段式LCD驱动电路的设计

1、科研训练外文翻译液晶显示器驱动电路的设计专业班级：XXXXX 指导老师：XXXX 学生姓名：XXXXXX 学 号：XXXXXXX西安邮电大学科研项目训练报告题目：段式LCD的驱动电路的设计 专业班级：XXXX 指导老师：XXX 学生姓名：XXXX 学 号：XXXX起止日期：2013年8月262013年9月6 第1章概述为了满足用户的需求 ，LCD厂家研制和生产了各种性能的和规格的LCD显示模块，厂家把LCD控制器、驱动器和显示屏集成在一个模块上，用户只需把模块上的LCD控制器接口和微处理器简单链接，并按不同LCD控制指令系统编写驱动程序，即可完成系统的显示工作。1.1段式LED发展的背景及意义1923年，罗塞夫（Lossen.o.w）在研究半导体SIC时有杂质的P-N结中有光发射，研究出了发光二极管（LED：Light Emitting Diode），一直不受重视。随着电子工业的快速发展，在60年代，显示技术得到迅速发展，人们研究出PDP激光显示等离子显示板、LCD液晶显示器、发光二极管LED、电致变色显示ECD、电泳显示EPID等多种技术。由于半导体的制作和加工工艺逐步成熟和完善，发

2、光二极管已日趋在固体显示器中占主导地位。段式LCD主要用来显示数字，也可显示定制的或图案。显示数字时和LED数码管差不多，由7段组成。与LED相比，LCD的主要特点是功耗极低，适合电池供电的设备使用，驱动电压一般为3V，3.3V供电的单片机引脚可以和液晶屏直接链接。段式LCD还有一个特点是要求交流电压驱动，若用直流电压驱动会损坏段式液晶屏，这就决定了单片机驱动段式LCD的方法与驱动LED数码管的方法不同，动态LED数码管的链接方法是同名的段连接在一起，每个数码管引出一个一个公共电极。而LCD数码管则是每个数码管的几个相同的段连在一起作为公共电极，单个数码管不在同一公共电极上的几个段连在一起引出。段式液晶有价格低廉，驱动成本低，操作简单，格式自由等几大特点，因此得到广泛应用。如以下领域作为显示:*仪器、仪表：煤气表、水表、公交系统、加油机计数 *显示屏 办公设备：传真机、打卡机、考勤机、门禁系统 *通讯设备：各种IC卡电话、网络电话、IP电话*银行系统：POS机 *税务系统：税控机 *医疗设备：生理监护仪及各类保健器械 *工控设备：自动化控制 *各种人机界面,手持设备等1.2预期目标通过

3、几种方案的比较，分析并选择出最佳的驱动段式LCD的方案，达到实现操作容易，可行性搞的效果。第2章 文件检索综述2.1检索工具互联网2.2关键字段式LCD 、LCD显示原理、单片机驱动LCD、驱动电路第3章实现方案设计思路及方案可行性分析一般物质可分为气体，液体及固体。但有些物质的特性不属于这3种，液晶就是其中的一种，它不是完全的液体，也不是完全的固体。它能像液体般流动，又具有固体状的结晶。在自然状态下，液晶分子放置于很细的凹曹内，液晶分子会依照凹槽方向排列【3】。LCD显示器就是利用液晶的这些性质工作的。在LCD显示器的上下两电极间加有液晶材料，液晶分子呈平行排列，具有旋光性，平时呈透明态，当上下电极间加上一定电压时，液晶分子转成垂直排列，失去旋光性而呈黑色【4】。为了防止液晶氧化，要求LCD电极之间的相对电压直流平均值必须为零【1】，因此LCD不能简单用电平信号驱动，而要用一定的方波序列来驱动。其驱动波形是很讲究的，以偏置比为1/2的时分割方式为例。 图（2）示出了欲使某一笔画亮或不亮在段极和公共电极上应该产生的波形。从图（2）中可以看出，B1与COM2的波形方向，所以B1亮；B3与

4、COM1的波形同向，所以B3灭【5】。（其中，B1和B3共用一个SEG端口）图（2）一般COM端口的波形总是固定的，对动态1/2时分割方式，COM1和COM2端的波形是反相的，要控制各笔画的显示与熄灭，就必须在相应电极上产生合适的波形。波形的实现有如下特点：1）、两根公共电极上看出，两根公共电极有3种电平，它们分别是0V，1.5V和3V三种电压；2）、两根公共电极COM1和COM2波形是方向的；3）、公共电极和段码的驱动波形的周期是相同的，其中公共电极每个周期变化4次，段码每个周期变化两次，是方波信号。因为公共电极的驱动波形的特点，在业界，大都采用单片机和相应的软件来产生公共电极的驱动波形，而对于ASIC的设计来说，如果采用上述方法，就占用了很大的芯片面积，增加了成本。因此，本文将要介绍一种实用的数字和模拟电路作为段码式LCD的驱动 。第4章 详细的设计过程4.2.1 COM1和COM2波形产生电路设计要点：正如在显示原理部分所述，两个公共电极的波形是固定的，它有3种电平，分别是0V，1.5V，3V，每个周期变化4次，COM1和COM2的波形是方向的。图（3）给出了解决方案，该电路由N

5、MOS管和3态控制门构成，DA的频率是d3的2倍，其中NMOS管接1.5V电压，3态门用3V电压，这样就能够产生每个周期变化4次，有3种电平的固定公共电极波形。为了能够被人眼识别，d3的频率采用了10Hz，由该电路产生的HSPICE波形如图（31）所示（用1.5V电源供电，3V的电压由外围的倍压电路产生）。达到这样的设计要求，图（3）中，N管的W/L28uM/4uM，3态门的两个P管的W/L8uM/3uM，两个N管的W/L4uM/3uM。图（3）4.2.2 SEG口电路和波形技术要点：11个段极和2个公共电极共同驱动电子表的显示，段极和公共电极周期要保持相同。其解决方案如图（4）所示，图 （4）是段极驱动电路，它是由一个异或门和一个非门电路搭成，为了让公共电极和段极周期保持一致，输入信号d3和COM电路中的d3是同一个信号，都是频率为10Hz的周期方波；D1的信号是由译码电路产生，它决定电子表显示数码译码，产生的结果由三种类型，恒为高电平1，恒为电平0，周期方波（其频率为d3的2倍，周期为其1/2），图 （41）,图（ 42）,图（ 43）分别是上面3种情况对应的verilog_xl产

6、生的波形。SEG口就是用数字电路来实现的，对于晶体管的尺寸没有要求。图（4）从公共电极和段码电极的仿真波形可以看出，设计的电路符合液晶显示原理的要求，公共电极每个周期变化4次和3种不同的电平，公共电极和段极的周期要保持一致，欲使某一笔划亮或者不亮,则段极（SEG）和（COM）口要满足一定关系，其关系如下表所示：当SEG口和COM1口反相的时候，对应的段极亮，同相时，对应的段极灭。优点：显示效果良好，无鬼影。缺点：显示字节多时，Layout线路变的复杂，端子数太多。4.2.3单片机直接驱动段式LCD静态驱动方式下，公共电极（CMOS）输出方波，要显示的段（SEG）输出相位相反的方波，不显示的段则和公共电极连在一起。静态驱动方式波形图见图5。以单片机驱动3位半数字万用表液晶屏低2位的数码管为例，编程思路是设1个数组作为显示数码管的接口，程序主要更改数组内容就可以更改显示内容，显示数码管子程序由定时中断子程序来实现，在子程序中根据显示内容确定公共电极和段的输出。显示数码“21”的效果见图5.1.这种显示方式驱动较为简单，但是需要单片机有更多的引脚用来驱动LCD。在动态驱动的方式下，依次对所有

7、公共电极扫描，位扫描的公共电极点平为VLCD/2，每个公共电极扫描时要显示的段与扫描方波相反，不显示的则同相。动态驱动（3个公共电极）方式波形见图5.2图（5）静态驱动方式波形图图（5.1）静态驱动测试效果图（5.2）动态驱动方式波形图从波形图中可以看出，占空比位1/3，偏压比为1/2，VLCD/2的实现方式是用2个1M欧的电阻串联，两端分别接电源和地，中间接单片机公共电极输出就行了，这样单片机引脚可以直接输出高、低电平。当引脚设为仅为输入时，则引脚电平由电阻分压决定，变为VLCD/2。一般来说，3个或4个公共电极选偏压比为1/3时对比度效果较好，只是用单片机实现比较复杂，还是选偏压比为1/2容易实现，适当降低单片机工作电压可以使对比度提高些。单片机驱动4位半数字万用表液晶屏，3.3V电压时分辨率比较差，隐约能看到不需要显示的段，2.8V时显示效果比较好。优点：驱动电路简单，适合于LCD要显示的像素不多时，公共电极可扩展为3个或4个以上。缺点：驱动多字节显示是IO口受限制。4.2.4 单片机间接驱动段式LCD单片机直接驱动段式LCD的电路虽然简单，但是在段数较多的单片机的引脚就不够用了

8、，可以外接芯片扩展端口，推荐用PCF8576（40*4位）等段式LCD专用驱动电路，部分单片机把段式LCD驱动集成到内部，使用更加方便。下面介绍用PCF8576CT驱动十位数码管的方法，原理图见图6，效果图见图6.1。1. CF8576是一种外围器件，它可为任何静态或动态段式LCD提供驱动信号。PCF8576具有4路公共电极输出和40路段输出，通过级联可驱动大规模的LCD应用显示。单片机只需通过I2C总线与PCF8576通信会直接驱动LCD显示存储内容。2. CF8576有5个控制命令，可以分别对LCD的显示方式、地址指针、器件选择、显示存储分区、闪烁方式等进行设置，指令的最高位C表示后续字节是指令字节还是显示数据字节，C=0表示本字节为最后一指令字节，后续字节位显示数据字节。显示存储器分区很少用，可以不用设置。图6 PCF8576CT驱动段式LCD原理图图6.1 PCF8576CT驱动10位液晶屏第5章 结论及下一步的工作从上述3种驱动方式中，单片机的直接驱动适用于小规模的显示，而对于大规模的字节显示时需要采用单片机额间接驱动段式LCD的方式。下面就级将根据上述所选方案，根据详细的设计方案，并更正设计中的不足之处。参考文献1，孙俊喜. LCD 驱动电路, 驱动程序设计及典型应用M. 人民邮电出版社, 2009.2，周长锁. 小巧节能的段式 LCDJ. 无线电, 2009 (11): 77-79.

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