基于FPGA 的液晶模组设计

摘 要 文章主要针对一种基于FPGA的液晶模组设计方案展开讨论，方案主要从客户的要求着手，从优化液晶模组产品设计展开思考，对器件选择、附加功能设计展开深入探索，从而形成了比较完整的框架结构，并设计了相关实验从而验证了本方案的可行性与科学性。

【关键词】FPGA 液晶模组 时序控制

小型液晶面板中的时序控制器、数据驱动器以及栅极驱动器都设计在同一模版中，而中、大型液晶面板的时序控制器通常都是独立的，并且还需要通过采用专用的集成电路芯片。但是集成电路芯片往往对输入时序有特殊的要求，这容易造成驱动器匹配误差的出现。因此，开发一种兼容性高、能够满足不同时序控制信号操作的方案成为现代企业有待解决的问题。

1 系统设计

液晶显示器具有许多优势，包括体积小、易于携带、使用寿命长且辐射低等优势，目前被广泛应用于许多产品的生产中。液晶显示器的驱动方案设计也逐渐发展，针对不同尺寸的液晶显示器的驱动方案也在不断发展。时序控制器是一种保护数据驱动器和栅极驱动器的工具，其通过向数据驱动器和栅极驱动器输送信号，从而控制液晶显示器的画面正常。但是液晶显示屏在在日常使用时，许多人对于亮度的需求各有不同，因此需要对液晶显示屏的亮度进行调节。

本方案主要采用FPGA器件作为核心元件，能够实现对用户接口端的时需分析和逻辑编程，从而满足驱动器对时序控制信号的要求，从而保障液晶显示屏的正常工作。根据用户的要求，采用FPGA为主控元件，能够开发附加功能。针对不同分辨率的液晶显示屏以及用户接口要求，只需要对软件进行更改即可，无需对系统硬件进行调整。FPGA具有工作电源范围大、速度快、稳定性高、能耗低且抗干扰性强的优势，同时具有结构简单且经济实惠的优势，能够缩短商品的开发周期，符合本设计的需求。

1.1 硬件设计

FPGA区别于集成电路芯片的优势在于其能够现场编程，具有较高的灵活性和通用性。FPGA是液晶模组设计的关键关节，因此选择一款符合客户要求的FPGA器件显得至关重要。本方案采用了FLASH工艺FPGA，从而避免加装外置芯片，能够降低模组的生产成本。电源设计是整个框架的基准，需要提供稳定的电源来避免负荷过重。设计电源方案之前需要渔鼓每个部件的能耗要求，再选择合适的电源器件。FPGA的速度和容量远超过传统逻辑元件，能够直接使用端口进行程序设定和调试，无需特殊接口，使用便捷。此外，FPGA能够与外接处理器和定时器等设备组成一个独立系统，具有较高的稳定性和抗干扰性，经济实惠。

1.2 系统软件设计及实现

在打开电源后，LED驱动电路中的指示灯会亮，而系统则会根据初始化配置进行FPGA复位，同时进行脚位检测，根据脚位检测结果判断进入正常模式或测试模式，采集电压值之后经由A/D转换器进行模拟信号转换，输出数字量通过输出信号进行调节，而信号输出后需要通过引脚进行强推，从而连接限流电阻。该系统主要通过信号输入FPGA期间中，并由此产生调节GAMMA电压值的信号，并作为控制编码输入到控制模板，最终实现液晶屏幕背光亮度调节的目的。

1.2.1 时序号控制信号产生

时序控制信号的产生主要通过FPGA的显示数据，并通过输入时序控制信号，然后通过编程数据控制数据驱动器以及栅极驱动器，控制其在本系统中具有重要作用，文章主要是利用FPGA实现双端可控通角的电压，从而使输出电压发生变化，进而实现液晶屏幕背光亮度的调节。本系统具有经济实惠的优势，且能够避免移相调功率造成的问题。

1.2.2 动态Gamma电压调整

当外部环境不变时，时序控制信号的变化会引起驱动器输出信号的变化，从而改变GAMMA电压值，具体实现原理是当逻辑编程代码给予信号不同的时序关系，FPGA将实时时序关系进行计算，并以脉冲信号的方式输出，通过输出信号的占空比来控制数据驱动器以及栅极驱动器。为了优化本系统的稳定性，同时增加其抗干扰性，本设计采用LD与DLO的时序控制关系进行控制。

1.2.3 自适应环境光背光亮度调整

为了提升FPGA的驱动性能以及操作性，能够在测试脚位检测中设置自动调节程序，从而区分亮场与暗场。亮场则仅需D/A转化器输出为数字信号，并将信号输入驱动器，从而调整GAMMA电压值；若为暗场，仅需将GAMMA电压值调整为暗场参数级了。液晶显示屏GAMMA电压值的调节能够使画面更具有层次感。根据LED驱动电路设计，需要通过背光驱动电路实现，亩与FPGA相结合实现自适应环境光的自动亮度调节。经测试后发现LED驱动电路能够满足产品要求，且为了避免LED驱动电路出现热损坏，加装了铝基散热装置，能够提高该系统的使用性能。

2 实验结果

本系统能够实现FPGA自产信号显示与外部信号源显示，并且能够实现背光亮度与GAMMA电压值的调节。

3 结论

文章所阐述的FPGA液晶模组设计具有较高的运行效率，能够在控制时序信号的同时对输入数据进行可控性分析，从而提升而来产品的附加值，满足不同客户的需求。

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