4主要電路的設(shè)計(jì)

　　4.1時(shí)序發(fā)生電路的設(shè)計(jì)

　　時(shí)序發(fā)生電路是設(shè)計(jì)的主要部分。首先，是對(duì)系統(tǒng)輸入時(shí)鐘進(jìn)行頻率變換， FPGA(EP1C6)的內(nèi)部有兩個(gè) PLL電路模塊，本文用其中的一個(gè)來生成 100MHz的時(shí)鐘。再設(shè)計(jì)一個(gè) 12位的計(jì)數(shù)器(行計(jì)數(shù)器)，計(jì)數(shù) 3200脈沖，產(chǎn)生 TFT_LCD的行同步時(shí)鐘，通過此計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)還可生成 TFT_LCD的顯示使能信號(hào)(DE)。此計(jì)數(shù)器的輸出還是 TFT_LCD讀顯示緩存 RAM地址的低 8位(RAM以 32位數(shù)據(jù)寬度計(jì)算)。另設(shè)計(jì)一個(gè) 9位的計(jì)數(shù)器(場(chǎng)計(jì)數(shù)器)，用其對(duì)行同步信號(hào)計(jì)數(shù)又可生成 TFT_LCD場(chǎng)同步的相關(guān)信號(hào)，同時(shí)此計(jì)數(shù)器的輸出可作為 TFT_LCD讀 RAM地址的高 9位。

　　由于嵌入式 CPU與 TFT_LCD是復(fù)用一片顯示緩存 RAM，所以要對(duì)顯示緩存 RAM在時(shí)間上進(jìn)行分時(shí)控制。由于 IDT71V547是 32位數(shù)據(jù)寬度的 RAM，如果將 TFT_LCD設(shè)計(jì)成256色顯示，則讀顯示緩存 RAM一次可顯示 4個(gè)像素點(diǎn)。所以把行計(jì)數(shù)器輸出的 25MHz時(shí)鐘作為基準(zhǔn)(TFT_LCD主時(shí)鐘)、以 25MHz的 4個(gè)周期(T0、T1、T2、T3，T0=T1=T2=T3=40納秒)為基本循環(huán)，在 25MHz的第一個(gè)周期( T0)由 LCD占用產(chǎn)生“ LCD_讀選通”信號(hào)， (LCD_讀選通= (/12.5MHz)&(/6.25MHz) )。T1-T3由 CPU占用，在 T1-T3周期內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的選通信號(hào)， (T1=(12.5MHz)&(/6.25MHz)、 T2=(/12.5MHz)&(6.25MHz)、T3=(12.5MHz)&(6.25MHz))，由于 CPU什么時(shí)間對(duì)顯示緩存 RAM讀寫是不確定的，所以要根據(jù) CPU的讀寫信號(hào)來確定 T1-T3哪個(gè)為“CPU_RAM_選通”信號(hào)(如果在 T0內(nèi)來 CPU_RW則 CPU_RAM_選通=T2、T1來 CPU_RW則為 T3、T2來 CPU_RW則為 T3、T3來 CPU_RW則為 T1)。此邏輯的實(shí)現(xiàn)方式是，在 CPU_RW信號(hào)產(chǎn)生時(shí)鎖存住當(dāng)時(shí)的 T0-T3的狀態(tài)由此來控制“CPU_RAM_選通”產(chǎn)生的位置。在具體時(shí)序見圖 2所示。

　　4.2地址切換和數(shù)據(jù)分離電路的設(shè)計(jì)

　　圖 3是地址切換電路中的一位，以這一位為示例 ,可推出 17位地址全部電路。在圖 3中 RAM_ADD=((LCD_ADD&LCD_選通)+(CPU_ADD&CPU_RAM_選通))且 “LCD_讀選通”信號(hào)與“ CPU_RAM_選通”信號(hào)在任何時(shí)刻最多只能有一個(gè)是有效的，所以當(dāng)“ LCD_讀選通”信號(hào)與“ CPU_RAM_選通”生效時(shí)可將 RAM_ADD切換到相應(yīng)的地址線上。如當(dāng)某時(shí)刻“ LCD_讀選通”信號(hào)與“ CPU_RAM_選通”全無效則 RAM_ADD輸出應(yīng)全為“ 0”。

　　圖4是數(shù)據(jù)分離電路中的一位，同樣 ,以圖 4這一位可推出 32位數(shù)據(jù)線。

　　在圖 4中，RAM_R_W= (CPU_RAM_選通)&(CPU_WD),當(dāng) RAM_R_W有效時(shí)， CPU_寫 DATA可通過三態(tài)門輸出到 RAM_DATA上。當(dāng) CPU讀 RAM時(shí)，RAM的數(shù)據(jù)由門電路輸出到鎖存器的輸入端，在數(shù)據(jù)穩(wěn)定后由“ CPU_R_鎖存”信號(hào)將數(shù)據(jù)鎖存在鎖存器上等待 CPU將數(shù)據(jù)讀走(CPU_R_鎖存=(( / CPU_RD)& CPU_RAM_選通&25MHz&(/50MHz)))。

　　同樣的在 T0周期內(nèi)將 RAM的相應(yīng)數(shù)據(jù)由“ LCD_鎖存”信號(hào)將 32位的數(shù)據(jù)鎖存在鎖存器上。在相應(yīng)的 T0-T3周期由 T0-T3選擇相應(yīng)的 8位數(shù)據(jù)輸出到調(diào)色電路上，在相應(yīng)時(shí)刻由 “LCD_調(diào)色輸出鎖存”信號(hào)將此像素點(diǎn)數(shù)據(jù)鎖存，由 TFT_LCD讀取此點(diǎn)的三基色數(shù)據(jù)并顯示。

　　4.3調(diào)色電路

　　調(diào)色電路實(shí)際為利用 FPGA內(nèi)部的片內(nèi) RAM，由 Quartus 軟件生成的 24位 256字節(jié)的 RAM或 ROM，RAM或 ROM的地址線接 LCD數(shù)據(jù)鎖存器的輸出端后的數(shù)據(jù)選擇電路，數(shù)據(jù)選擇電路是將 32位的數(shù)據(jù)，按 T0-T3所決定的時(shí)間，選擇相應(yīng)的 8位數(shù)據(jù)。當(dāng) T0時(shí)選 D[24]-D[31]、當(dāng) T1時(shí)選 D[0]-D[7]、當(dāng) T2時(shí)選 D[8]-D[15]、當(dāng) T3時(shí)選 D[15]-D[23]。之所以將數(shù)據(jù)選擇設(shè)計(jì)成 T0時(shí)選 D[24]-D[31]，是因?yàn)?TFT_LCD讀顯示緩存 RAM時(shí)，是在 T0周期的末端才能將新數(shù)據(jù)鎖存到“ LCD-讀 DATA”端，新的數(shù)據(jù)只有在 T1周期才能開始顯示。調(diào)色電路的輸出是 3*8=24bit的本文所用的 TFT_LCD是 3*6bit的所以只用相應(yīng) 8bit的低 6bit。如果將調(diào)色電路設(shè)計(jì)選擇 RAM型時(shí)，可以由 CPU改寫調(diào)色電路 RAM，使色彩顯示更加豐富。

　　4.4顯示緩存設(shè)計(jì)

　　顯示緩存 RAM的選擇由 LCD顯示彩色多少?zèng)Q定的，如果顯示 16色可以選擇每像素點(diǎn)占 4bit，這樣每讀一次 RAM可顯示 8個(gè)像素點(diǎn)。以此類推來選擇顯示緩存 RAM的大小和相應(yīng)修改時(shí)序發(fā)生電路的周期。對(duì) CPU的顯示緩存 RAM口的設(shè)置時(shí)，一定要注意顯示緩存 RAM的 CPU讀寫周期與時(shí)序發(fā)生電路的周期相一致，否則會(huì)發(fā)生讀寫錯(cuò)誤。本例設(shè)置的是 160納秒( T0+T1+T2+T3=160ns)[3,4]。

　　5 結(jié)束語

　　本文介紹了一種基于 FPGA及 NiosII軟核處理器與 TFT-LCD接口的主要部分的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，該設(shè)計(jì)內(nèi)容已經(jīng)在實(shí)際電路上得到驗(yàn)證，并在一些儀器的顯示系統(tǒng)上得到應(yīng)用。