基于FPGA及嵌入式CPU 的TFT-LCD接口设计

基于FPGA及嵌入式CPU 的TFT-LCD接口设计

1 引言

2 系统组成

3各器件的功能

3.1显示缓存 RAM

采用 IDT公司的 IDT71V547 128K X 36bit的 SRAM芯片，工作电压为 3.3V ［1］。该芯片作为显示缓存，TFT_LCD读取显示缓存 RAM中的数据并将其在 TFT_LCD上显示。嵌入式 CPU（NIOSⅡ）对显示缓存 RAM的改写就相当于对 TFT_LCD显示内容的改写。

3.2.1 时序发生电路

3.2.2调色电路

3.2.3地址切换、数据分离

此部分电路的作用是：在嵌入式 CPU操作显示缓存 RAM时将地址、数据线切换到嵌入式 CPU，在 TFT-LCD读显示缓存 RAM时将地址、数据线切换到 TFT_LCD。

3.3 TFT-LCD

4主要电路的设计

4.1时序发生电路的设计

时序发生电路是设计的主要部分。首先，是对系统输入时钟进行频率变换， FPGA（EP1C6）的内部有两个 PLL电路模块，本文用其中的一个来生成 100MHz的时钟。再设计一个 12位的计数器（行计数器），计数 3200脉冲，产生 TFT_LCD的行同步时钟，通过此计数器的计数还可生成 TFT_LCD的显示使能信号（DE）。此计数器的输出还是 TFT_LCD读显示缓存 RAM地址的低 8位（RAM以 32位数据宽度计算）。另设计一个 9位的计数器（场计数器），用其对行同步信号计数又可生成 TFT_LCD场同步的相关信号，同时此计数器的输出可作为 TFT_LCD读 RAM地址的高 9位。

由于嵌入式 CPU与 TFT_LCD是复用一片显示缓存 RAM，所以要对显示缓存 RAM在时间上进行分时控制。由于 IDT71V547是 32位数据宽度的 RAM，如果将 TFT_LCD设计成256色显示，则读显示缓存 RAM一次可显示 4个像素点。所以把行计数器输出的 25MHz时钟作为基准（TFT_LCD主时钟）、以 25MHz的 4个周期（T0、T1、T2、T3，T0=T1=T2=T3=40纳秒）为基本循环，在 25MHz的第一个周期（ T0）由 LCD占用产生“ LCD_读选通”信号， （LCD_读选通= （/12.5MHz）&（/6.25MHz） ）。T1-T3由 CPU占用，在 T1-T3周期内产生相应的选通信号， （T1=（12.5MHz）&（/6.25MHz）、 T2=（/12.5MHz）&（6.25MHz）、T3=（12.5MHz）&（6.25MHz）），由于 CPU什么时间对显示缓存 RAM读写是不确定的，所以要根据 CPU的读写信号来确定 T1-T3哪个为“CPU_RAM_选通”信号（如果在 T0内来 CPU_RW则 CPU_RAM_选通=T2、T1来 CPU_RW则为 T3、T2来 CPU_RW则为 T3、T3来 CPU_RW则为 T1）。此逻辑的实现方式是，在 CPU_RW信号产生时锁存住当时的 T0-T3的状态由此来控制“CPU_RAM_选通”产生的位置。在具体时序见图 2所示。

4.2地址切换和数据分离电路的设计

图 4是数据分离电路中的一位，同样 ，以图 4这一位可推出 32位数据线。

在图 4中，RAM_R_W= （CPU_RAM_选通）&（CPU_WD），当 RAM_R_W有效时， CPU_写 DATA可通过三态门输出到 RAM_DATA上。当 CPU读 RAM时，RAM的数据由门电路输出到锁存器的输入端，在数据稳定后由“ CPU_R_锁存”信号将数据锁存在锁存器上等待 CPU将数据读走（CPU_R_锁存=（（ / CPU_RD）& CPU_RAM_选通&25MHz&（/50MHz）））。

同样的在 T0周期内将 RAM的相应数据由“ LCD_锁存”信号将 32位的数据锁存在锁存器上。在相应的 T0-T3周期由 T0-T3选择相应的 8位数据输出到调色电路上，在相应时刻由 “LCD_调色输出锁存”信号将此像素点数据锁存，由 TFT_LCD读取此点的三基色数据并显示。

4.3调色电路

4.4显示缓存设计

显示缓存 RAM的选择由 LCD显示彩色多少决定的，如果显示 16色可以选择每像素点占 4bit，这样每读一次 RAM可显示 8个像素点。以此类推来选择显示缓存 RAM的大小和相应修改时序发生电路的周期。对 CPU的显示缓存 RAM口的设置时，一定要注意显示缓存 RAM的 CPU读写周期与时序发生电路的周期相一致，否则会发生读写错误。本例设置的是 160纳秒（ T0+T1+T2+T3=160ns）［3，4］。

5 结束语

本文介绍了一种基于 FPGA及 NiosII软核处理器与 TFT-LCD接口的主要部分的设计要点，该设计内容已经在实际电路上得到验证，并在一些仪器的显示系统上得到应用。

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