MCU. یک زیردریایی کنترل خطوط آبشار سطر و ستونی اضافه شده است. اتوبوس داده عمدتا برای تبادل اطلاعات داخلی و خارجی استفاده می شود؛ زیرموود تشخیص موقعیت شلوغ برای تعیین وضعیت MCU استفاده می شود، یک سیگنال سیستم شغلی را برای هماهنگ کردن سیگنال خواندن و نوشتن عملیات و دریافت سیگنال های داخلی / خارجی تنظیم مجدد ایجاد می کند؛ زیر مولفه کنترل خواندن و نوشتن برای تولید صحیح استفاده می شود. توالی کنترل خواندن و نوشتن؛ تابع خروجی فرعی MCU از طریق ترکیب منطقی است، در تراشه برای انجام فرایند read-modify-write، MCU را آزاد می کند تا MCU بتواند در همان زمان عملیات دیگری انجام دهد؛ و کنترل کننده آبشار جدید عملکرد اصلی این ماژول برای رسیدن به هماهنگی ردیف و پیوند ستون بین هسته های IP است. تا 16 کانتینر IP (4 ردیف و 4 ردیف هر کدام) می تواند پشتیبانی شود. CS0 ~ CS1 پورت کنترل آبشار است، و CS2 ~ CS3 سطوح ستون هستند. کنترل مشترک به عنوان مثال، فرض کنید که یک LCD (128 & TImes؛ 256) وجود دارد که می تواند توسط 8 هسته IP هدایت شود. هنگامی که تنظیمات انجام می شود، CS 0000، 0001، 0010، 0011، 0100، 0101، 0110، 0111 است که می تواند 2 و TImes باشد؛ درایو هسته اصلی آی پی نمودار سیگنال تنظیم آن در شکل 2 نشان داده شده است.
اطلاعات رم و آدرس رمز گشایی ماژول را نشان می دهد
این ماژول عمدتا برای ذخیره داده های نمایش داده شده استفاده می شود و به عنوان یک بافر بین رابط MCU و مدار راننده سیگنال برای اطمینان از خروجی پایدار داده های صفحه نمایش عمل می کند.
این ماژول شامل دو زیرمجموعه است: یک آرایه رم و یک رمزگذار آدرس برای ذخیره داده های صفحه نمایش. اول، آدرس ستون توسط مدار آدرس ستون ارائه می شود، یک ستون از سلول های حافظه RAM 8 بیتی توسط دکمه آدرس آدرس ستون انتخاب شده است، و MCU خواندن / نوشتن را از طریق رابط؛ سپس ردیف آدرس ردیف رم را در واحد ردیف اسکن می کند. در ترکیب با مدار داده مدار صفحه نمایش، تمام ردیف داده می تواند خروجی و خروجی به صفحه نمایش کریستال مایع برای نمایش توسط مدار رانندگی الکترود.
ماژول لخت اطلاعات
این ماژول شامل دو زیرمجموعه است: شماره کنترل ستون فرمان زیرشاخه و زیر سوئیچ فرمان درایو. فرمان شماره فرمان کنترل زیرشبکه فرماندهی متشکل از کلاغ داده ها 8 بیتی موازی است. تابع اصلی این است که داده ها را در اتوبوس داده قفل کرده و آن را از حافظه RAM به RAM تحت سیگنال کنترل و سیگنال ساعت از ماژول کنترل منطقی خارج کند. داده های نمایش داده ها بر روی اتوبوس داده بیت به ترتیب در داده های 8 بیتی مربوطه قفل می شوند. اطلاعات 64 بیتی نیاز به 8 بار و 8 بیت در هر زمان دارد. فریم راننده فرعی یک فرکانس 64 بیتی است که توسط فریم های 64 بیتی متصل شده به صورت موازی تشکیل شده است. نقش آن اینست که داده های 8 بیتی 8 بالا را زیر سیگنال کنترل و سیگنال ساعت از ماژول کنترل منطقی قرار دهیم. داده های m بیتی که در لتچر منتقل می شوند، همه در یک بار قفل می شوند و سپس به مدول راننده الکترود سیگنال ورودی وارد می شوند.
ماژول کنترل منطق
نقش اصلی این ماژول کنترل انتقال داده سیگنال است و تعداد خطوط سیگنال ستون را انتخاب می کند. شماره فرمان کنترل فرمان زیرشبکه، زیر فرمان لودر درایو و ژنراتور ساعت را می توان با کنترل ورودی کنترل شماره ستون M برای دستیابی به توابع قابل استفاده برای اندازه های مختلف LCD ها کنترل کرد. با توجه به نیازها، با وارد کردن مقادیر مختلف به ورودی شماره کنترل ستون ستون M، کنترل تعداد دفعات کنترل تعداد بیت در حالت کار را کنترل می کند، و سایر دستگاه های لچ به وضعیت بیکار تنظیم می شوند. داده ها در RAM داده های نمایش داده شده به کنترل کننده شماره ستون مربوطه از طریق اتوبوس داده 8 بیتی در طول چرخه کار قفل می شوند و سپس در یک درایو الکترود در یک زمان تحت کنترل سیگنال ساعت قرار می گیرند. سیگنال ورودی ماژول به این ترتیب، هسته آی پی می تواند عملکرد تعدیل ستون های انتخاب شده را اجرا کند. هنگامی که M مقدار "000" است، 8 بیت پایین (اولین سوپاپ) ستون شماره کنترل کنترل عمل می کند، و دیگر همه بیکار است، و الکترودهای ستون مربوطه SEG0 ~ SEG7؛ زمانی که M "001" باشد، 16 بیت پایین (قفل اول و دوم) قفل کنترل ستون عمل می کند. همه ستون های دیگر رایگان هستند الکترودهای ستون مربوطه SEG0 ~ SEG15؛ و غیره، تا زمانی که کنترل ستون fences 64. بیت ثبت تمام کار، الکترود ستون مربوطه است SEG0 ~ SEG63.
ماژول درایو الکترود
این ماژول عمدتا شامل چهار زیر مولفه است: زیر زیرژولار راننده رانندگی الکترود رانندگی، فرعی زیرنویسی راننده سیگنال الکترود، یک ردیف سطح و شمارنده شمارنده از پیش تعیین شده.
تابع شفت کننده سطح این است که ولتاژ سیگنال منطقی را به یک ولتاژ رانندگی واقعی ال سی با یک سیگنال کنترل اعمال شود و خروجی به ماژول راننده با توجه به نیازهای عملی واقعی؛ نقش الگوریتم رانندگی با راننده الکترود ردیف، ارائه الکترودهای ردیف با یک دوره خاص از پالس سیگنال اسکن است؛ عملكرد زیرمجموعه فرمان راننده سیگنال الکترود، اعمال داده ها از یك لكچر به الكترود ستون مربوطه و سیگنال اسكن كردن یك ردیف الکترود برای ایجاد میدان الکتریکی رانندگی AC است، در نتیجه رانندگی نمایشگر دستگاه LCD. تعدادی از شمارنده حلقه که می تواند از پیش تعیین شده باشد، می تواند تعداد الکترودهای اسکن ردیف را از طریق ترمینال کنترل شماره ردیف N (S0 ~ S5) برای انطباق با صفحات ال سی دی از اندازه های مختلف کنترل کند و مقادیر مختلفی را به ترمینال N به نیازهای واقعی. تعدادی ردیف را برای یک کار خاص کنترل کنید و تمام الکترود های دیگر بیکار هستند. تحت کنترل سیگنال سیگنال درایو خط، اسکن خط خطی انجام می شود، و چرخه تا زمانی که یک مقدار جدید برای ترمینال N کنترل شماره خط وارد می شود، و یک شماره خط جدید از خط الکترودها در یک خط خطی، به صورت خطی به عنوان مثال، هنگامی که سیگنال اعمال شده N "011011" است، تعداد الکترودهای اسکن 27 است. زیرمجموعه راننده اسکن راننده یک سیگنال اسکن پیشرونده را روی الکترودهای ردیف COM0 COMCOM26 تولید می کند و دیگر الکترودهای ردیف COM27 COMCOM63 مجموعه می شوند به سطح پایین اگر سیگنال اعمال شده N N "100011" باشد، زیرگروه رانندگی الکترود اسکن، یک سیگنال اسکن پیشرفته رانندگی را روی الکترودهای ردیف COM0 COMCOM34 تولید می کند.
پیاده سازی سیستم هسته آی پی
اول، با توجه به تعریف بالا و تقسیم کل عملکرد سیستم و طراحی هر یک از ماژول، هر ماژول تابع به طور جداگانه توسط زبان VHDL مدل سازی می شود؛ ثانیا، در دستگاه FPGA شرکت Xilinx، ابزار EDA برای شبیه سازی و سنتز استفاده می شود. اشکال زدایی و بهینه سازی طراحی؛ سپس، از VHDL برای تعریف ماژول سطح بالا برای اتصال هر ماژول استفاده کنید و اشکال زدایی و تأیید سیستم مربوطه را انجام دهید. در نهایت، یک ردیف LCD ریدر با 64 COM (ردیف) و 64 SEG (ستون) خروجی، با سرعت بالا 8 بیت موازی رابط MCU و رابط سریال، تراشه حاوی RAM برای داده های صفحه نمایش، و می تواند برای کنترل CS برای گسترش آبشار برای دیدار با LCD بزرگتر، از طریق شماره ستون شماره کنترل M و تعداد ردیف کنترل N ترمینال برای انطباق با اندازه های مختلف ال سی دی.
شبیه سازی و تأیید
این مقاله از نرم افزار شبیه سازی Xilinx ISE به عنوان یک ابزار شبیه سازی برای بررسی هسته طراحی شده در دو مرحله استفاده می کند.
اولا، این مقاله اولین بار تأیید عملیات اولیه هر کدام از ماژول هسته آی پی (شامل زیرموالهای داخلی) را انجام می دهد. سپس، با توجه به روند کار تراشه، کل تراشه به طور کامل شبیه سازی شده است. شکل 3 و 4 نتایج شبیه سازی را با استفاده از ISE برای شبیه سازی عملکرد سطر و ستون کنترل کل هسته آی پی نشان می دهد. در شکل CLK و CLK1، به ترتیب، ساعتهای کنترل انتقال داده و پالس های اسکن الکترودهای ردیف از ماژول رابط MCU هستند. M و N پایانه های کنترل انتخابی برای ستون و الکترودهای ردیف هستند؛ پایین دو و دو بیت بالا از CS به ترتیب آبشار هستند. کنترل آبشار با ستون ها به پایان می رسد.
نتایج شبیه سازی در شکل 3 و شکل 4 نشان می دهد:
1. هنگامی که RESET بالا است، هسته IP در حالت اولیه یا حالت روشن است؛ وقتی WRITE بالا است، هسته آی پی در حالت کار است و می تواند داده های صفحه نمایش را دریافت کند.
2. در لبه رو به افزایش CLK ساعت، MCU اطلاعات نمایش 8 بیتی را به RAM RAM هسته به طور موازی از طریق رابط می نویسد؛ در لبه رو به افزایش CLK1 ساعت، الکترودهای رانندگی افقی اسکن به طور متوالی پالس های اسکن را نمایش می دهند، و الکترودهای سیگنال ستون داده ها را در RAM قرار می دهند. خروجی از SEG
3. تعداد ردیف های پایانه های کنترل می تواند تعدادی ردیف از الکترود های اسکن شده را تغییر دهد. وقتی ترمینال N را انتخاب کنید شماره ردیف 3E است، یک سیگنال اسکن در COM0 ~ COM61 خروجی می شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 3، در سیگنال ساعت اول ردیف، سیگنال اسکن بر روی الکترود COM61 خروجی و ردیف الکترود ردیف ردیف تحت کنترل ردیف ساعت رانندگی اسکن شده است؛ هنگامی که سیگنال ساعت هفتم ردیف وارد می شود، N به 22 می رسد، سیگنال اسکن در ردیف الکترود COM33 خروجی می شود و به طور مداوم کاهش می یابد. اسکن مترقی COM0 ~ COM33 انجام می شود.
4. ترمینال کنترل شماره ستون می تواند تعداد الکترودهای سیگنال ستون را تغییر دهد. هنگامی که ترمینال شماره کنترل ستون "110" است، الکترود SEG خروجی 48 بیتی است؛ هنگامی که M "010" باشد، خروجی SEG 16 بیت می شود؛ هنگامی که M "101" باشد، خروجی SEG 40 بیت می شود. ؛ هنگامی که M "100" باشد، خروجی SEG 32 بیت می شود.
در این مقاله، عملکرد کنترل شماره ستون، کنترل ردیف شماره، و cascading میان هسته ای هسته آی پی به طور کاربردی تأیید و تأیید شده است. فضای محدود در اینجا تنها تعداد ستون و توابع کنترل ردیف را شرح می دهد.
نتیجه
این مقاله در مورد طراحی یک هسته IP تراشه ی درایو LCD مورد بحث قرار می گیرد. با توجه به ایده طراحی بالا به پایین، تراشه به لایه ها تقسیم می شود و عملکرد کلی تراشه تایید شده است. در تایید عملیات تراشه، این مقاله زبان VHDL را برای تایید عملکرد تابع منطقی و زمان بندی مدار اتخاذ می کند. راننده LCD صفحه نمایش یک طراحی پارامتری را برآورده می کند و دارای قابلیت حمل خوب است و می تواند به راحتی بر روی سیستم های کاربردی دستگاه های قابل حمل و PDA و سایر محصولات مربوطه مورد استفاده قرار گیرد.
