LCD יש יתרונות רבים כגון מתח עבודה נמוך, צריכת חשמל נמוכה, כמות גדולה של מידע התצוגה, חיים ארוכים, אינטגרציה קלה, ניידות קלה, זיהום קרינה אלקטרומגנטית נמוכה. זה התפתחה הטכנולוגיה להציג והוא נמצא בשימוש נרחב טלפונים ניידים, מוצרי מחשבי כף יד, ומכשירי כף יד. מכשירים ומוצרים אלקטרוניים והתקנים אחרים.
מעגל כונן ה- LCD הוא חלק חשוב ממערכת תצוגת הגבישים הנוזליים והוא מעגל ממשק בין המחשב (או MCU) לבין לוח הגביש הנוזלי. הפונקציה העיקרית שלו היא לווסת את השלב ואת שיא הערך של האות הפוטנציאלי כי הוא פלט האלקטרודות של המכשיר להציג גביש נוזלי. תדירות ופרמטרים אחרים כדי להקים כונן AC שדה חשמלי. בשל ההבדל הגדול מפרטים LCD, השיטה המקובלת היא לפתח מעגל כונן ייעודי עבור כל סוג של LCD. תכנון כזה מבזבז זמן ויש לו שימוש חוזר לקוי. מסיבה זו, יש צורך לעצב הליבה IP שניתן להשתמש בהם עבור מעגלים קטנים ביותר בגודל LCD כונן, ויש צורך לפתור את הבעיה על ידי ריבוב הליבה IP. נכון לעכשיו, רק Yu-Jung Huang ואחרים מאוניברסיטת I-Shou עיצבו ליבות IP שיכולות להניע רכיבי LCD בגדלים שונים כדי להשיג פונקציה זו על-ידי הטמעת מיקרו-מעבדים משובצים במערכת. עם זאת, מעבד זה מוטבע עושה את המערכת מורכבת יותר ויקר יותר. ליבת ה- IP של מעגל הכוננים המיועד להניע את ה- LCD בגדלים שונים מיושמת באמצעות FPGA, אשר יכול למעשה להתגבר על החסרונות של המורכבות של מערכת המעגל ועלות גבוהה.
מבנה מערכת הליבה
איור 1 מבנה הליבה מבנה ה- IP
IP הליבה אשד הסדר תרשים
איור 2 איור IP הליבה הסדר מפל
קו שליטה פונקציה סימולציה תוצאות
איור 3 איור 3. שורת פקודה פונקציה תוצאות סימולציה
עמודה בקרת פונקציה תוצאות סימולציה
איור 4 איור פונקציה מלאה פונקציה סימולציה
מפרט עיצוב
על מנת לענות על הצרכים האמיתיים של רוב היישומים הקטנים של היום להציג LCD, את המעגל LCD הנהג שבב הליבה IP תוכנן במאמר זה יש 64 COM (שורה) ו 64 SEG (טור) פלטי, ויש לו במהירות גבוהה 8 סיביות ממשק מקבילי. ואת ממשק טורי, שבב מכיל את RAM כי מאחסן את נתוני התצוגה, ויש לו תוכנן במיוחד 10 קצוות בקרה, יכול לשלוט בנוחות ובגמישות. זה בעיקר יש את הפונקציות העיקריות הבאות:
.1 ספק אות תזמון סריקה ונתוני אות תצוגה לתצוגת גביש נוזלי;
2, לתמוך בקשר ישיר עם MCU בצורה של אוטובוס;
3, יכול לנהוג קשקשים שונים של LCD (n & TImes, m), n יכול להיות ערך רציף (n = 0 ~ 63), מ 'יכול לקחת רק מספר 8 (מ = 8k, k לקחת מספר טבעי);
4. תומך מפל בין ליבות IP לנהוג LCD גדול, תמיכה עד 4 IP הליבה בין הבנק מדורגים בין מדורגים מדורגים;
5, יכול לספק מגוון רחב יותר של מתח פלט כונן להסתגל שונים התקני LCD;
6, כדי לספק תמונה בתוך תמונה, מסך מפוצל להציג פונקציות אחרות.
IP עיצוב הליבה
במאמר זה, על פי שיטת העיצוב "מלמעלה למטה", תחילה לחלק את השבב לתפקודים היררכיים, תוך התייחסות לניסיון הקיים עיצוב שבב הנהג שבב, ולשלב את "מלמטה למעלה" שיטת עיצוב לתכנן כמה מודולים. לבסוף, על פי מסגרת עיצוב המערכת, כל מודול מתואמת ואת האימות הפונקציונלי הכולל של השבב מבוצע על מנת לענות על הדרישות של מפרט העיצוב.
מבנה המערכת
המבנה של מערכת הליבה IP תוכנן במאמר זה מוצג בתרשים 1. הליבה IP מורכב בעיקר המודולים הבאים: קו סריקה טור מודול אות הנהג, shifter רמה, מספר presetable מונה טבעת, נתונים מודול אצווה, ההיגיון שליטה מודול, להציג נתונים RAM מודול כתובת לפענח, מודול ממשק MCU. חלק גדול מודולים אלה יכולים גם להיות מחולק למספר תת מודולים.
כל עיצוב מודול
יחידת ממשק
מודול ממשק MCU הוא ממשק לתקשורת בין ליבת IP לבין בקר חיצוני (MCU) והוא ערוץ להעברת נתונים. ה- MCU כותב פקודות, קורא סטטוס, או מציג נתונים על שבב מנהל התקן ה- LCD דרך ממשק זה. במקביל, הממשק גם מקבל את הפקודה מפענח פקודה, כך קריאה וכתיבה ופעולות פנימיות בשילוב. השבב מיושם על ידי לוגיקת שילוב פנימית מורכבת יותר ומעגלים לוגיים רציפים, אשר יכולים להיות תואמים את שני אותות בקרה MCU המרכזי ותמיכה טורי / מקבילי שני מצבי נתונים נתונים.
המודול כולל מספר מודולי משנה המשמשים בדרך כלל במודול ממשק MCU של מעגל הנהיגה המשותף של LCD, כגון מודול משנה של נתוני אוטובוס (8 סיביות), מודול תת-קרקעי לאיתור מצב תפעולי, תת-בקרה בקרה / כתיבה -Module, וכן מודול שחרור של MCU. מפל חדש שורה ואת subcule טור אשד בקרת נוספה. אוטובוס הנתונים משמש בעיקר לחילופי נתונים פנימיים וחיצוניים; נעשה שימוש בתצורת זיהוי מצב עסוק כדי לקבוע את הסטטוס של MCU, מייצר אות מערכת עסוק כדי לתאם אות קריאה ולכתוב פעולות ולקבל אותות פנימי / חיצוני לאפס; קריאת הקריאה והכתיבה משמשת ליצירת רצף בקרת קריאה-כתיבה; MUU שחרור מודול תת מודול היא באמצעות שילוב לוגי, שבב לבצע את "לקרוא לשנות לשנות" תהליך, לשחרר את MCU כך MCU יכול לבצע פעולות אחרות בו זמנית; ואת בקר אשד החדש הפונקציה העיקרית של המודול היא להשיג שרשור שורה ואת שרשור עמודה בין ליבות IP. עד 16 שרשרות IP (4 שורות ו 4 דרגות כל אחד) ניתן לתמוך. CS0 ~ CS1 הן יציאות בקרת אשד, ו- CS2 ~ CS3 הן רמות עמודות. שליטה משותפת. לדוגמה, נניח כי יש LCD (128 & TImes, 256), אשר יכול להיות מונע על ידי 8 ליבות IP. כאשר ההגדרות נעשות, CS הוא 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, אשר יכול להוות 2 & TImes; כונן את מערך הליבה של ה- IP. תרשים סכמטי של ההסדר שלה מוצג באיור 2.
הצגת נתונים RAM ו מודול פענוח כתובת
מודול זה משמש בעיקר לאחסון הנתונים כדי להיות מוצג, ופועל כמו חיץ בין ממשק MCU לבין מעגל הנהג האות כדי להבטיח את יציאת יציבה של נתוני התצוגה.
המודול כולל שני מודולי משנה: מערך RAM ומפענח כתובות לאחסון נתוני תצוגה. ראשית, כתובת העמודות מסופקת על ידי מעגל כתובת העמודה, עמודה של 8 סיביות זיכרון RAM תאים נבחר על ידי מפענח כתובת עמודה, ואת MCU קורא / כותב באמצעות ממשק; לאחר מכן, מפענח כתובת השורה סורק את ה- RAM ביחידות של שורות. בשילוב עם התצוגה להציג נתונים מעגל, את כל שורת הנתונים ניתן פלט פלט לתצוגה גביש נוזלי לתצוגה על ידי מעגל נסיעה אלקטרודה.
מודול תפס נתונים
המודול מכיל שני מודולי משנה: מודול משנה של בקרת מספר העמודות ומודול המשנה של תפס הכונן. תצורת השורה של תצוגת מספר העמודות מורכבת ממנעולי נתונים מקבילים של 8 סיביות. הפונקציה העיקרית היא לנעול את הנתונים על האוטובוס נתונים פלט אותו RAM ל RAM תחת אות הבקרה ואת השעון האות של מודול הלוגיקה שליטה. אותות נתוני התצוגה באוטובוס הנתונים הקטנים מחוברים בהתאמה בתפסוני הנתונים המתאימים של 8 סיביות. הנתונים של 64 סיביות דורשים 8 פעמים ו -8 סיביות בכל פעם. התצורה התת-מודעת של מנהל ההתקן היא נעילת כונן 64 סיביות שנוצרה על-ידי 64 תפסים של 1 סיביות המחוברים במקביל. תפקידו הוא לשים את 8 8-bit העליון נתונים תחת האות מלאה אות השעון של מודול הלוגיקה שליטה. הנתונים m-bit מועבר ב הבריח הוא בבת אחת בבת אחת, ולאחר מכן קלט את מודול אות מודול אלקטרודה האות.
מודול לוגיקת בקרה
התפקיד העיקרי של מודול זה הוא לשלוט על שידור נתוני האות ולבחור את מספר שורות האותות בעמודה. את מספר העמודות שליטה תת מודול תת, את התצורה כונן משנה מודול, ואת מחולל שעון יכול להיות נשלט על ידי מספר העמודה קלט קלט M כדי להשיג את הפונקציות החלות על גדלים שונים של LCDs. על פי הצרכים, על ידי הזנת ערכים שונים למספר בקרת מספר העמודה M, היא שולטת במספר התפסים של בקרת מספר סיביות במצב העבודה, ויחידות האחר האחרות מוגדרות למצב המתנה. הנתונים בזיכרון RAM של נתוני התצוגה ננעלים בתפס הבקרה המתאים למספר העמודות באמצעות אוטובוס הנתונים של 8 סיביות במהלך מחזור החובה, ולאחר מכן מאוחסנים בתפס הכונן עבור כונן האלקטרודה בכל פעם בשליטה של אות שעון. אות קלט מודול. בדרך זו, הליבה IP יכול ליישם את הפונקציה של שליטה על מספר העמודות שנבחרו. כאשר M הוא "000", את 8 סיביות התחתונה (התפס הראשון) של השורה מספר בקרת בריח לפעול, והשני הוא כל סרק, ואת האלקטרודות בעמודה המקביל הם SEG0 ~ SEG7; כאשר M הוא "001" החלק התחתון של 16 סיביות (התפסים הראשונה והשנייה) של תפס בקרת הטור פועל. כל שאר העמודות חופשיות. המקביל אלקטרודות טור הם SEG0 ~ SEG15; וכן הלאה, עד בריח שליטה טור 64. Bit לרשום את כל העבודה, האלקטרודה בעמודה המקביל הוא SEG0 ~ SEG63.
מודול כונן אלקטרודה
המודול כולל בעיקר ארבעה תת מודולים: שורה סריקה אלקטרודה נהיגה משנה מודול, אותות אלקטרודה אותות מודול משנה משנה, מחלף רמה, מונה מונה מראש מספר.
הפונקציה של מחלף הרמה היא להמיר את המתח של אות הלוגיקה למתח מתח בפועל של LCD על ידי אות בקרה יישומי ופלט למודול הנהיגה בהתאם לצרכי היישום בפועל; את התפקיד של הסריקה שורה אלקטרודה נהיגה תת המודול הוא לספק את השורה אלקטרודות עם תקופה מסוימת של הדופק אות סריקה; את הפונקציה של עמודה האות אלקטרודת נהיגה תת המודול הוא ליישם את הנתונים מן הבריח אל האלקטרודה בעמודה המקביל, ואת האות סריקה של האלקטרודה שורה להקים את השדה החשמלי AC נסיעה, ובכך נהיגה התצוגה של המכשיר LCD. מספר דלפקי הטבעות שיכולים להיות מוגדרים מראש יכול לשלוט במספר אלקטרודות סריקה שורה באמצעות מסוף מספר השורה מסוף N (S0 ~ S5) להסתגל למסכי LCD בגדלים שונים, קלט ערכים שונים למספר מסוף שורת הפקודה N בהתאם לצרכים בפועל. שליטה על מספר שורות עבור עבודה מסוימת וכל שאר האלקטרודות הם בטל. תחת שליטה של השעון קו שעון השעון, סריקה מבוצעת שורה אחר שורה, ואת המחזור חוזר על עצמו עד ערך חדש הוא קלט אל שורת מספר מסוף בקרה N, ומספר שורה חדשה של אלקטרודות קו הוא סרק בקו- באופן אחר. לדוגמה, כאשר האות N מוחל הוא "011011", מספר אלקטרודות הסריקה הוא 27. שורת הסריקה נהיגה משנה מודול מייצר אות סריקה פרוגרסיבי על השורות שורה COM0 COMCOM26, ואת השורה השנייה אלקטרודות COM27 COMCOM63 כולם מוגדרים לרמה נמוכה. אם האות החדש יישם N הוא "100011", את האלקטרודה סריקה נהיגה תת מודול מייצר אות סריקה מתקדמת במחזור על השורות שורה COM0 COMCOM34.
IP ליבת המערכת
ראשית, על פי ההגדרה והחלוקה לעיל של פונקציית המערכת כולה ואת העיצוב של כל מודול, כל מודול פונקציה הוא מודל בנפרד על ידי שפת VHDL; שנית, במכשיר ה- FPGA של חברת Xilinx, כלי ה- EDA של EDA משמש לסימולציה ולסינתזה. באגים לייעל את העיצוב; ואז, להשתמש VHDL להגדיר את המודול ברמה העליונה כדי לחבר כל מודול ולבצע באגים במערכת המתאימים אימות; סוף סוף, לקבל מעגל הנהג LCD עם 64 COM (שורות) ו 64 SEGs (עמודות) פלט, במהירות גבוהה 8 סיביות מקביל ממשק MCU ממשק טורי, השבב מכיל RAM עבור נתוני התצוגה, והוא יכול להיות מדורגים כדי לשלוט CS כדי להרחיב את מפל לפגוש LCD גדול יותר, דרך מספר טור מספר M ומספר שורות מסוף שליטה N להסתגל לגדלים שונים של LCD.
סימולציה ואימות
מאמר זה משתמש Xilinx תוכנת סימולציה ISE ככלי סימולציה כדי לאמת את הליבה IP תוכנן בשני שלבים.
ראשית, מסמך זה מבצע תחילה אימות תפקודי ראשוני של כל מודול של ליבת ה- IP (כולל תת מודולים פנימיים). ואז, בהתייחסו לתהליך העבודה של השבב, השבב כולו מדומה כמכלול. איורים 3 ו -4 מראים תוצאות סימולציה באמצעות ISE כדי לדמות את השורה ואת שורת פקודות פונקציות של הליבה כולה IP. באיור, CLK ו CLK1 הם העברת נתונים ושעונים שליטה אלקטרודה שורה פולסים סריקה של מודול ממשק MCU, בהתאמה; M ו- N הם מסופי בקרת הבחירה עבור אלקטרודות העמודה והשורה, בהתאמה; שני נמוך ושני ביטים של CS הם מדורגים בהתאמה. בקרת אשד מסתיים עם עמודות.
תוצאות הסימולציה באיור 3 ואיור 4 ממחישות:
1. כאשר RESET גבוה, ליבת ה- IP נמצאת במצב ההתחלתי או במצב ברור; כאשר לכתוב הוא גבוה, הליבה IP הוא במצב עבודה והוא יכול לקבל נתוני התצוגה.
2. על הקצה העולה של CLK השעון, ה- MCU כותב נתוני תצוגה של 8 סיביות ל- RAM של ה- IP של הליבה במקביל בממשק; על הקצה העולה של CLK1 השעון, אופקי סריקה נהיגה אלקטרודות ברצף פלט פולסים הסריקה, ואת האותות אלקטרודות האות יכניס את הנתונים ב- RAM. פלט מ- SEG.
.3 מספר השורות של מסופי הבקרה יכול לשנות את מספר שורות האלקטרודות שנסרקו. כאשר מספר השורה בחירת מסוף N הוא "3E", אות סריקה הוא פלט ב COM0 ~ COM61. כפי שמוצג ב FIG. 3, את השורה הראשונה השעון האות, האות סריקה הוא פלט על האלקטרודה COM61, ואת השורה אלקטרודה נסרק שורה אחר שורה תחת שליטה של השורה נהיגה שורה; כאשר האות השורה השביעית הזנת הוא נכנס, N הופך "22", האות סריקה הוא פלט על האלקטרודה שורה 33, ו בהדרגה מופחת.הסריקה המתקדמת של COM0 ~ COM33 מבוצעת.
4. מסוף בקרת מספר העמודות יכול לשנות את מספר האלקטרודות של אות העמודה. כאשר מספר העמודה בחירת מסוף M הוא "110", האלקטרודה SEG הוא פלט 48 סיביות; כאשר M הוא "010", התפוקה של ה- SEG הופכת ל -16 סיביות; כאשר M הוא "101", הפלט של SEG הופך 40 סיביות. ; כאשר M הוא "100", הפלט של SEG הופך 32 סיביות.
במאמר זה, הפונקציות של בקרת מספר העמודות, בקרת מספר השורה, ו מדורגים הליבה הליבה של הליבה IP נבדקו ואומתו מבחינה תפקודית. החלל המצומצם כאן מתאר רק את מספר העמודות ואת מספר השורה פונקציות שליטה.
סיכום
מאמר זה דן בעיצוב של שבב LCD שבב הנהג. על פי רעיון העיצוב מלמעלה למטה, השבב מחולק לשכבות והתפקוד הכללי של השבב מאומת. ב אימות תפקודית של השבב, מאמר זה מאמצת VHDL חומרה תיאור השפה כדי לאמת את הפונקציה ההיגיון ואת היחסים העיתוי של המעגל. תצוגת LCD הנהג מאמצת עיצוב פרמטרי יש ניידות טובה, והוא יכול להיות מיושם בנוחות על פני שטוחים שונים להציג מערכת יישומים של מכשירים ניידים ומחשבי כף יד ומוצרים נלווים אחרים.
