基于FPGA的LCD驱动显示电路的设计与实现Word文档下载推荐.docx
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薛文平
指导教师:
田勇
单位名称:
嵌入式系统工程系
专业名称:
电子信息工程(集成电路设计与系统方向)
东北大学东软信息学院
2011年5月
DesignandImplementationofLCDDriveDisplayCircuitbasedonFPGA
byXueWenping
Supervisor:
LecturerTianYong
NortheasternUniversityNeusoftInstituteofInformation
May2011
毕业设计(论文)任务书
毕业设计(论文)题目:
设计(论文)的基本容:
本课题主要研究了利用FPGA来驱动字符型液晶显示器模块。
课题关键是对驱动芯片的各个引脚和时序进行控制。
本系统开发环境为WindowsXP,开发语言为VerilogHDL。
设计的目的是为了在LCD液晶显示器上显示任意大小写英文字符和阿拉伯数字,能根据输入数据的变化同步变化LCD上显示的容所有功能全部用硬件描述语言编程实现下载到Xilinx公司的开发板上进行调整。
完全可以取代传统的利用单片机来驱动液晶显示,且比之有更好的抗干扰性,更高的可靠性。
毕业设计(论文)专题部分:
题目:
设计或论文专题的基本容:
学生接受毕业设计(论文)题目日期
第1周
指导教师签字:
2010年11月30日
摘 要
本课题主要任务是设计基于FPGA的LCD驱动电路的设计和实现,兼顾好程序的易用性,以方便之后模块的移植和应用。
控制器部分采用Verilog语言编写,主体程序采用了状态机作为主要控制方式。
最后实现使用FPGA在LCD上显示任意的英文字符和阿拉伯数字,另外要能根据输入数据的变化同步变化LCD上显示的容。
同时要能将储存模块中的数据正常地显示在LCD上。
该课题的研究将有助于采用FPGA的系列产品的开发,特别是需要用到LCD的产品的开发。
同时可以大大缩短FPGA的开发时间。
另外,由于模块的易用性,也将使得更多的采用FPGA的产品之上出现LCD,增加人机之间的交互性,为行业和我们的生活带来新的变化。
本文中对FPGA,LCD,ModelSim,XilinxISE8.2i硬件设计工具等进行了简单的介绍,对其功能进行了简单的描述,并了解了LCD液晶显示器的发展历史,日常应用以及相对比于其他种类显示器的优缺点,并对基于FPGA的LCD液晶显示器驱动电路未来的发展趋势进行了展望。
关键词:
FPGA,LCD,状态机,Verilog
Abstract
Inthisproject,themainobjectistodesignaLCDcontrollerbasedonFPGA,andatthesametimeemphasizeontheconvenienceforthelaterapplicationandmigration.TheprogramofthecontrolleriswrittenbyVeriloglanguage,andthemainbodyoftheprogramusedstatemachineastheprimarycontrolmethod.displayedpicturewhichwasputearlier.
Inthisproject,Ifinallyrealizedthefollowingfunction.ThefirstoneistodisplayanyEnglishandfigureoncharacteranypositionofthedisplayscreen.Thesecondoneisthedisplayinformationwillinstantaneouslyupdateastheinputdatachanges.
TheresearchofthisprojectwillcontributetothedevelopingprocessofthoseproductswhichuseFPGAs,especiallythoseproductsalsouseLCD.Andatthesametime,itcanreducedramaticallyonthedevelopingtime.Inaddition,fortheconvenienceofthiscontroller,moreandmoreFPGAbasedproductswillcomeoutwithLCDscreen.Thischangewillenhancetheinteractionbetweenhumanandthemachine,andbringinnovationtotheindustryandourlives.
Inthisproject,FPGA,LCD,ModelSim,XilinxISE8.2Ihardwaredesigntoolssimplyintroducesitsfunctionswereasimpledescription,andunderstandingtheLCDmonitorthedevelopmenthistory,andrelativeeverydayapplicationsthaninothertypesofmonitorbasedonFPGAadvantagesanddisadvantages,andtheLCDmonitordrivercircuitfuturedevelopmenttrendsarediscussed.
Keywords:
FPGA,LCD,StateMachine,Verilog
目 录
任务书I
第1章 绪 论
1.1 选题背景
本课题主要任务是设计基于FPGA的LCD驱动显示电路的设计与实现。
兼顾好程序的易用性,以方便之后模块的移植和应用。
最后在FPGA上的任意位置显示任意的英文和数字,另外要能根据输入数据的变化使LCD液晶显示器上显示的容产生变化。
本课题的研究有助于采用FPGA的系列产品的开发,特别是需要用到基于FPGA的LCD产品的开发。
增加人机之间的交互性,为行业和我们的生活带来新的变化。
FPGA是Field-ProgrammableGateArray的缩写,即现场可编程门阵列,它是在GAL、CPLD、PAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了原有可编程器件门电路数有限的缺点,又克服了定制电路的不足。
我们平时所说的LCD,它的英文全称为Liquid
Crystal
Display,直译成中文就是液态晶体显示器,简称为液晶显示器。
液晶是一种几乎完全透明的物质。
它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。
到20世纪60年代,有人发现给液晶充电会改变它的分子排列,造成光线的扭曲或折射,这个发现引发了人们发明液晶显示设备的念头。
1.2LCD液晶显示器的发展现状
早期的时候,技术还不成熟,LCD液晶显示器主要被应用于电子表、计算器等领域。
世界第一台真正意义上的液晶显示设备出现在20世纪70年代初,它被称之为TN-LCD(扭曲向列)液晶显示器。
虽然是用单色显示的方式,但它仍然被推广到了电子表、计算器等领域。
和TN技术不同的是,TFT的显示采用“背透式”的照射方式—假想的光源路径是从下向上,而不是像TN液晶那样从上至下。
光源路径设计成从下向上的作法是在液晶的背部设置特殊光管,光源照射时通过下偏光板向上透出。
由于上下夹层的电极改变成为FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现也会改变,可以通过使用遮光和透光的方法来达到显示的目的,响应时间提高到80ms左右。
因为TFT具有比TN更高的对比度,更丰富的色彩和更快的荧屏更新频率,所以TFT俗称“真彩”。
相比较于DSTN,TFT的主要特点是给每个像素都配置了一个半导体开关器件。
由于每个像素都可以通过点脉冲来直接控制,因而每个节点都显得更独立,并可以连续控制。
这样的设计方法不但提高了显示屏的反应速度,而且也可以精确控制显示的灰度,这就是TFT色彩比DSTN更为逼真的原因。
2001年以后LCD液晶显示器技术开始走上成熟发展之路、但仍然生存在CRT显示器阴影下(CRT直译中文为:
阴极射线管,英文名称为
Cathode-Ray
Tube)。
传统的CRT显示器的发展历程为从黑白到彩色和从球面到柱面再到平面直角最后直至纯平的发展。
在这段非常快速前进的历程中,显示器的视觉效果在跳跃性提高,带宽、画质、分辨率、刷新和色彩率等各项指标均有非常大的提升。
目前主流的纯平显示器色彩真实,图像无扭曲,画面清晰,视角更广阔,而且在设计时还充分考虑到了人类的视觉构造,好的纯平显示器在长时间使用之后,眼睛不会感到疲劳等一系列优势。
但是
同期的液晶显示器存在画面延时,色彩还远不够真实,可视角度削弱等缺点,所以,在2005年以前,LCD液晶显示器一直生活在CRT显示器的阴影下。
不过与此同时我们也对比看到LCD液晶显示器宽广的发展前景:
可以说纯平显示器是CRT显示器发展的最高水平,然而,由于CRT显示器的基本工作原理是依靠高电压激发的游离电子轰击显示屏而产生各种各样的图像,技术已经十分成熟,没有太多的发展余地。
受限于此,传统CRT显示器在体积、重量、功耗等方面露出自己的劣势。
当时,由于液晶面板厂商基本都是第三代以前的生产线,在切割15、17吋等主流尺寸液晶面板的时候成本居高不下,所以,在那个年代,LCD的售价也自然居高不下,15吋LCD液晶显示器售价达到4000元以上,和当时同样显示面积的17吋CRT显示器2000多元的价格根本没有任何优势,所以,在那个年代,LCD液晶显示器只是一些奢侈玩家的摆设品。
经过2003年LCD液晶显示器大幅度调价,消费者发现LCD液晶显示器的价格与CRT显示器进一步接近了,尤其是大尺寸LCD液晶显示器的售价和同尺寸的CRT显示器相比甚至有一些尺寸开始有优势。
大家在关注液晶显示器的同时,开始注意到在液晶显示器具备一些独特的优势。
1、大大提高桌面利用率
2、易于悬挂、拼接
3、接口更丰富、DVI成为标准配置
4、分辨率更高,相同尺寸的可视面积更大
从2003年开始,各大显示器厂商开始意识到一个重要的问题,要提高LCD液晶显示器的市场地位,他们当务之急是解决LCD液晶显示器拖影问题。
所以,我们可以注意到,LCD液晶显示器响应时间技术从200
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