1、液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：XXXXX 指導(dǎo)老師：XXXX 學(xué)生姓名：XXXXXX 學(xué) 號(hào)：XXXXXXX西安郵電大學(xué)科研項(xiàng)目訓(xùn)練報(bào)告題目：段式LCD的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：XXXX 指導(dǎo)老師：XXX 學(xué)生姓名：XXXX 學(xué) 號(hào)：XXXX起止日期：2013年8月262013年9月6 第1章概述為了滿足用戶的需求 ，LCD廠家研制和生產(chǎn)了各種性能的和規(guī)格的LCD顯示模塊，廠家把LCD控制器、驅(qū)動(dòng)器和顯示屏集成在一個(gè)模塊上，用戶只需把模塊上的LCD控制器接口和微處理器簡(jiǎn)單鏈接，并按不同LCD控制指令系統(tǒng)編寫驅(qū)動(dòng)程序，即可完成系統(tǒng)的顯示工作。1.1段式LED發(fā)展的背景及意義1923年，羅塞

2、夫（Lossen.o.w）在研究半導(dǎo)體SIC時(shí)有雜質(zhì)的P-N結(jié)中有光發(fā)射，研究出了發(fā)光二極管（LED：Light Emitting Diode），一直不受重視。隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，在60年代，顯示技術(shù)得到迅速發(fā)展，人們研究出PDP激光顯示等離子顯示板、LCD液晶顯示器、發(fā)光二極管LED、電致變色顯示ECD、電泳顯示EPID等多種技術(shù)。由于半導(dǎo)體的制作和加工工藝逐步成熟和完善，發(fā)光二極管已日趨在固體顯示器中占主導(dǎo)地位。段式LCD主要用來顯示數(shù)字，也可顯示定制的或圖案。顯示數(shù)字時(shí)和LED數(shù)碼管差不多，由7段組成。與LED相比，LCD的主要特點(diǎn)是功耗極低，適合電池供電的設(shè)備使用，驅(qū)動(dòng)電壓一般為3

3、V，3.3V供電的單片機(jī)引腳可以和液晶屏直接鏈接。段式LCD還有一個(gè)特點(diǎn)是要求交流電壓驅(qū)動(dòng)，若用直流電壓驅(qū)動(dòng)會(huì)損壞段式液晶屏，這就決定了單片機(jī)驅(qū)動(dòng)段式LCD的方法與驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的方法不同，動(dòng)態(tài)LED數(shù)碼管的鏈接方法是同名的段連接在一起，每個(gè)數(shù)碼管引出一個(gè)一個(gè)公共電極。而LCD數(shù)碼管則是每個(gè)數(shù)碼管的幾個(gè)相同的段連在一起作為公共電極，單個(gè)數(shù)碼管不在同一公共電極上的幾個(gè)段連在一起引出。段式液晶有價(jià)格低廉，驅(qū)動(dòng)成本低，操作簡(jiǎn)單，格式自由等幾大特點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。如以下領(lǐng)域作為顯示:*儀器、儀表：煤氣表、水表、公交系統(tǒng)、加油機(jī)計(jì)數(shù)   *顯示屏 辦公設(shè)備：傳真機(jī)、打卡機(jī)、考勤

4、機(jī)、門禁系統(tǒng)   *通訊設(shè)備：各種IC卡電話、網(wǎng)絡(luò)電話、IP電話  *銀行系統(tǒng)：POS機(jī)   *稅務(wù)系統(tǒng)：稅控機(jī)   *醫(yī)療設(shè)備：生理監(jiān)護(hù)儀及各類保健器械   *工控設(shè)備：自動(dòng)化控制   *各種人機(jī)界面,手持設(shè)備等1.2預(yù)期目標(biāo)通過幾種方案的比較，分析并選擇出最佳的驅(qū)動(dòng)段式LCD的方案，達(dá)到實(shí)現(xiàn)操作容易，可行性搞的效果。第2章 文件檢索綜述互聯(lián)網(wǎng)段式LCD 、LCD顯示原理、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD、驅(qū)動(dòng)電路第3章實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)思路及方案可行性分析一般物質(zhì)可分為氣體，液體及固體。但有些

5、物質(zhì)的特性不屬于這3種，液晶就是其中的一種，它不是完全的液體，也不是完全的固體。它能像液體般流動(dòng)，又具有固體狀的結(jié)晶。在自然狀態(tài)下，液晶分子放置于很細(xì)的凹曹內(nèi)，液晶分子會(huì)依照凹槽方向排列【3】。LCD顯示器就是利用液晶的這些性質(zhì)工作的。在LCD顯示器的上下兩電極間加有液晶材料，液晶分子呈平行排列，具有旋光性，平時(shí)呈透明態(tài)，當(dāng)上下電極間加上一定電壓時(shí)，液晶分子轉(zhuǎn)成垂直排列，失去旋光性而呈黑色【4】。為了防止液晶氧化，要求LCD電極之間的相對(duì)電壓直流平均值必須為零【1】，因此LCD不能簡(jiǎn)單用電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)，而要用一定的方波序列來驅(qū)動(dòng)。其驅(qū)動(dòng)波形是很講究的，以偏置比為1/2的時(shí)分割方式為例。 圖（2）

6、示出了欲使某一筆畫亮或不亮在段極和公共電極上應(yīng)該產(chǎn)生的波形。從圖（2）中可以看出，B1與COM2的波形方向，所以B1亮；B3與COM1的波形同向，所以B3滅【5】。（其中，B1和B3共用一個(gè)SEG端口） 圖（2）一般COM端口的波形總是固定的，對(duì)動(dòng)態(tài)1/2時(shí)分割方式，COM1和COM2端的波形是反相的，要控制各筆畫的顯示與熄滅，就必須在相應(yīng)電極上產(chǎn)生合適的波形。波形的實(shí)現(xiàn)有如下特點(diǎn)：1）、兩根公共電極上看出，兩根公共電極有3種電平，它們分別是0V，1.5V和3V三種電壓；2）、兩根公共電極COM1和COM2波形是方向的；3）、公共電極和段碼的驅(qū)動(dòng)波形的周期是相同的，其中公共電極每個(gè)周

7、期變化4次，段碼每個(gè)周期變化兩次，是方波信號(hào)。因?yàn)楣搽姌O的驅(qū)動(dòng)波形的特點(diǎn)，在業(yè)界，大都采用單片機(jī)和相應(yīng)的軟件來產(chǎn)生公共電極的驅(qū)動(dòng)波形，而對(duì)于ASIC的設(shè)計(jì)來說，如果采用上述方法，就占用了很大的芯片面積，增加了成本。因此，本文將要介紹一種實(shí)用的數(shù)字和模擬電路作為段碼式LCD的驅(qū)動(dòng) 。第4章 詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程4.2.1  COM1和COM2波形產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)：正如在顯示原理部分所述，兩個(gè)公共電極的波形是固定的，它有3種電平，分別是0V，1.5V，3V，每個(gè)周期變化4次，COM1和COM2的波形是方向的。圖（3）給出了解決方案，該電路由NMOS管和3態(tài)控制門構(gòu)成，DA的頻率是d3的2倍，

8、其中NMOS管接1.5V電壓，3態(tài)門用3V電壓，這樣就能夠產(chǎn)生每個(gè)周期變化4次，有3種電平的固定公共電極波形。為了能夠被人眼識(shí)別，d3的頻率采用了10Hz，由該電路產(chǎn)生的HSPICE波形如圖（31）所示（用1.5V電源供電，3V的電壓由外圍的倍壓電路產(chǎn)生）。達(dá)到這樣的設(shè)計(jì)要求，圖（3）中，N管的W/L28uM/4uM，3態(tài)門的兩個(gè)P管的W/L8uM/3uM，兩個(gè)N管的W/L4uM/3uM。   圖（3） 4.2.2  SEG口電路和波形技術(shù)要點(diǎn)：11個(gè)段極和2個(gè)公共電極共同驅(qū)動(dòng)電子表的顯示，段極和公共電極周期要保持相同。其解決方案如圖（4）所示

9、，圖 （4）是段極驅(qū)動(dòng)電路，它是由一個(gè)異或門和一個(gè)非門電路搭成，為了讓公共電極和段極周期保持一致，輸入信號(hào)d3和COM電路中的d3是同一個(gè)信號(hào)，都是頻率為10Hz的周期方波；D1的信號(hào)是由譯碼電路產(chǎn)生，它決定電子表顯示數(shù)碼譯碼，產(chǎn)生的結(jié)果由三種類型，恒為高電平1，恒為電平0，周期方波（其頻率為d3的2倍，周期為其1/2），圖 （41）,圖（ 42）,圖（ 43）分別是上面3種情況對(duì)應(yīng)的verilog_xl產(chǎn)生的波形。SEG口就是用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于晶體管的尺寸沒有要求。 圖（4）        

10、60;從公共電極和段碼電極的仿真波形可以看出，設(shè)計(jì)的電路符合液晶顯示原理的要求，公共電極每個(gè)周期變化4次和3種不同的電平，公共電極和段極的周期要保持一致，欲使某一筆劃亮或者不亮,則段極（SEG）和（COM）口要滿足一定關(guān)系，其關(guān)系如下表所示：當(dāng)SEG口和COM1口反相的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的段極亮，同相時(shí)，對(duì)應(yīng)的段極滅。優(yōu)點(diǎn)：顯示效果良好，無鬼影。缺點(diǎn)：顯示字節(jié)多時(shí)，Layout線路變的復(fù)雜，端子數(shù)太多。4單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)段式LCD靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式下，公共電極（CMOS）輸出方波，要顯示的段（SEG）輸出相位相反的方波，不顯示的段則和公共電極連在一起。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式波形圖見圖5。以單片機(jī)驅(qū)動(dòng)3位半數(shù)字萬用表液晶

11、屏低2位的數(shù)碼管為例，編程思路是設(shè)1個(gè)數(shù)組作為顯示數(shù)碼管的接口，程序主要更改數(shù)組內(nèi)容就可以更改顯示內(nèi)容，顯示數(shù)碼管子程序由定時(shí)中斷子程序來實(shí)現(xiàn)，在子程序中根據(jù)顯示內(nèi)容確定公共電極和段的輸出。顯示數(shù)碼“21”的效果見圖5.1.這種顯示方式驅(qū)動(dòng)較為簡(jiǎn)單，但是需要單片機(jī)有更多的引腳用來驅(qū)動(dòng)LCD。在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的方式下，依次對(duì)所有公共電極掃描，位掃描的公共電極點(diǎn)平為VLCD圖（5）靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式波形圖圖（5.1）靜態(tài)驅(qū)動(dòng)測(cè)試效果圖（5.2）動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式波形圖從波形圖中可以看出，占空比位1/3，偏壓比為1/2，VLCD/2的實(shí)現(xiàn)方式是用2個(gè)1M歐的電阻串聯(lián)，兩端分別接電源和地，中間接單片機(jī)公共電極輸出就行了

12、，這樣單片機(jī)引腳可以直接輸出高、低電平。當(dāng)引腳設(shè)為僅為輸入時(shí)，則引腳電平由電阻分壓決定，變?yōu)閂LCD/2。一般來說，3個(gè)或4個(gè)公共電極選偏壓比為1/3時(shí)對(duì)比度效果較好，只是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，還是選偏壓比為1/2容易實(shí)現(xiàn)，適當(dāng)降低單片機(jī)工作電壓可以使對(duì)比度提高些。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)4位半數(shù)字萬用表液晶屏，3.3V電壓時(shí)分辨率比較差，隱約能看到不需要顯示的段，2.8V時(shí)顯示效果比較好。優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，適合于LCD要顯示的像素不多時(shí)，公共電極可擴(kuò)展為3個(gè)或4個(gè)以上。缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)多字節(jié)顯示是IO口受限制。4.2.4 單片機(jī)間接驅(qū)動(dòng)段式LCD單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)段式LCD的電路雖然簡(jiǎn)單，但是在段數(shù)較多的單片機(jī)的

13、引腳就不夠用了，可以外接芯片擴(kuò)展端口，推薦用PCF8576（40*4位）等段式LCD專用驅(qū)動(dòng)電路，部分單片機(jī)把段式LCD驅(qū)動(dòng)集成到內(nèi)部，使用更加方便。下面介紹用PCF8576CT驅(qū)動(dòng)十位數(shù)碼管的方法，原理圖見圖6，效果圖見圖6.1。1.CF8576是一種外圍器件，它可為任何靜態(tài)或動(dòng)態(tài)段式LCD提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。PCF8576具有4路公共電極輸出和40路段輸出，通過級(jí)聯(lián)可驅(qū)動(dòng)大規(guī)模的LCD應(yīng)用顯示。單片機(jī)只需通過I2C總線與PCF8576通信會(huì)直接驅(qū)動(dòng)LCD顯示存儲(chǔ)內(nèi)容。2.CF8576有5個(gè)控制命令，可以分別對(duì)LCD的顯示方式、地址指針、器件選擇、顯示存儲(chǔ)分區(qū)、閃爍方式等進(jìn)行設(shè)置，指令的最高位C表示后續(xù)字節(jié)是指令字節(jié)還是顯示數(shù)據(jù)字節(jié)，C=0表示本字節(jié)為最后一指令字節(jié)，后續(xù)字節(jié)位顯示數(shù)據(jù)字節(jié)。顯示存儲(chǔ)器分區(qū)很少用，可以不用設(shè)置。圖6 PCF8576CT驅(qū)動(dòng)段式LCD原理圖圖6.1 PCF8576CT驅(qū)