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在1970年，Fergason制造了第一台具有实用性的LCD，从此之后，用户产品的界面发生了巨大改变，变得更加的美观、实用，在一定场合下逐渐取代传统的数码管、LED的显示。薄膜电晶体液晶显示器(Thin-Film-Transistor LCD，TFT-LCD)属于LCD的一种，诞生于80年代末，在1995年之后被广泛的应用，现在TFT的价格更是日趋下降，应用范围出现了前所未有的变化，可以适用于医疗、电梯、数控机床、汽车电子、消费类屯子等行业。
TFT虽然显示效果极佳，具有16位、24位、32位色等，但是控制时序相对复杂，因此应运而生了TFT的控制器，而带有控制器的TFT显示屏价格昂贵，大多数用户选择自己制作TFT控制器的方案，本文主要介绍基于Actel FPGA的TFT控制器解决方案，可以实现低成本、高性能、高可靠性等特点。
1 TFT液晶相关知识
(1)液晶的种类
·段码液晶
段码液晶的显示与数码管的显示方式类似，显示内容比较单一，主要用于测量仪器的数据显示，如水电表、转速、流量表的显示。
·单色液晶
单色的点阵液晶可用于简单的西文字符和汉字的显示，如1602点阵液晶，128*64点阵液晶等，一般内部具有控制器，带有字库，直接发送数据即可。
·TFT液晶
彩色液晶显示因为显示靓丽，色彩丰富，受到厂商的追捧，彩色液晶又有众多类型，如STN液晶、TFD液晶、UFB液晶、TFT液晶等。其中TFT液晶在众多彩色液晶种类中是最优秀的，色彩更逼真，细腻，层次感更强。
TFT液晶一般有两种接口，TTL接口和LVDS接口，LVDS因为传输速率快，通常用于大屏，高分辨率的液晶显示，如：14.1寸之上的液晶显示。应用最普遍的是TTL接口的液晶屏，尺寸种类很多，如群创的TTL接口的液晶，能够提供的尺寸从1.77寸到19寸。分辨率一般有320*240、480*320、480*272、800*600、1024*768、1280*1024、1440*900等。
(2)TFT的基本原理
TFT-LCD面板可视为两片玻璃基板中间加着一层液晶，上层的玻璃基板是彩色滤波片(Color Filter)，而下层的玻璃有电晶体镶嵌在上面。当电流通过电晶体产生电场变化，造成液晶分子偏转，改变光线的偏极性，再利
用偏光片决定像素(Pixel)的明暗状态。此外，上层玻璃因彩色滤波片贴合，形成每个像素(Pixel)包含红、绿、蓝三颜色，这些发出红、绿、蓝色彩的像素便组成了面板上的影像画面，如图4所示。
TFT面板就是由数百万个TFTdevice以及ITO(In Ti Oxide，此材料为透明导电金属)区域排列成一个矩阵，而所谓的Array就是指数百万个排列整齐的TFT device的区域，此数百万个排列整齐的区域就是面板显示区，如图5所示是一个像素点的结构。
(3)TFT应用场合
TFT的应用日趋广泛，需要提供液晶显示的产品也越来越多，在这列举几个典型应用的行业。
·电梯、医疗行业
电梯行业主要是内呼板和外呼板，传统的显示设备是数码显示，只能简单的显示楼层信息，TFT显示器不仅除了指示楼层信息外，还可以显示一些画面和广告，增加产品的档次。
医疗设备多数采用TFT作为显示界面，其中包括心电图仪、血液分析仪等。
·电子终端、消费类电子行业
银行、地铁、商店等处的电子电子显示终端为用户提供了人性化的界面，消费累的产品更是注重外观而选择TFT的显示屏。
2 基于Actel FPGA的TFT控制器
(1)TFT控制器方案比较
·专用的TFT驱动IC
目前市场上比较大的TFT厂商，如飞利浦、夏普、东芝等。出货量大的显示屏主要在消费类电子，配套用在主流的手机、数码相机等，用量特别大，而很多半导体厂家会针对量大TFT显示屏推出专用控制器Ic，但是这种Ic往往具有专用性，只能控制显示一特定的屏幕，不灵活、驱动的屏种类少、支持的分辨率较小等，价格一般在几美金～几十美金左右，而对于特殊时序的TFT屏幕，往往还需要加上CPLD进行时序的转换。
·带有TFT控制器的微处理器
目前在一些高档的32位MCU自带了TFT的控制器。例如：ARM7中的LPC2478，以及ARM9的LPC3250等，此类芯片集成度高，液晶控制器使用起来也比较方便，只需简单的配置相关的寄存器即可。但是此类的缺点在于，内部自带的TFT控制器占用了总线资源，在一些频繁的需要从外部Flash导人数据场合，会导致刷屏速度很慢，显示会有闪烁现象，而且成本也较高。只能支持800*768及以下的分辨率。
·基于FPGA设计TFT控制器
目前国内液晶屏厂商推出了很多时序差异比较大的液晶屏型号，不具有通用性，而且常需要使用高分辨率的TFT，此时很多用户转向用FPGA+SRAM或FPGA+SDRAM的方式实现TFT控制器，另外在很多场合设计都是基于8位或者是16位、32位的MCU，设计已经成型，只是在显示部分升级到液晶显示，这时采用FPGA设计TFT液晶屏控制器将会非常理想。这种方式不仅成本低、灵活性大、可靠性高，而且可以实现1024*768以上的分辨率显示，因此被广泛的应用。
(2)基于Actel FGPA的TFT控制器
Actel的FPGA具有单芯片、高可靠性、低成本等优势，非常适合TFT控制器的设计，不仅能够降低控制器的成本，而且由于FPGA重复编程的灵活性，只需要修改程序代码即可实现不同尺寸、不同分辨率的TFT驱动控制器，满足各种用户的需求。
根据TFT显示屏的分辨率以及接口的不同，可以采用A3P030+SRAM(IS61LV25616AL)或A3P060+SDRAM(IS42816400F)的方案来实现，根据不同的情况进行选择，使得成本最低，性能最高的特点。采用A3P030+SRAM(IS6ILV25616AL)的方案可以实现480*320以及以下分辨率的TFT显示，采用A3P060+SDRAM(Is42S16400F)可以实现480*320分辨率以上的TFT显示，配合LVDS的驱动芯片可以实现LVDS接口的TFT液晶显示屏。
·系统框图
本期技术讲座将主要介绍低成本的A3P030+SRAM(IS61LV25616AL)的方案，本方案已经成功应用于多家电梯用户以及消费显示控制的用户。下期将介绍高性能的A3P060+SDRAM(IS42S16400F)的方案。系统框图如图8所示。
对于图5所示的方案中，FPGA选择了A3P030-VOG100，具有成本低的特点；显存选择IS61LV25616AL，大小为256K*16，由于显存容量的原因，可实现480*320以内的分辨率显示。对于高分辨率则需要采用A3P060+SDKAM的方式会更具优势；电源选择300mA的CAT6217和CAT6219给FpGA供电；MCU和TFT可以根据用户的需要进行选择。
·功能特点
采用Actel中较小成员A3P030，具有低成本、高可靠性、高性能等特点；
支持480*320以及以下分辨率；
支持不同尺寸的TFT的液晶屏(2″、2.5″、3.5″、4.3″、5″等)；
支持画点、画圆的操作，支持整屏DMA和局部DMA刷新操作；
MCU接口速度可达24M左右，并根据外部的晶振可以适当调整；
A3P030+IS61LV28616AL将实现最低的成本，并可以根据项目申请更低的价格；
灵活性极大，根据用户的需求我们还提供定制服务，满足不同用户的需求。
3 小结
本文主要介绍了基于Actel FpGA的TFT控制器的方案，本期主要介绍TFT的相关知识和基于A3P030+SKAM的TFT控制器方案，下期将介绍A3P060+SDRAM以及LVDS的TFT方案，敬请关注。我们有着一个接近30人的FPGA团队提供强有力的售后服务，解决用户在产品使用和研发过程中遇到的困难。若有更多的需求可以与我们联系，我们将会竭诚为您服务，并能关注下期的FPGA专题技术讲座。
TFT虽然显示效果极佳，具有16位、24位、32位色等，但是控制时序相对复杂，因此应运而生了TFT的控制器，而带有控制器的TFT显示屏价格昂贵，大多数用户选择自己制作TFT控制器的方案，本文主要介绍基于Actel FPGA的TFT控制器解决方案，可以实现低成本、高性能、高可靠性等特点。
1 TFT液晶相关知识
(1)液晶的种类
·段码液晶
段码液晶的显示与数码管的显示方式类似，显示内容比较单一，主要用于测量仪器的数据显示，如水电表、转速、流量表的显示。
·单色液晶
单色的点阵液晶可用于简单的西文字符和汉字的显示，如1602点阵液晶，128*64点阵液晶等，一般内部具有控制器，带有字库，直接发送数据即可。
·TFT液晶
彩色液晶显示因为显示靓丽，色彩丰富，受到厂商的追捧，彩色液晶又有众多类型，如STN液晶、TFD液晶、UFB液晶、TFT液晶等。其中TFT液晶在众多彩色液晶种类中是最优秀的，色彩更逼真，细腻，层次感更强。
TFT液晶一般有两种接口，TTL接口和LVDS接口，LVDS因为传输速率快，通常用于大屏，高分辨率的液晶显示，如：14.1寸之上的液晶显示。应用最普遍的是TTL接口的液晶屏，尺寸种类很多，如群创的TTL接口的液晶，能够提供的尺寸从1.77寸到19寸。分辨率一般有320*240、480*320、480*272、800*600、1024*768、1280*1024、1440*900等。
(2)TFT的基本原理
TFT-LCD面板可视为两片玻璃基板中间加着一层液晶，上层的玻璃基板是彩色滤波片(Color Filter)，而下层的玻璃有电晶体镶嵌在上面。当电流通过电晶体产生电场变化，造成液晶分子偏转，改变光线的偏极性，再利
用偏光片决定像素(Pixel)的明暗状态。此外，上层玻璃因彩色滤波片贴合，形成每个像素(Pixel)包含红、绿、蓝三颜色，这些发出红、绿、蓝色彩的像素便组成了面板上的影像画面，如图4所示。
TFT面板就是由数百万个TFTdevice以及ITO(In Ti Oxide，此材料为透明导电金属)区域排列成一个矩阵，而所谓的Array就是指数百万个排列整齐的TFT device的区域，此数百万个排列整齐的区域就是面板显示区，如图5所示是一个像素点的结构。
(3)TFT应用场合
TFT的应用日趋广泛，需要提供液晶显示的产品也越来越多，在这列举几个典型应用的行业。
·电梯、医疗行业
电梯行业主要是内呼板和外呼板，传统的显示设备是数码显示，只能简单的显示楼层信息，TFT显示器不仅除了指示楼层信息外，还可以显示一些画面和广告，增加产品的档次。
医疗设备多数采用TFT作为显示界面，其中包括心电图仪、血液分析仪等。
·电子终端、消费类电子行业
银行、地铁、商店等处的电子电子显示终端为用户提供了人性化的界面，消费累的产品更是注重外观而选择TFT的显示屏。
2 基于Actel FPGA的TFT控制器
(1)TFT控制器方案比较
·专用的TFT驱动IC
目前市场上比较大的TFT厂商，如飞利浦、夏普、东芝等。出货量大的显示屏主要在消费类电子，配套用在主流的手机、数码相机等，用量特别大，而很多半导体厂家会针对量大TFT显示屏推出专用控制器Ic，但是这种Ic往往具有专用性，只能控制显示一特定的屏幕，不灵活、驱动的屏种类少、支持的分辨率较小等，价格一般在几美金～几十美金左右，而对于特殊时序的TFT屏幕，往往还需要加上CPLD进行时序的转换。
·带有TFT控制器的微处理器
目前在一些高档的32位MCU自带了TFT的控制器。例如：ARM7中的LPC2478，以及ARM9的LPC3250等，此类芯片集成度高，液晶控制器使用起来也比较方便，只需简单的配置相关的寄存器即可。但是此类的缺点在于，内部自带的TFT控制器占用了总线资源，在一些频繁的需要从外部Flash导人数据场合，会导致刷屏速度很慢，显示会有闪烁现象，而且成本也较高。只能支持800*768及以下的分辨率。
·基于FPGA设计TFT控制器
目前国内液晶屏厂商推出了很多时序差异比较大的液晶屏型号，不具有通用性，而且常需要使用高分辨率的TFT，此时很多用户转向用FPGA+SRAM或FPGA+SDRAM的方式实现TFT控制器，另外在很多场合设计都是基于8位或者是16位、32位的MCU，设计已经成型，只是在显示部分升级到液晶显示，这时采用FPGA设计TFT液晶屏控制器将会非常理想。这种方式不仅成本低、灵活性大、可靠性高，而且可以实现1024*768以上的分辨率显示，因此被广泛的应用。
(2)基于Actel FGPA的TFT控制器
Actel的FPGA具有单芯片、高可靠性、低成本等优势，非常适合TFT控制器的设计，不仅能够降低控制器的成本，而且由于FPGA重复编程的灵活性，只需要修改程序代码即可实现不同尺寸、不同分辨率的TFT驱动控制器，满足各种用户的需求。
根据TFT显示屏的分辨率以及接口的不同，可以采用A3P030+SRAM(IS61LV25616AL)或A3P060+SDRAM(IS42816400F)的方案来实现，根据不同的情况进行选择，使得成本最低，性能最高的特点。采用A3P030+SRAM(IS6ILV25616AL)的方案可以实现480*320以及以下分辨率的TFT显示，采用A3P060+SDRAM(Is42S16400F)可以实现480*320分辨率以上的TFT显示，配合LVDS的驱动芯片可以实现LVDS接口的TFT液晶显示屏。
·系统框图
本期技术讲座将主要介绍低成本的A3P030+SRAM(IS61LV25616AL)的方案，本方案已经成功应用于多家电梯用户以及消费显示控制的用户。下期将介绍高性能的A3P060+SDRAM(IS42S16400F)的方案。系统框图如图8所示。
对于图5所示的方案中，FPGA选择了A3P030-VOG100，具有成本低的特点；显存选择IS61LV25616AL，大小为256K*16，由于显存容量的原因，可实现480*320以内的分辨率显示。对于高分辨率则需要采用A3P060+SDKAM的方式会更具优势；电源选择300mA的CAT6217和CAT6219给FpGA供电；MCU和TFT可以根据用户的需要进行选择。
·功能特点
采用Actel中较小成员A3P030，具有低成本、高可靠性、高性能等特点；
支持480*320以及以下分辨率；
支持不同尺寸的TFT的液晶屏(2″、2.5″、3.5″、4.3″、5″等)；
支持画点、画圆的操作，支持整屏DMA和局部DMA刷新操作；
MCU接口速度可达24M左右，并根据外部的晶振可以适当调整；
A3P030+IS61LV28616AL将实现最低的成本，并可以根据项目申请更低的价格；
灵活性极大，根据用户的需求我们还提供定制服务，满足不同用户的需求。
3 小结
本文主要介绍了基于Actel FpGA的TFT控制器的方案，本期主要介绍TFT的相关知识和基于A3P030+SKAM的TFT控制器方案，下期将介绍A3P060+SDRAM以及LVDS的TFT方案，敬请关注。我们有着一个接近30人的FPGA团队提供强有力的售后服务，解决用户在产品使用和研发过程中遇到的困难。若有更多的需求可以与我们联系，我们将会竭诚为您服务，并能关注下期的FPGA专题技术讲座。