LCD显示驱动器的设计与实现

　　1 引言

　　由于液晶显示器(LCD)具有体积小、重量轻、功耗低、平面直角和画面显示不变形的特点，非常适用于军用装备，例如，作为飞机、坦克和舰船上的显示面板。这可以大大缩小原 CRT 显示器所占用的空间，减轻设备的重量, 增强机动性和战斗力。但是，要将 LCD 应用于军事领域，除了要解决 LCD 本身的温度问题外，还要解决 LCD 显示控制器的问题。因为目前市面上销售的 LCD 显示驱动器都是商业级产品，无法工作于-40~+65℃的温度范围;其次，LCD只能接收逐行扫描的视频信号，而很多军用设备需要显示隔行扫描的视频信号;再者，军用设备上显示屏尺寸和分辨率的多样性与输入视频信号分辨率不一致。为此，本文采用工业级的 FPGA 芯片，自行设计 LCD显示驱动逻辑，实现商用芯片的功能;并采用工业级视频解码芯片和工业级单片机，研制成功 LCD 显示驱动器，以接收隔行视频信号，进行去隔行和缩放处理，实现在不同分辨率的LCD上满屏显示，并通过-40~+65℃高低温实验。

　　2 系统硬件研制

　　驱动器由视频解码、逻辑功能实现、接口驱动、系统管理和电源管理 5 个部分组成，如图 1 所示。

　　视频解码部分是将输入的模拟视频信号转换为数字信号，同时产生相应的行、场同步信号和象素时钟信号。该部分采用 ADV7181B 视频解码芯片，工作温度为-40~+85℃。

　　逻辑功能实现部分接收ADV7181B输出的数字图像信号、行场同步信号和象素时钟信号，然后，通过内部算法将输入视频信号转化为 LCD 要求的时序格式。该部分的核心器件是工业级现场可编程门阵列(FPGA)EP1C6Q240I7，工作温度为-40~+100℃。

　　接口驱动部分提供了并行数据传输(TTL)和低压差分传输(LVDS)两种 LCD 接口方式。800×600以下分辨率的屏幕采用 TTL 接口;1024×768 以上分辨率的屏幕，由于象素时钟频率高达 60MHz 以上，并行数据线对于信号的衰减较大，所以，采用 LVDS 接口。采用工业级 LVDS 发送芯片 SN75LVDS84A，其工作温度为-40~+125℃。

　　电源管理部分采用电源管理芯片 LM1086(工作温度为-40~+125℃)，接收 5V 输入电源，为各芯片提供稳定的工作电压。

　　系统管理部分主要负责视频解码芯片的设置。单片机是这个部分的核心，采用 MSP430F1232，其工作温度为-40~+85℃。此外，考虑到系统的扩展需要，设计了 4 个按键的键盘，作为人机接口。单片机通过检测按键变化，通过 SPI 总线与 FPGA 通信，实现对输出图像的亮度、对比度的调整。

　　3 系统软件研制

　　3.1 FPGA 内逻辑功能设计

　　FPGA 作为逻辑功能实现的核心，接收视频解码芯片输出的图像数据和行、场同步信号以及象素时钟信号，然后，通过内部算法将输入隔行扫描视频信号转换为逐行扫描，对图像进行缩放，以满足 LCD 的分辨率的要求;同时，产生 LCD 需要的时序控制信号。FPGA 内各功能模块如图 2 所示。