高灰度级TFTLCD显示系统的实现毕业设计

1、计算机信息工程学院毕业设计说明书摘要 随着社会的进步，人们更多的关注于显示系统的高清晰度、高灰度级和高还原度。基于改进灰度等级的TFT-LCD显示系统已经成为各个领域发展的重要组成部分，具有十分重要的研究意义。本文分析和研究了传统的电压幅值、脉宽调制等传统灰度调制方法，分析其制约提高TFT-LCD显示系统的因素，提出了采用混合多种传统灰度调制方法提高TFT-LCD显示灰度级的方法，重点研究了混合灰度调制中的Bayer抖动算法，旋转抖动矩阵算法等混合灰度调制的实现方法，并给出了混合灰度调制算法的FPGA实现方案。本文设计提出和研究了一种时间和空间上的混合灰度调制的TFT-LCD显示平台。在设计整个TFT-LCD结构和混合灰度调制原理的基础上，实验采用了ALTERA公司Cyclone系列FPGA为核心控制器，以Quartus II软件为FPGA设计平台，采用自顶向下的FPGA设计方法，设计了以FPGA为控制核心的TFT-LCD显示系统。结合混合灰度调制原理，开发了基于AD9984A的VGA数据采集、AD转换模块、数字图像预处理模块、FIFO控制模块、LVDS控制模块以及混合灰度调制算法实现

2、等主要功能模块，实现了对模拟图像信号VGA的采集、模数转换、存储和混合灰度调制，提高了图像的清晰度以及系统集成度和稳定性。本文最后搭建了整个系统的硬件平台，并对TFT-LCD系统进行测试与验证。从对FPGA的综合和仿真结果以及TFT-LCD的显示效果来看，系统能够正确可靠的工作，且系统的显示灰度效果有一定程度提高，初步达到了预期目标。关键词：TFT-LCD；混合灰度调制；抖动算法；FPGAAbstractTHE STUDY AND DESIGN OF HIGH GRAY-SCALE DISPLAY SYSTEM BASED ON TFT-LCDAbstractWith the progress of society,people pay more attention to high definition, high grayscale display systems. TFT - LCD display system based on improved grey scale all areas has become an important part, plays very impor

3、tant research significance. In this paper ,we analyze some traditional gray modulation method such as traditional voltage amplitude, pulse width modulation and the analysis of the factors of improvement of TFT - LCD display system, using hybrid variety of traditional gray modulation method is presented to increase the TFT - LCD display grayscale method, focuses on the dynamic jitter in the mixed gray modulation processing, and presents a hybrid algorithm for calculating grayscale modulation of t

4、he FPGA implementation scheme. In this paper ,we proposed and studied a kind of time and space on a mix of gray modulation TFT - LCD display platform. In the design of the whole TFT - LCD structure and mixed gray modulation principle, on the basis of the experiment adopted series of ALTERA company Cyclone FPGA as the core controller, with the Quartus II software for FPGA design platform, using the top-down FPGA design method, designed with the FPGA as the core of TFT - LCD display system.Combine

5、d with the mixed gray modulation principle, developed on the basis of AD9984A VGA data collection, AD conversion module, digital image preprocessing module, FIFO control module, an LVDS control module and the main functional modules, such as mixing gray modulation algorithm realizing the collection of the analog image signal VGA, modulus conversion, storage, and mixed gray modulation, improves the resolution of the image as well as system integration and stability. Finally, the paper set up the

6、hardware platform of the whole system, test and verify on the TFT - LCD system. From comprehensive and simulation results of FPGA and TFT - LCD display, the system can be worked accurately and reliable, and the system have a certain degree to improve the effect of display gray, preliminary reached the expected goal.Key words: TFT-LCD；Hybrid Grayscale Modulation；Dithering algorithm；FPGA计算机信息工程学院毕业设计说明书第一章绪论11.1 研究背景11.2研究内容及意义11.3 论文安排2第二章 FPGA开发技术及硬件描述语言42.1 FPGA简介42.2 Quartus II 开发平台42.3 FPGA设计

7、流程图52.4 硬件描述语言Verilog HDL72.4.1 Verilog 硬件描述语言的主要能力72.4.2 模块设计82.5 小结8第三章 灰度调制93.1 传统灰度调制方法93.1.1 传统灰度调制介绍93.1.2 传统灰度调制比较103.2 混合灰度调制113.2.1混合灰度调制原理113.2.2混合灰度调制数据处理过程123.3 小结12第四章 TFT-LCD图像显示系统硬件设计134.1 总体设计方案134.2 VGA信号采集及D/A转换模块134.2.1 AD9984A的器件特性与结构134.2.2 AD9984A的寄存器配置144.2.3 AD9984A接口电路设计184.3数据存储模块194.3.1 FIFO控制模块194.3.2 SDRAM模块电路设计194.4 LVDS接口电路设计204.5系统电路设计214.6 系统的PCB设计234.7 小结24第五章 TFT-LCD图像显示系统软件设计255.1 FIFO控制及数据存储模块255.1.1 FIFO 控制模块工作原理255.1.2 SDRAM读写模块265.2数字图像预处理模块275.3混合灰度调制模块28

8、5.4 小结28第六章 抖动技术的实现296.1 抖动算法296.2 传统Bayer抖动算法296.2.1 传统Bayer抖动算法具体实现方法296.2.2 传统Bayer抖动算法的优缺点及改进方法306.3 动态旋转抖动矩阵316.3.1动态抖动矩阵基本原理316.3.2动态抖动矩阵具体实现336.4 小结37第七章 系统功能模块仿真与FPGA验证387.1 抖动算法功能模块仿真387.1.1 Bayer抖动算法波形仿真397.1.2 动态抖动矩阵算法波形仿真407.2 FPGA平台验证417.3 小结43第八章 总结与展望448.1 总结448.2展望44致谢46参考文献47附录148附录249附录351附录452前言 随着人们物质生活水平的提高，人们对于图像显示的高清晰度，超高灰度级和高还原度的要求越来越严格。传统的显示器如CRT（阴极射线显像管显示器）已经逐渐淡出了人们的实现，取而代之的是平板显示，其中尤以TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）的应用面最广。 基于TFT-LCD显示屏的研究一直在追求显示图像和视频

9、的高清晰度，超高灰度级和高还原度。我们不仅要将我们的目光聚焦在TFT-LCD面板材料的改进和图像编码压缩或前端处理，我们还需要充分注意到人的视觉和物理发光体的数字图像信息转换过程之间的关系。以找到高分辨率的TFT-LCD的定时控制和灰度控制方法。在实现灰度等级的提高的探索过程中，采用了一些传统的、单一的灰度调制方法。本文以“高灰度级TFT-LCD显示系统的实现”为题旨在探索一种基于传统灰度调制方法的混合灰度调制方法，以求得对传统灰度调制方法的完善和补充。基于这样的背景，本文主要研究了混合灰度调制法中的空间抖动算法，首先对其在实际应用中会出现波纹现象和块状现象进行了分析论述；其次提出了利用旋转抖动算法来解决传统抖动算法的不足；最后，使用Quartus II对设计进行时序仿真和利用FPGA平台进行验证。实验结果表明，旋转抖动算法很好的实现了预期的功能，达到了要求的显示效果。III计算机信息工程学院毕业设计说明书3第一章 绪论1.1 研究背景随着科学技术发展，电子显示技术也在不断更新换代，从传统的CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管)发展到平板显示(Flat Panel Display, FPD)。展望未来几年，中国LCD 产业无论是在产业规模还是产业地位方面都会有很大的提升。TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示器)其具有体积小，功耗低，无辐射，平面直角显示和影响稳定等优点。基于TFT-LCD技术上的日趋成熟以及其自身的众多

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