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STN-LCD驱动控制芯片的ASIC研究与设计 发布来源： 发布时间：2010-5-8 9:11:33 　摘要：文章介绍了一种STN-LCD驱动控制芯片的设计方案。整个设计采用“自顶向下” 的设计方法将芯片进行层次化功能划分,同时, 参考已有的同类驱动控制芯片的设计经验,原理图输入设计和Verilog编程以及综合技术对模块进行设计。重点讨论分析了其关键部分—接口时序、控制电路和驱动电路的设计。对所设计的驱动控制芯片的数字部分功能和模拟部分功能分别采用modelsim仿真和cadence spectre仿真验证,符合所设计的芯片要求。该芯片可以用在手机、数码相机、MP3、MP4等产品的显示屏驱动。 1 引言 　　液晶显示器(LCD) 具有工作电压低、功耗小、显示信息量大、寿命长、易集成、外形尺 寸小和电磁辐射污染小等优点，因而具有广阔的市场和良好的机遇，尤其是STN-LCD (超扭 曲向列液晶显示器件) 以其低成本、高可靠性。STN-LCD广泛用于手机、数码相机、MP3、PDA、 笔记本、摄像机等产品作为其终端的显示部分。 　　针对直流电场将导致LCD的化学反应和电极老化，从而迅速降低液晶材料的寿命，因此 必须建立交流驱动电场，并要求在这个交流电场中的直流分量越小越好，通常要求直流分量 小于50mV。由此要求液晶显示驱动器的驱动输出必须是交流驱动。液晶显示驱动器的功用是 通过对其输出到液晶显示器件电极上的电位信号进行相位、峰值、频率等参数的调制来建立 交流驱动电场，以实现液晶显示器件的显示效果。又由于LCD要接受MCU发送过来的数据，必 须设计相应的控制模块。显示驱动模块按照控制模块送来的控制信号进行显示或其它操作。 当今的大规模集成电路，已经能够将控制模块和显示模块所有的器件集成在一块芯片上，本 文所介绍的STN-LCD驱动控制芯片就是集控制和驱动为一体的专用集成芯片。这个芯片的整 个设计采用“自顶向下” 的设计思想，将芯片进行层次化功能划分, 同时, 参考已有的同 类驱动控制芯片的设计经验，芯片的数字部分用Verilog编程，再用综合技术综合到门级电 路实现，模拟部分采用原理图输入方式实现，最后协调数模模块设计，完成整个芯片的设计。 　　2 STN-LCD驱动控制专用集成电路的结构 　　STN-LCD驱动控制芯片为一多功能、记忆体映射的 LCD 驱动器，提供32×4（128）个显 示点选择，并且可以用软体方式加以设定系统功能，非常适用于各种 LCD 产品上。在STN-LCD 驱动控制芯片和MCU之间只需要 4 至 5 条线的界面即可。除此之外，STN-LCD驱动控制芯片 还提供了省电指令（Power Down Command），可减少电源的耗损。STN-LCD驱动控制芯片集成 了控制模块和显示模块两部分电路为一体。控制模块用于接收MCU送来的数据，并对数据进 行分析处理，产生相应的控制信号送给显示模块。显示驱动模块按照控制模块送来的控制信 号进行显示或其它相应的操作。 　　液晶显示控制驱动芯片是在液晶像素的行电极和列电极之间建立交变电场。在点阵式液 晶显示器中，像素的两电极是以矩阵方式排列的，由驱动电路循环地给每行电极施加选择脉 冲电压，同时通过列电极给该行像素施加选择或非选择脉冲电压，以实现对像素的驱动，这 种行扫描是逐行顺序进行的，循环周期为一帧。因此，点阵LCD 专用控制芯片的主要作用是 为液晶显示器提供时序信号和显示数据，是MCU与液晶显示系统之间的接口。芯片既可以受 MCU的直接控制又可以脱机独立控制并驱动液晶显示，以上为液晶驱动控制的基本要求。 STN-LCD驱动控制芯片具有以下主要功能：1)与MCU的接口作用；2)控制显示功能的电路；3) 访问RAM；4)为液晶显示屏提供扫描时序信号和传输显示数据；5)提供功能较齐全的控制指 令集便于MCU编程；6)提供可选择的不同偏压比的驱动电压。STN-LCD驱动控制专用集成电路 的总体结构如下图1所示。 　　3 STN-LCD 驱动控制专用集成电路设计 　　3．1 STN-LCD 驱动控制芯片工作原理 　　STN-LCD驱动控制芯片的界面只需要4条信号线，分别为/CS、DATA、/RD和/WR线。其中， /CS线是片选信号。如果/CS的值设为高电平，MCU与STN-LCD驱动控制芯片通信无效并初始化。 送出模式指令或转换模式之前，/CS信号需要一个高准脉冲初始化芯片的串行接口，然后对 芯片发送读写命令时将/CS 设置为低电平。DATA线代表串列数据输入/输出线，所有想要读 取或写入的数据都必须经过DATA线。而/RD线是用来输入READ时钟的，在/RD信号处于下降沿 时，从LCDRAM读出的数据会出现在DATA线上，直到/RD信号出现在下一个下降沿或是/CS的值 变成