基于FPGA及嵌入式CPU的TFT-LCD接口设计

　　1 引言

　　随着电子技术的飞速发展，TFT-LCD作为在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过 CRT的显示器件，被广泛用于各种仪器仪表、电子设备及控制领域中。与之相关的显示控制技术也呈现出越来越多的方式。本文以 640*480的数字输入的 TFT_LCD显示屏为例，介绍了一种基于 NiosII软核处理器实现对 TFT-LCD接口的方法。解决了通常情况下必须使用LCD 控制专用芯片才能解决 LCD显示的问题。

　　2 系统组成

　　系统框如图 1所示。系统是由 FPGA、显示缓存 RAM、程序执行 RAM及 TFT-LCD组成。 FPGA(用虚线围成)选用的是 ALTER的 EP1C6，RAM采用的是 IDT的 IDT71V547，LCD为 640*480的彩色 TFT-LCD屏。在 FPGA内部是由时序发生、 地址切换、数据分离、调色电路及嵌入式 CPU(NIOS内核)五部分组成。

图1

　　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 FPGA 本文 FPGA选用的是 ALTERA公司的 Cyclone 系列中 EP1C6Q240。

　　3.2.1 时序发生电路

　　首先由外部输入一相当的频率时钟，通过 FPGA内部的锁相环电路(PLL)生成 100MHz的时钟信号。系统对 100MHz时钟计数生成 50MHz的时钟给嵌入式 CPU(NIOSⅡ)作为嵌入式 CPU的工作主频，同时生成 TFT_LCD所须的场同步时钟、行同步时钟、显示使能时钟和 25MHz的 TFT_LCD主时钟;生成地址切换控制信号、数据分离控制信号，由嵌入式 CPU输出的读写信号产生显示缓存 RAM的读写信号。

　　3.2.2调色电路

　　由于文中是以 256色的电路为例，所以，调色电路是将 8位数据译码成 3*6位的三基色数据，调色电路也可以是 ROM型或 RAM型。如果作成 RAM型，可以依据嵌入式 CPU需要显示的图象相应修改调色电路，可显示更丰富的色彩。

　　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

　　SHARP公司生产的 *英寸液晶显示屏LQ064V3DG01是较为常用的 TFT-LCD液晶显示屏，它的分辨率为 640×480×RGB[2]，具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等特点，同时该显示屏是一片真彩显示屏，并属于透光型的 TFT、其亮度高、视角宽、背光灯的寿命也很长，并且采用的是 AG涂层和 260K的彩色显示。可广泛应用于各种仪器仪表及各种视频显示的场合。