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一种简单的动态LCD显示器驱动方法

发布来源:www.xyhlcd.com   发布时间:2010-3-31

LCD(Liquid Crystal Diodes)是液晶显示器的简称。LCD显示器具有体积小、重量轻、功耗极低、易于定制、显示内容丰富等特点,被越来越广泛地应用于仪器仪表、通信产品、家用电器等领域。根据不同种类的LCD,其驱动方式分为静态和动态两种,其中动态驱动方式可以减少LCD显示器的引线和相应的驱动电路,适用于较多位的字符显示和点阵式显示,是现在和将来LCD显示驱动的主导方式。但LCD的动态驱动与控制较为复杂,实际应用中,通常都是使用专用的IC芯片,或直接采用具有动态LCD驱动接口的单片机。前者一般较为昂贵,且通用性不好,后者则需具有针对相应单片机的开发系统或开发手段。这些都限制了LCD显示器更为广泛的应用。本文介绍了一种简单的方法,可以用一般并行接口配合单片机软件进行LCD的动态驱动,从而使得具有任何型号单片机开发手段的人都可以使用动态驱动的LCD显示器。作为实例,本文采用与MCS51系列兼容的ATMEL 89C1051单片机串行口扩充的并行口实现了具有3个公共背极,51个显示段位的LCD的驱动,显示效果良好,费用极其低廉。

2 动态LCD的一般驱动原理[1]

由于LCD的电化学特性,LCD的驱动一般采用交流驱动。图1为基本的LCD驱动电路和工作波形。图中A为显示频率信号,C为显示控制信号。从中可以看出,当LCD两极间电压为零时,不显示;而当LCD两端为交替变化的电压时,LCD显示。动态驱动方式的实质是用矩阵驱动法来驱动字段的显示。在此,字段引线相当于行引线,公共背极引线相当于列引线,字符的每一字段相当于矩阵的一个点。由于是交流驱动,因而不能采用象LED的动态驱动方法,即用LCD的公共电极作为显示的开关控制极;也不能将LCD驱动线悬空,否则在悬空线与选通线交点上的非选通点则会由于液晶所具有的电容特性而产生交叉显示效应,使清晰度下降。一般作法是在非选通点上加上低于LCD显示阈值的电压信号,以消除交叉效应的影响,如偏压法。图2以2×2矩阵为例说明采用偏压法时只有D、S线交点显示的情形。各线上所加电压及其相位如图2(b),各显示点的电压如图2(c)所示。从中可知,在显示点上有工作电压Vc,其它点上的最高电压只有1/2Vc。因此,当显示阈值电压大于1/2Vc而小于Vc时仅显示点显示。由以上可知,动态LCD驱动与控制较为复杂,因而在实际应用中,通常都是使用专用集成电路,如MC145000和MC145001等或带有LCD动态驱动接口的单片机。

3 本文的驱动方法

在上述驱动方法中均采用交流方波信号,因而不能用普通并行接口驱动。因为并行接口信号为单电平方波信号,一方面不能满足驱动要求,另一方面其直流分量将导致LCD寿命降低。如果我们考虑将交流方波信号改为交流锯齿波信号,则可以采用并行口并利用电容的暂态效应进行驱动。图3(a)是由并行口与LCD连接产生近似交流锯齿波的电路,其中电容C的大小应使锯齿波周期大致与并行口输出二进制位元的频率相匹配。由于电容C的隔直及暂态效应,并行口输出的单电平方波信号到达LCD电极时成为近似交流锯齿波信号,如图3(b)、(c)中所示。图3(b)、(c)中的驱动波形分别与图2(b)、(c)中的标准1/2偏压法驱动波形相对应,表明其驱动原理完全可靠。由图2、3同时可知,采用锯齿波驱动的LCD显示阈值将比用方波驱动时要高,因此要根据LCD的原显示阈值的大小调整电压Vc(亦即调整并行口高电平)以补偿采用锯齿波带来的LCD显示对比度的下降。

4 实例

图4是本文成功实现的采用89C1051串行口和两片CD4094扩充的并行口驱动具有三个公共背极、51个显示段位的动态LCD的电路。其中LCD型号为上海真空电子生产的5N321UF,电容值选为6800pF。显示对比度可通过电源电压调节(89C1051可工作在2.7~7伏之间,CD4094则更宽些),本文最终采用3.0伏。图5是LCD某一管脚Pin x所连接的三个段位分别显示第一段,第一、二段和三段全显示时的驱动波形图。该波形在定时器中断服务程序中由软件完成。定时中断的频率可选在100~200Hz之间,使得每个段位的显示时间均在人眼视觉暂留特性之内。在显示程序中,可以在单片机内存中开出一片LCD段位映象区,通过两次查表将要显示的字符与LCD段位对应起来

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