毕业设计(论文)基于FPGA的液晶显示设计.doc
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1、诚信申明本人申明:我所呈交的本科毕业设计(论文)是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计(论文)的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名: 年 月 日基于FPGA的液晶显示设计电子信息工程专业 信工0702班 学号070201057指导教师 李娜摘 要随着LCD显示技术的迅速发展,LCD显示屏得到了广泛的应
2、用。目前很多工业控制领域采用单片机及其它外围芯片结合,来实现一些工业参数的控制与显示。但是现有LCD控制器大多与显示屏集成,显示形式受到一定限制。针对现有LCD显示存在的缺陷,实现了一种新的LCD显示控制的方案。该方案采用FPGA技术开发了LCD显示控制系统,设计出了LCD的显示驱动电路和控制电路,实现文字和图形的显示。设计中从LCD技术参数着手,通过对显示驱动系统结构与工作原理的研究, 设计出显示控制系统的框图及各功能模块的VHDL程序,通过单片机系统配 置FPGA芯片,控制LCD显示相应的汉字和图形。LCD显示控制系统由显示控制电路、显示驱动电路和相关外围辅助电路组成。显示控制电路从电路中
3、各个功能模块所需要的控制时序信号出发,通过对其工作过程的研究,设计出控制器、RAM控制器等各功能模块。显示驱动电路从LCD工作所需要的扫描时序信号出发,设计出时序发生电路等各功能模块。所有的fpga程序通过了Max+Plus-软件实现编译及仿真后,在实际的硬件中调试通过。FPGA技术与LCD显示技术的结合使得LCD显示控制系统的开发周期短,开发难度降低。设计的显示控制系统使用简单,实用性强,能够满足设计的要求。关键词:液晶显示,显示控制,显示驱动,现场可编程门阵Numbers and letters identification system designAbstractThis articl
4、e introduces the Numbers and letters recognition actual research background, theoretical significance, and this research work, and the paper with letters of extraction and digital identification of the basic principle and method is introduced, and MATLAB tool to achieve the main function of digital
5、recognition system. Character recognition key step is character image enhancement denoising, positioning segmentation and character recognition. This article probes into the three key steps are detailed studies.Experimental results show that based on matching and standard used template recognition m
6、ethod dictionaries of digital library with letter is feasible, and has high recognition rate and good antinoise performance. In order to improve the recognition rate and reliability, in addition to enhance the ability of noise filter, but also by increasing knowledge.Numbers and letters to the recog
7、nition easy to generalize some related fields, such as car licence plate recognition, shipping box number identification, bills recognition, etc. With the development of research, and its application is also more and more widely.Key words: Character Recognition Feature Extraction Template Matching前
8、言FPGA(FieldProgrammable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前以硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的中和与布局快速地烧录至FPGA 上进行测试,是现代 IC 设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA
9、里面,这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flipflop)或者其他更加完整的记忆块。基于以上原因,FPGA越来越广泛的被运用到各个领域。第1章 课题研究价值 第1.1节 选题背景本课题来源于广西自治区自然科学基金项目“基于智能控制、can现场总线的嵌入式微处理器控制系统的研究”。 本项目基于51系列单片机、嵌入式系统、智能控制、现场总线、实时控制操作系统、实时数据库、组态软件等的最新发展,对传统的PLC(Program mable Logic Controllor,即可编程序控制器)从电路组成到软件结构进行创新研究,使其具有PLC功能,又具有工业PC组态软件功能,即能解决顺序控制问题
10、,又能解决复杂控制问题,组成高性能低成本控制系统。本课题研究的内容是其中的一个子 题,即 “系统监控点阵液晶显示模块与触摸屏”这一部分的显示任务,完成从上位机接收图形和文字数据并显示在液晶显示屏上。显示器是人与机器沟通的重要界面,早期以显像管显示器为主,随着科技 不断进步,各种显示技术如两后春笋般诞生。近来由于液晶显示器具有轻薄短小,低耗电量、无辐射危险,平面直角显示,以及影像稳定不闪烁等优势,有 逐渐取代CRT显示器主流地位的趋势口。FPGA (即现场可编程逻辑门阵列)具有编程方便、集成度高、速度快、价格低、可重构性强等优点,应用广泛,市场潜力强;LCD(即液晶显示器使用便利,适用范围广泛。
11、目前很多工业控制领域采用单片机及其它外围芯片结合,来实现一些工业参数的控制与显示器。但是现有控制器大多与显示屏集成,显示内容受到一定限制。根据横向科研项目“基于智能控制、can现场总线的嵌入式微处理器控制系统的研究”,需要本文研究的核心就是用一片FPGA芯片来设计液晶显示控制系统,应用于该课题项目。FPGA技术与LCD技术的结合使用使得显示控制系统的设计难度降低,开发周期缩短。FPGA芯片的开发简单、 便利真正实现了“ CPU+RAM+FPGA”式的开发方式。设计者无需精通器件内部的复杂结构只需运用自己熟悉的输入工具,如原理图输入和高级行为语言进行设计,转化为最终结构所需的格式。第1.2节 国
12、内外的研究现状从二十世纪七十年代开始液晶作为一种显示媒体使用以来,随着液晶显示技术的不断完善和成熟使其应用日趋广泛 ,到目前己涉及微型电视、数码照相机、数码摄像机以及显示器等多个领域钔。在其经历了一段稳定、漫长的发展历程后,液晶产品已摒弃了以前那种简陋的单色设备形象。目前,它已在平面显示领域中占据了一个重要的地位,而且几乎是笔记本和掌上型电脑必备部分。1985年,自从世界第一台笔记本电脑诞生以来,LCD液晶显示屏就一直是笔记本电脑的标准显示设备,所以一谈到LCD必定会与笔记本电脑扯上关系。LCD显示器在笔记本电脑的发展历程中也发挥过不同的作用,但随着液晶显示技术的不断进步,LCD在笔记本电脑市
13、场占据多年的领先地位之后,具备平滑显示屏幕的LCD液晶显示器又开始逐步地进入桌面系统市场。笔记本电脑为了达到轻、薄、小等功能,率先采用LCD液晶面板作为显示器。发展至今,更多的电子产品都纷纷采用LCD作为显示面板(如移动电话、便携式电视、游戏机等),因而也令LCD产业得蓬勃的发展【 液晶显示器的关键部件是液晶板,其成本占液晶显示器总成本的70%,在液晶板产品中,较为先进的产品应属TFT-LCDmin即半导体薄膜晶体管液晶板), 1995年以前,TFT-LCD的应用主要集中在高档摄像机监视器、高档掌上游戏机和大屏幕投影 机等贵族化消费品中,这类产品不但价格高 ,而且其显示模式也只是cga, 分辨
14、率仅为320*200;伴随液晶技术的日益成熟, 1995年,液晶显示屏的基板尺寸达到300RAM400RAM, 实现了10英寸VGA模式,其分辨率也达到了640480; 1997年出现 了11.3英寸、12.1英寸的SVGA液晶显示器。其显示分辨率已达到了800600;目前15、17英寸的产品成为市场的主流产品,而显示分辨率也达到了12801024、16001200的SXGA水平。中国国内从二十世纪八十年代初就开始引进了LCD生产线,是目前世界上最大的LCD生产国。据不完全统计,目前全国引进和建立LCD生产线40多条, 有LCD配 套厂 30余 家, 其中不乏TFT、lcd生 产线 。目前,我
15、们在国 内市 场所 能见到的液晶 显示器的 面板性 能大致如下:亮 度150 300cd/m、对比度200 300、反应速度 25ms 50ms、 水平视角 120 160度 、 垂直视角 90 120度 ,上述指标基本能满足需求。但由于TFT-lcd液晶板 工作原理的自身因素,长久以来液晶板的视角、色饱和度、亮度及反应速度等方面的缺陷一直是困扰液晶显示器普及的问题。LCD的显示任务是由液晶显示模块来完成的。液晶显示模块是一种将液晶显示器件,连接件、集成电路、PCB线路板、背光源 、结构件装配在一起的组件。作为重要的人机 交互接口,广泛地应用于工业控制设备、测量仪表等设备中。众多厂家生 产的
16、LCM种类繁多, 针对不同分辨率有各种型号的成品入市。 这些 成品 通常绑定一定规格的 液晶显示屏,当需要配置不同分辨率的显示屏时,需要同对重新购买 LCM。 LCD控制器是对LCM进行控制的电路。作为液晶显示模块的典型应用系统,通常由LCM模块、LCD控制器以及与LCD控制器相连的微处理器组成,如基于51系列单片机的液晶显示系统等。其中单片机的作用是将预先 存储的要显示的汉字或图形信息,发送到由液晶控制器内的数据存储器内,并由控制器控制显示相应的汉字或者图形随着电子技术的迅速发展,微处理器lcd显示器得到很大的发展,微处理器由传统8位单片机逐步发展到现在 的16位微处理器和32位微处理器 ,
17、lcd也由传统单种颜色发展成多级灰度和256色的STN-LCD, 以及能实现真彩显示的TFT-LCD。 由于微处理器和LCD显示器的发展,先前LCD控制器能满足现在应用系 统的要求,更换 不同规格的显示屏时需要更换液晶控制模块LCD。自1985年Xilinx公 司推出第一片FPGA至今,FPGA已经历了十几年的发展历史。在这十几年的发展过程中,以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得人的 发 展: 现 场 可编 程 逻 辑器 件 从 最初 的 个 可 利用门,发展到90年代的25万个可利用门,国际上现场可编程逻辑器件的著名厂商Altera公司、Xilinx公司又陆续推出了数百万门的单片FPG
18、A芯片,将现场可编程器件的集成度提高到一个新的水平。Altera公司主要有四个品种系列:胶合(glue)逻辑类的max,低价位的acex系列、高速flex系列、高密度的apex系列。 Altera公司还对FPGA的结构进行优化,提供更多的嵌入式RAM。新近推出的flex 10KE系列器件是以前的flex10K系列器件的增强型,该系列在结构上采用了与flex 10K系列相同的逻辑块,但片内嵌入式RAM是FLEX 10K系列的两倍,而且增加了一个双端口RAM,这对通信应用来说是一个重要的优势所在。Altera公司预计该系列器件可用于66MZ的工作频率,密度范围为3万 -25万门,能 够用于66MZ
19、的PCI和通信应用。Altera公司目前正积极倡导sopc。纵观现场可编程逻辑器件的发展历史,其之所以具有巨大的市场吸引力,根本在于:FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低,促使FPGA越来越多地取代了 ASIC的市场,特别是对小批量、多品种的产品需求,使FPGA成为首选。第1.3节 本文研究的主要内1了解12864点阵型液晶显示器的显示原理。2掌握12864点阵型液晶显示器的接口设计。3利用12864点阵型液晶显示器来实现LCD广告字幕机的设计。利用12864点阵型液晶显示模块设计一个可显示图形和中文字符的LCD广告字幕
20、机。1基本要求:1) 能够显示图形和文字。2) 要求显示的图形或文字稳定、清晰无串扰。3) 在目测条件下LCD显示屏各点亮度均匀、充足。2提高要求4) 图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。5) 显示屏刷新频率要求达到85Hz。一.引言 LCD液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称,LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多,但是价钱较其它显示器贵。 FPGA是英文FieldProgrammable Gate Array的缩写,即现场
21、可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA的基本特点主要有: 1)采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。 2)FPGA可
22、做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3)FPGA内部有丰富的触发器和IO引脚。 4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一5) FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。 二工作原理本设计所用的JM12864A是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器、列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示;也可以显示84个(1616点阵)汉字。112864点阵型液晶显示器的显示原理12864液晶显示屏共有12864点阵,即每行显示128点,每列显示64点。此种型号的液晶显示屏以中间间隔平均划分为左屏和右屏分别显示,均为
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