點(diǎn)陣式液晶顯示器的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法

液晶的顯示是由于在顯示像素上施加了電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)是顯示像素前后兩電極上的電位信號(hào)的合成。由于直流電場(chǎng)容易使液晶的壽命降低，因此，一般都只建立直流成分非常小的交流電場(chǎng)。直流分量通常小于50mV.液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)通過(guò)調(diào)整施加在液晶顯示器電極上的電位信號(hào)的相位、峰值、頻率等建立驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)顯示。

動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法

當(dāng)液晶顯示器顯示的像素眾多時(shí)，如點(diǎn)陣型，為了節(jié)省龐大的硬件驅(qū)動(dòng)電路，液晶顯示器電極的制作與排列做了加工，實(shí)施了矩陣式結(jié)構(gòu)：即把水平一組顯示像素的背電極都連在一起引出，稱之為行電極;把縱向顯示像素的段電極都連在一起引出，稱之為列電極。顯示器上每個(gè)像素都由其所在行列位唯一確定。液晶顯示器的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法就是循環(huán)地給行電極施加選擇脈沖，同時(shí)給所有的列電極加上響應(yīng)的選擇或非選擇的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)某行所有像素的顯示功能。這種掃描是逐行順序進(jìn)行的，循環(huán)周期很短，使得液晶屏上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的圖像。

在一幀中每行的選擇時(shí)間是相等的。假設(shè)一幀的掃描行數(shù)為N,掃描時(shí)間為1,那么一行所占有選擇時(shí)間為一幀時(shí)間的1/N.這就是液晶顯示驅(qū)動(dòng)的占空比系數(shù)，也稱為占空比。

克服交叉效應(yīng)

在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式下，要使某一位置如(i,j)點(diǎn)顯示，就需在第i列和第j行上同時(shí)施加選擇電壓，使該點(diǎn)的變電場(chǎng)強(qiáng)最大，但此時(shí)除(i,j)點(diǎn)外，第i列和第j行的其余各點(diǎn)也承受了一定電壓，這些點(diǎn)稱為半選擇點(diǎn)。若半選擇點(diǎn)上的有效電壓大于閾值電壓時(shí)，在屏幕上將出現(xiàn)不應(yīng)有的顯示，使對(duì)比度下降，這就是交叉效應(yīng)。解決交叉效應(yīng)的辦法是平均電壓法，即把半選擇點(diǎn)與非選擇點(diǎn)的電壓平均，適度提高非選擇點(diǎn)的電壓來(lái)抵消半選擇點(diǎn)上的一部分電壓，使半選擇點(diǎn)上的電壓下降，從而提高顯示對(duì)比度?，F(xiàn)以圖1說(shuō)明之：

圖1中選擇點(diǎn)為(SEG1,COM2)，以下簡(jiǎn)稱為(1,2)?，F(xiàn)第2行施加V1電壓，其余各行電壓0V;第一列施加-V2電壓，其余均為非選擇電壓1/a'V1.接下來(lái)分析各點(diǎn)的電位差，即行電壓減去列電壓。

選擇點(diǎn)：(1,2)：V1+V2

半選擇點(diǎn)：(1,1)，(1,3)，(1,4)：V2(2,2)，(3,2)，(4,2);V1-1/a'V1

非選擇點(diǎn)：-1/a'V1

為保證選擇點(diǎn)的顯示效果，使V1+V2=VLCD保持在所需的電壓值VLCD.同時(shí)為了提高顯示的對(duì)比度，令|V2|=|-1/a'V1|,即：

解之：

令：a'+1=a,得：

于是，圖1中各點(diǎn)電壓為：

選擇點(diǎn)：(1,2)：VLCD

半選擇點(diǎn)：(1,1)，(1,3)，(1,4)：(1/a)VLCD(2,2)，(3,2)，(4,2)：[(a-2)/a]VLCD

非選擇點(diǎn)：-(1/a)VLCD

可見(jiàn)，行半選擇點(diǎn)和非選擇點(diǎn)上的電壓均為顯示電壓VLCD的1/a.這1/a就稱為偏壓系數(shù)，也稱為偏壓。此方法稱為1/a偏壓的平均電壓法，簡(jiǎn)稱為 1/a偏壓法。在這種方法中，MAX{[(A-2)/a]VLCD,(1/a)VLCD}將成為調(diào)整顯示對(duì)比度的尺度。當(dāng)掃描行數(shù)N=1時(shí)，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法就等于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法。

動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法的應(yīng)用實(shí)例

筆者在進(jìn)行酒精濃度檢測(cè)儀顯示方式的選擇過(guò)程中，通過(guò)多方調(diào)研考察，最終選用了香港精電公司生產(chǎn)的VM807-2型8位碼段型(7段)液晶顯示器。這除了因?yàn)橐壕э@示器耗電極微之外，還因?yàn)槲覀儾捎玫腗CU(PIC16C924)本身已具有LCD的驅(qū)動(dòng)能力，因而，不論從降低成本考慮還是從簡(jiǎn)化電路方面考慮，這樣的選擇無(wú)疑是比較合理的。下面我們將針對(duì)MCU中LCD模塊的具體運(yùn)用加以說(shuō)明。

LCD模塊的配置

1、對(duì)LCDCON寄存器的配置

LCDCON寄存器如圖2所示：

其中：LCDEN:LCD模塊使能;SLPEN:休眠模式使能;VGEN:內(nèi)部電壓產(chǎn)生使能;CS1:CS0:LCD時(shí)鐘選擇位，“00”=Fosc/256,Fosc=4MHz;LMUX1:LUMX2:公共端數(shù)目與偏置選擇，“10”=3公共端，1/3偏置。

我采用的配置碼為：10000010.

對(duì)LCDPS寄存器的配置

LCDPS寄存器如圖3所示：

其中：LP3:LP0幀時(shí)鐘分頻選擇位

我采用的配置碼為：***0011,其中“*”代表“0”或“1”.

依據(jù)幀頻率計(jì)算公式，幀頻率為：

CLOCk source/96(LP3:LP1+1)

=4×106/96×(3+1)×256

=40.69Hz

2、像素控制

像素由像素寄存器的第一個(gè)狀態(tài)位唯一確定。LCD模塊共有16個(gè)像素寄存器，最多可控制4×29=116個(gè)像素。我們采用的LCD共有8×8=64個(gè)像素。因此，像素?cái)?shù)據(jù)寄存器是足夠用了。LCD的像素?cái)?shù)據(jù)寄存器如圖4所示：

位7:位0:SEGSCOMC表示控制像素?cái)?shù)據(jù)的段碼和公共端數(shù)。其中，下標(biāo)“S”表示“0~32”個(gè)段碼，下標(biāo)“C”表示“1~4”個(gè)公共端。寄存器位為“1”表示打開(kāi)像素(黑);寄存器位為“0”表示關(guān)閉像素(亮)。

3、段碼使能

段碼的使能通過(guò)LCDSE寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閂IM807-2是8位7段顯示器，而我們選擇的是1/3占空比(即3個(gè)公共端)，因此，通過(guò)LCDSE寄存器必須選擇3×8=24段才能滿足需要，即表達(dá)完全部的碼段像素。當(dāng)然會(huì)有多余，8×9=72,因?yàn)槊?公共端和3段可以表達(dá)9個(gè)像素。公共端和段選擇方式如圖5所示。

LCDSE寄存器如圖6所示：

各位所代表的意義分別是位數(shù)、引腳功能、3COM時(shí)管腳控制段數(shù)以及選擇的控制段。根據(jù)上述，LCDSE的控制碼為：00111011.

4、LCD驅(qū)動(dòng)電壓的產(chǎn)生

LCD驅(qū)動(dòng)電壓的產(chǎn)生有兩種辦法，內(nèi)部充電泵法或者外部梯形電阻網(wǎng)絡(luò)法。由于LCD充電泵正處在發(fā)展中，為了使設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)減小，我們采用較為成熟的外部梯形電阻網(wǎng)絡(luò)法。使用外部梯形電阻網(wǎng)絡(luò)時(shí)，VGEN(LCDCON<4>)應(yīng)清零。

5、LCD模塊配置程序

……

MAIN BCF STATUS,PRO

BSF STATUS,RP1

MOVLW 0X82

MOVWF LCDCON

}

MOVLW 0X03

MOVMF LCDPS

MOVLW 0X3B

MOVWF LCDSE