LCD لديها العديد من المزايا مثل انخفاض جهد العمل ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وكمية كبيرة من معلومات العرض ، والعمر الطويل ، والتكامل السهل ، وسهولة الحمل ، وانخفاض التلوث الإشعاعي الكهرومغناطيسي. وقد ظهرت في تكنولوجيا العرض وتستخدم على نطاق واسع في الهواتف المحمولة ومنتجات PDA والأدوات المحمولة. الأدوات وغيرها من المنتجات والأجهزة الإلكترونية المحمولة.
تعد دارة محرك أقراص LCD جزءًا مهمًا من نظام عرض البلورات السائلة وهي دائرة واجهة بين الكمبيوتر (أو MCU) ولوحة الكريستال السائل. وتتمثل مهمتها الرئيسية في تعديل المرحلة وقيمة الذروة للإشارة المحتملة التي يتم إخراجها إلى الأقطاب الكهربائية لجهاز عرض الكريستال السائل. التردد والمعلمات الأخرى لإنشاء مجال كهربائي محرك AC. نظرًا للاختلاف الكبير في مواصفات شاشة LCD ، فإن الطريقة التقليدية هي تطوير دائرة محرك مخصصة لكل نوع من أنواع شاشات LCD. مثل هذا التصميم يضيع الوقت ولديه إعادة استخدام سيئة. ولهذا السبب ، من الضروري تصميم نواة IP يمكن استخدامها في معظم دارات محرك LCD الصغيرة ، ومن الضروري حل هذه المشكلة عن طريق تعدد نواة IP. في الوقت الحالي ، فقط يو-جونغ هوانغ وآخرون من جامعة I-Shou قد صمموا نواة IP يمكنها قيادة شاشات الكريستال السائل بأحجام مختلفة لتحقيق هذه الوظيفة عن طريق دمج المعالجات المدمجة في النظام. ومع ذلك ، فإن هذا المعالج الدقيق المدمج يجعل النظام أكثر تعقيدًا وأكثر تكلفة. يتم تنفيذ النواة IP لدارة محرك الأقراص المصممة لتشغيل شاشات LCD ذات الأحجام المختلفة باستخدام FPGA ، والتي يمكنها التغلب بشكل فعال على عيوب تعقيد نظام الدائرة والتكلفة العالية.
هيكل نظام IP الأساسي
الشكل 1 هيكل النظام الأساسي للملكية الفكرية
IP مخطط تسلسل الأساسية تتالي
الشكل 2 ترتيب التعاقب الأساسي للملكية الفكرية
نتائج محاكاة وظيفة التحكم في الخط
الشكل 3 نتائج محاكاة وظيفة التحكم في الصف
نتائج محاكاة عمود التحكم في النتائج
الشكل 4 نتائج محاكاة وظيفة التحكم في العمود
خصائص التصميم
من أجل تلبية الاحتياجات الفعلية لمعظم تطبيقات شاشات عرض LCD الصغيرة اليوم ، فإن رقاقة IP الخاصة بدائرة التشغيل LCD المصممة في هذه الورقة تحتوي على 64 COM (صف) و 64 SEG (عمود) ، ولها سرعة عالية 8 بت واجهة MCU الموازية. والواجهة التسلسلية ، تحتوي الرقاقة على ذاكرة الوصول العشوائي التي تخزن بيانات العرض ، ولها 10 نوايات مصممة خصيصًا للتحكم ، يمكنها التحكم بسهولة ومرونة. انها أساسا المهام الرئيسية التالية:
1. توفير إشارة توقيت المسح وبيانات إشارة العرض لعرض الكريستال السائل.
2 ، ودعم الاتصال المباشر مع MCU في شكل حافلة.
3 ، يمكن أن تدفع جداول مختلفة من شاشات الكريستال السائل (N & TImes ؛ م) ، ن يمكن أن تكون قيمة مستمرة (ن = 0 ~ 63) ، م يمكن أن يستغرق سوى مضاعفات 8 (م = 8K ، ك اتخاذ رقم طبيعي) ؛
4. يدعم التتالي بين نواة IP من أجل تشغيل شاشات LCD أكبر ، يدعم ما يصل إلى 4 شبكات متداخلة أساسية بين المصارف وبين المتتالية بين الأعمدة ؛
5 ، يمكن أن توفر مجموعة واسعة من الجهد الناتج محرك الأقراص للتكيف مع أجهزة LCD مختلفة.
6 ، لتوفير صورة في صورة ، شاشة عرض تقسيم وغيرها من المهام.
تصميم IP الأساسي
في هذه الورقة ، وفقًا لطريقة التصميم "من أعلى لأسفل" ، قم أولاً بتقسيم الشريحة إلى وظائف هرمية ، مع الإشارة إلى تجربة تصميم رقاقة محرك الأقراص LCD الحالية ، ودمج طريقة التصميم "من أسفل إلى أعلى" لتصميم بعض الوحدات. وأخيرًا ، وفقًا لإطار تصميم النظام ، يتم تنسيق كل وحدة ، ويتم إجراء التحقق الوظيفي الشامل للرقاقة بحيث تفي بمتطلبات مواصفات التصميم.
هيكل النظام
يوضح الشكل 1 بنية نظام IP الأساسي المصمم في هذه الورقة. يتألف نواة IP بشكل أساسي من الوحدات التالية: وحدة المسح الضوئي ومسار إشارة عمود العمود ، شيفتر المستوى ، عداد حلقة الرقم المسبق ، وحدة سحب البيانات ، منطق التحكم وحدة نمطية ، عرض البيانات RAM وعنوان وحدة فك التشفير ، وحدة واجهة MCU. يمكن أيضًا تقسيم بعض هذه الوحدات الكبيرة إلى عدة وحدات فرعية.
كل تصميم وحدة
وحدة واجهة MCU
وحدة واجهة MCU هي واجهة للتواصل بين وحدة IP الأساسية ووحدة تحكم خارجية (MCU) وهي قناة لنقل البيانات. تقوم وحدة MCU بكتابة الأوامر أو قراءة الحالة أو عرض البيانات على شريحة برنامج تشغيل LCD من خلال هذه الواجهة. في نفس الوقت ، تقبل الواجهة أيضًا التحكم في فك ترميز الأوامر ، بحيث يتم الجمع بين القراءة والكتابة والعمليات الداخلية. يتم تنفيذ الشريحة من خلال دوائر المنطق والتتابع المنطقي الأكثر تعقيدًا ، والتي يمكن أن تكون متوافقة مع إشارات تحكم MCU الرئيسية وأنماط تشغيل البيانات المتوازية / المتوازية.
تتضمن الوحدة عدة وحدات فرعية شائعة الاستخدام في وحدة واجهة MCU لدائرة قيادة LCD الشائعة الحالية ، مثل وحدة فرعية لحافلة البيانات (8 بت) ، وحدة فرعية للكشف عن حالة مشغول ، عنصر تحكم ثانوي للقراءة / الكتابة وحدة ، وحدة فرعية الإفراج MCU. تم إضافة عنصر تحكم جديد لسلسلة شلال متتالية وأعمدة. يستخدم ناقل البيانات أساسا لتبادل البيانات الداخلية والخارجية ؛ تُستخدم الحالة الفرعية لكشف الحالة المشغولة لتحديد حالة MCU ، وتولد إشارة مشغولة بالنظام لتنسيق عمليات قراءة وكتابة وتلقي إشارات إعادة التعيين الداخلية / الخارجية ؛ يتم استخدام عنصر التحكم الفرعي للقراءة والكتابة لإنشاء الصحيح تسلسل التحكم للقراءة والكتابة؛ وظيفة الوحدة الفرعية لإصدار MCU هي من خلال مجموعة المنطق ، في الشريحة لتنفيذ عملية "القراءة - تعديل - الكتابة" ، حرر وحدة MCU بحيث تستطيع MCU تنفيذ عمليات أخرى في نفس الوقت ؛ وحدة التحكم المتسلسلة الجديدة تتمثل الوظيفة الرئيسية للوحدة في تحقيق تسلسل الصف وسلاسل الأعمدة بين نوى IP. يمكن دعم ما يصل إلى 16 تسلسل IP (4 صفوف و 4 صفوف لكل منها). CS0 ~ CS1 هي منافذ تحكم تتالي ، و CS2 ~ CS3 هي مستويات الأعمدة. السيطرة المشتركة. على سبيل المثال ، افترض وجود شاشة LCD (128 & TImes؛ 256) ، والتي يمكن تشغيلها بواسطة 8 نواة IP. عندما يتم إجراء الإعدادات ، فإن CS هو 0000 ، 0001 ، 0010 ، 0011 ، 0100 ، 0101 ، 0110 ، 0111 ، والتي يمكن أن تشكل 2 & TImes؛ قيادة مجموعة IP الأساسية. يظهر الرسم التخطيطي لترتيبها في الشكل 2.
عرض بيانات ذاكرة الوصول العشوائي ووحدة فك تشفير العناوين
يتم استخدام هذه الوحدة بشكل أساسي لتخزين البيانات المراد عرضها ، وتعمل كمخزن مؤقت بين واجهة MCU ودائرة تشغيل الإشارة لضمان الإخراج الثابت لبيانات العرض.
تتضمن الوحدة وحدتين فرعيتين: مصفوفة ذاكرة الوصول العشوائي وفك وحدة معالجة العناوين لتخزين بيانات العرض. أولاً ، يتم توفير عنوان العمود بواسطة دارة عنوان العمود ، يتم تحديد عمود من ذاكرة RAM ذات 8 بت بواسطة مفكك ترميز عنوان العمود ، وتقوم وحدة MCU بقراءة / الكتابة من خلال الواجهة ؛ ثم ، تفحص وحدة فك ترميز عناوين الصف ذاكرة الوصول العشوائي في وحدات الصفوف. وبالإضافة إلى دارة مزلاج بيانات العرض ، يمكن إخراج وإخراج صف البيانات بالكامل إلى الشاشة الكريستالية السائلة لعرضها بواسطة دائرة القيادة بالكهرباء.
وحدة مزلاج البيانات
تحتوي الوحدة على وحدتين فرعيتين: الوحدة الفرعية لمزلاج التحكم في رقم العمود والوحدة الفرعية لمزلاج محرك الأقراص. يتكون القالب الفرعي لعلبة التحكم في رقم العمود من معالجات البيانات المتوازية ذات 8 بتات k. وتتمثل المهمة الرئيسية في قفل البيانات على ناقل البيانات وإخراجها من ذاكرة الوصول العشوائي إلى ذاكرة الوصول العشوائي تحت إشارة التحكم وإشارة ساعة وحدة التحكم المنطقي. يتم إحاطة إشارات بيانات العرض على ناقل بيانات البت على التوالي في مزاليج البيانات ذات 8 بتات المقابلة. تتطلب بيانات 64 بت 8 مرات و 8 بت في كل مرة. وحدة المزلاج الفرعية لبرنامج التشغيل عبارة عن مزلاج محرك أقراص 64 بت يتكون من 64 مزلاج 1 بت متصلة في نفس الوقت. ويتمثل دوره في وضع بيانات 8 بت 8 العليا تحت إشارات التحكم وإشارة ساعة وحدة التحكم المنطقي. يتم غلق بيانات m-bit المرسلة في المزلاج دفعة واحدة ، ثم إدخالها في وحدة تشغيل عمود إشارة القطب.
وحدة التحكم المنطقي
يتمثل الدور الرئيسي لهذه الوحدة في التحكم في نقل بيانات الإشارة وتحديد عدد خطوط إشارة العمود. يمكن التحكم في الوحدة الفرعية لوحدة تحكم مزلاج رقم العمود ، الوحدة الفرعية لمزلاج محرك الأقراص ، ومولد الساعة من خلال إدخال التحكم في رقم العمود M لتحقيق الوظائف القابلة للتطبيق على أحجام مختلفة من شاشات LCD. وفقاً للاحتياجات ، بإدخال قيم مختلفة إلى مدخلات التحكم في رقم العمود M ، فإنه يتحكم في عدد معالجات التحكم في عدد البتات في حالة العمل ، ويتم تعيين وحدات المزلاج الأخرى إلى حالة الخمول. يتم لصق البيانات الموجودة في ذاكرة الوصول العشوائي RAM في مزلاج التحكم في رقم عمود المقابلة من خلال ناقل البيانات ذي 8 بتات خلال دورة العمل ، ثم يتم تثبيتها في مزلاج محرك الأقراص لمحرك الإلكترود في وقت واحد تحت سيطرة إشارة الساعة. إشارة دخل الوحدة. وبهذه الطريقة ، يمكن لـ IP core تنفيذ وظيفة التحكم في عدد الأعمدة المحددة. عندما تكون M هي "000" ، تعمل 8 بتات (المزلاج الأول) من مزلاج التحكم في رقم العمود ، بينما يكون الآخر خاملًا تمامًا ، ويكون أقطاب العمود المقابل SEG0 ~ SEG7 ؛ عندما يكون M هو "001" ، يعمل الجزء السفلي من 16 بتة (المزاليج الأولى والثانية) لمزود التحكم في الأعمدة. جميع الأعمدة الأخرى مجانية. أقطاب عمود المقابلة هي SEG0 ~ SEG15. وهلم جرا ، حتى السيطرة على عمود التحكم المزالج 64. بت تسجيل جميع الأعمال ، والقطب عمود المقابلة هو SEG0 ~ SEG63.
وحدة محرك الكهربائي
تشتمل الوحدة بشكل أساسي على أربع وحدات فرعية: وحدة فرعية لقيادة فحص صف كهربائي ، وحدة قطب للإشارة للعمود الكهربائي ، وحدة تحكم في المستوى ، وعداد عصابة عدد معين مسبقًا.
وتتمثل وظيفة شيفتر المستوى في تحويل جهد الإشارة المنطقية إلى جهد فعلي لقيادة LCD عن طريق إشارة تحكم وإخراج تحكم إلى وحدة القيادة وفقًا لاحتياجات التطبيق الفعلية ؛ إن دور وحدة فحص الصف الكهربائي للقيادة الكهربائية هو توفير أقطاب الصف مع فترة معينة من نبضة إشارة المسح ؛ إن وظيفة وحدة توجيه عمود الإلكترود لعمود الإشارات هي تطبيق البيانات من المزلاج إلى القطب المقابل للعمود ، وإشارة المسح الضوئي لقطب الصف لتأسيس الحقل الكهربائي لقيادة التيار المتردد ، وبالتالي قيادة شاشة جهاز LCD. يمكن أن يتحكم عدد عدادات الحلقات التي يمكن ضبطها مسبقًا في عدد أقطاب فحص الصف عبر وحدة التحكم في رقم الصف N (S0 ~ S5) للتكيف مع شاشات LCD ذات الأحجام المختلفة ، وإدخال قيم مختلفة إلى محطة التحكم في رقم صف N للاحتياجات الفعلية. السيطرة على عدد الصفوف لمهمة محددة وجميع الأقطاب الكهربائية الأخرى خاملة. تحت التحكم في إشارة ساعة محرك الأقراص ، يتم إجراء المسح عبر خط ، وتكرار الدورة حتى يتم إدخال قيمة جديدة في محطة التحكم في رقم السطر N ، ويتم فحص رقم خط جديد من أقطاب الخط في خط بطريقة خطية على سبيل المثال ، عندما تكون الإشارة المطابقة N هي "011011" ، يكون عدد أقطاب المسح الضوئي هو 27. وتولد الوحدة الفرعية لقيادة صف الفحص الضوئي إشارة مسح تدريجي على أقطاب الصف COM0 COMCOM26 ، ويتم ضبط جميع أقطاب الصف الآخر COM27 COMCOM63 الى مستوى منخفض. إذا كانت الإشارة الجديدة المطبقة N هي "100011" ، فإن الوحدة الفرعية لقيادة وحدة فحص المسح الضوئي تولد إشارات مسح تدريجي متدرجة على أقطاب الصف COM0 COMCOM34.
تنفيذ نظام IP الأساسي
أولاً ، وفقاً للتعريف والتقسيم أعلاه لوظيفة النظام بأكملها وتصميم كل وحدة ، يتم تصميم كل وحدة نمطية بشكل مستقل بواسطة لغة VHDL ؛ ثانياً ، على جهاز FPGA الخاص بشركة Xilinx ، يتم استخدام أداة EDA ISE للمحاكاة والتوليف. تصحيح وتحسين التصميم ؛ بعد ذلك ، استخدم VHDL لتعريف الوحدة النمطية ذات المستوى الأعلى لتوصيل كل وحدة وإجراء التصحيح والتحقق من النظام المطابق ؛ أخيرا ، الحصول على دائرة تشغيل شاشات الكريستال السائل مع 64 COM (الصفوف) و 64 SEGs (الأعمدة) الإخراج ، واجهة MCU المتوازية 8 بت عالية السرعة والواجهة التسلسلية ، تحتوي الشريحة على ذاكرة الوصول العشوائي لبيانات العرض ، ويمكن أن تتالي للتحكم في CS لتوسيع سلسلة تتوافق مع شاشات الكريستال السائل أكبر ، من خلال التحكم في عدد الأعمدة M وعدد من محطة التحكم في الصف N للتكيف مع أحجام مختلفة من شاشات الكريستال السائل.
المحاكاة والتحقق
تستخدم هذه المقالة برنامج محاكاة Xilinx ISE كأداة محاكاة للتحقق من صميم IP الأساسي في خطوتين.
أولاً ، تقوم هذه الورقة أولاً بإجراء التحقق الوظيفي الأولي لكل وحدة من نواة IP (بما في ذلك الوحدات الفرعية الداخلية). ثم ، في إشارة إلى عملية عمل الشريحة ، يتم محاكاة الشريحة بأكملها ككل. يعرض الشكلان 3 و 4 نتائج محاكاة باستخدام ISE لمحاكاة وظائف التحكم في الصفوف والأعمدة الخاصة بكل نواة IP. في الشكل ، CLK و CLK1 هما ساعة التحكم في نقل البيانات ونبضات فحص قطب صف من وحدة واجهة MCU ، على التوالي ؛ M و N هي محطات التحكم في اختيار أقطاب العمود والصف ، على التوالي ؛ متتالية انخفاض اثنين وعالي اثنين من بتات CS على التوالي. ينتهي التحكم المتتالي مع الأعمدة.
توضح نتائج المحاكاة في الشكل 3 والشكل 4 ما يلي:
1. عندما تكون RESET عالية ، يكون IP الأساسي في الحالة الأولية أو الحالة الواضحة ؛ عندما يكون WRITE مرتفعًا ، يكون IP الأساسي قيد التشغيل ويمكنه تلقي بيانات العرض.
2. على الحافة الصاعدة من ساعة CLK ، تقوم وحدة MCU بكتابة بيانات العرض 8 بت إلى ذاكرة الوصول العشوائي الأساسية للوحة IP بالتوازي من خلال الواجهة ؛ على الحافة المتصاعدة من الساعة CLK1 ، أقطاب القيادة المسح الأفقي بالتتابع إخراج نبضات المسح الضوئي ، وسوف أقطاب إشارة عمود وضع البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي. الإخراج من SEG.
3. يمكن لعدد الصفوف من محطات التحكم تغيير عدد صفوف الأقطاب الكهربائية الممسوحة ضوئيا. عندما تكون وحدة التحكم في تحديد رقم صف N "3E" ، يتم إخراج إشارة مسح في COM0 ~ COM61. كما يظهر في الشكل. 3 ، في إشارة ساعة الصف الأول ، وإشارة المسح الضوئي هو الإخراج على القطب COM61 ، ويتم فحص قطب الصف صف من الصف تحت سيطرة ساعة القيادة الصف ؛ عندما يتم إدخال الإشارة على مدار الساعة الصف السابع ، يصبح N "22" ، وإشارة المسح الضوئي هو الإخراج على القطب الصف COM33 ، وتناقص تدريجيا. يتم تنفيذ المسح التدريجي من COM0 ~ COM33.
4. يمكن لمحطة التحكم في رقم العمود تغيير عدد الأقطاب الكهربائية لإشارة العمود. عندما يكون جهاز التحكم في تحديد رقم العمود M هو "110" ، يكون قطب SEG عبارة عن إخراج 48 بت ؛ عندما تكون M "010" ، يصبح خرج SEG 16 بت ؛ عندما تكون M هي "101" ، يصبح خرج SEG 40 بت. . عندما تكون M هي "100" ، يصبح خرج SEG 32 بت.
في هذه الورقة ، تم التحقق والتحقق من وظائف التحكم في عدد الأعمدة والتحكم في عدد الصفوف والمتداخلة بين النواة الأساسية IP. المساحة المحدودة هنا فقط تصف وظائف التحكم في رقم الأعمدة وعدد الصفوف.
استنتاج
يناقش هذا الورقة تصميم رقاقة برنامج تشغيل شاشة LCD IP الأساسية. وفقا لفكرة التصميم من أعلى إلى أسفل ، يتم تقسيم الشريحة إلى طبقات ويتم التحقق من الوظيفة العامة للرقاقة. في عملية التحقق الوظيفية للرقاقة ، تعتمد هذه الورقة لغة وصف أجهزة VHDL للتحقق من وظيفة المنطق والعلاقة الزمنية للدائرة. يتبنى برنامج تشغيل شاشة LCD تصميمًا حدوديًا ولديه قابلية جيدة للنقل ، ويمكن تطبيقه بشكل ملائم على مختلف تطبيقات نظام العرض المسطح للأجهزة المحمولة وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي والمنتجات الأخرى ذات الصلة.
