| 摘要 介紹LCD的控制驅(qū)動及其與MCU接口的特點;詳細(xì)闡述嵌入式系統(tǒng)人機界面中各種常見LCD的控制驅(qū)動與MCU接口設(shè)計,以及一些基礎(chǔ)LCD外圍電路設(shè)計。 關(guān)鍵詞 LCD MCU接口 控制驅(qū)動 電路設(shè)計 液晶顯示,穩(wěn)定可靠、成本低、功耗小、控制驅(qū)動方便、接口簡單易用、模塊化結(jié)構(gòu)緊湊,在嵌入式系統(tǒng)中作為人機界面獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來,國內(nèi)許多廠商,如紫晶、冀雅、晶華、信利、蓬遠等已經(jīng)能夠滿足各種定制液晶顯示的需求;很多著名半導(dǎo)體廠商,如Hitachi、Seiko Epson、Toshiba、Holtek、Solomon、Samsung等相繼推出了許多控制驅(qū)動器件。本文以現(xiàn)有的控制驅(qū)動器件和液晶顯示器如何構(gòu)成各種結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、簡單易用、性能優(yōu)良的嵌入式人機界面的設(shè)計進行綜合闡述。 1 液晶顯示及其控制驅(qū)動與接口概述 液晶顯示LCD(Liquid Crystal Display),是利用液晶材料在電場作用下發(fā)生位置變化而遮蔽/通透光線的性能制作成的一種重要平板顯示器件。通常使用的LCD器件有TN型(Twist Nematic,扭曲向列型液晶)、STN型(Super TN,超扭曲向列型液晶)和TFT型(Thin Film Transistor,薄膜晶體管型液晶)。TN、STN、TFT型液晶,性能依次增強,制作成本也隨之增加。TN和STN型常用作單色LCD。STN型可以設(shè)計成單色多級灰度LCD和偽彩色LCD,TFT型常用作真彩色LCD。TN和STN型LCD,不能做成大面積LCD,其顏色數(shù)在218種以下。218種顏色以下的稱為偽色彩,218種及其以上顏色的稱為真彩色。TFT型可以實現(xiàn)大面積LCD真彩顯示,其像素點可以做成0.3mm左右。TFT-LCD技術(shù)日趨成熟,長期困擾的難題己獲解決：視角達170°,亮度達500cd/m2(500尼特),顯示器尺寸達101.6cm(40in),變化速度達60幀/s。[1~3] 進行LCD設(shè)計主要是LCD的控制/驅(qū)動和與外界的接口設(shè)計�？刂浦饕峭ㄟ^接口與外界通信、管理內(nèi)/外顯示RAM,控制驅(qū)動器,分配顯示數(shù)據(jù);驅(qū)動主要是根據(jù)控制器要求,驅(qū)動LCD進行顯示�？刂破鬟�常含有內(nèi)部ASCII字符庫,或可外擴的大容量漢字庫。小規(guī)模LCD設(shè)計,常選用一體化控制/驅(qū)動器;中大規(guī)模的LCD設(shè)計,常選用若干個控制器、驅(qū)動器,并外擴適當(dāng)?shù)娘@示RAM、自制字符RAM或ROM字庫�？刂婆c驅(qū)動器大多采用低壓微功耗器件。與外界的接口主要用于LCD控制,通常是可連接單片機MCU的8/16位PPI并口或若干控制線的SPI串口。顯示RAM除部分Samsung器件需用自刷新動態(tài)SDRAM外,大多公司器件都用靜態(tài)SRAM。嵌入式人機界面中常用的LCD類型及其典型控制/驅(qū)動器件與接口如下： 段式LCD,如HT1621(控/驅(qū))、128點顯示、4線SPI接口; 字符型LCD,如HD44780U(控/驅(qū))、2行×8字符顯示、4/8位PPI接口; 單色點陣LCD,如SED1520(控/驅(qū))、61段×16行點陣顯示、8位PPI接口,又如T6963C(控)+T6A39(列驅(qū))+T6A40(行驅(qū))、640×64點雙屏顯示、8位PPI接口; 灰度點陣LCD,如HD66421(控/驅(qū))、160×100點單色4級灰度顯示、8位PPI接口; 偽彩點陣LCD,如SSD1780(控/驅(qū))、104RGB×80點顯示、8位PPI或3/4線SPI接口; 真彩點陣LCD,如HD66772(控/源驅(qū))+HD66774(柵驅(qū))、176RGB×240點顯示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18動畫接口、同步串行接口; 視頻變換LCD,如HD66840(CRT-RGB→CD-RGB)、 720×512點顯示、單色/8級灰度/8級彩色、4位PPI接口。 控制驅(qū)動器件的供電電路、驅(qū)動的偏壓電路、背光電路、振蕩電路等構(gòu)成LCD控制驅(qū)動的基本電路。它是LCD顯示的基礎(chǔ)。 LCD與其控制驅(qū)動、接口、基本電路一起構(gòu)成LCM(Liquid Crystal Module,LCD模塊)。常規(guī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計,多使用現(xiàn)成的LCM做人機界面;現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計,常把LCD及其控制驅(qū)動器件、基本電路直接做入系統(tǒng)。整體考慮,既結(jié)構(gòu)緊湊,又降低成本,并且有利于減少功耗、實現(xiàn)產(chǎn)品小型化。 控制LCD顯示,常采用單片機MCU,通過LCD部分的PPI或SPI接口,按照LCD控制器的若干條的協(xié)議指令執(zhí)行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和數(shù)據(jù)傳輸程序。大多數(shù)LCD控制驅(qū)動器廠商都隨器件提供有匯編或C語言的例程資料,十分方便程序編制。 2 常見LCD的控制驅(qū)動與接口設(shè)計 2.1 段式LCD的控制驅(qū)動與接口設(shè)計 段式LCD用于顯示段形數(shù)字或固定形狀的符號,廣泛用作計數(shù)、計時、狀態(tài)指示等。普遍使用的控制驅(qū)動器件是Holtek的HT1621,它內(nèi)含與LCD顯示點一一對應(yīng)的顯存、振蕩電路,低壓低功耗,4線串行MCU連接,8條控制/傳輸指令,可進行32段×4行=128點控制顯示,顯示對比度可外部調(diào)整,可編程選擇偏壓、占空比等驅(qū)動性能。HT1621控制驅(qū)動LCD及其MCU接口如圖1所示。[4] 
圖1 段式LCD的控制驅(qū)動與接口
2.2 字符型LCD的控制驅(qū)動與接口設(shè)計 字符型LCD用于顯示5×8等點陣字符,廣泛用作工業(yè)測量儀表儀器。常用的控制驅(qū)動器件有：Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung 的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它內(nèi)嵌與LCD顯示點一一對應(yīng)的顯存SRAM、ASCII碼等的字符庫CGROM和自制字符存儲器CGRAM,可顯示1~2行每行8個5×8點陣字符或相應(yīng)規(guī)模的5×10點陣字符,其內(nèi)振蕩電路附加外部阻容RC可直接構(gòu)成振蕩器。HD44780U具有可直接連接68XX MCU 的4/8位PPI接口,9條控制/傳輸指令,顯示對比度可外部調(diào)整。HD44780U連接80XX MCU時有直接連接和間接連接兩種方式：直接連接需外部邏輯變換接口控制信號,而無需特別操作程序;間接連接將控制信號接在MCU的I/O口上,需特別編制訪問程序。HD44780U控制驅(qū)動LCD及其與80XX MCU的接口如圖2所示。[5] |
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