2023年11月30日发(作者：)
第22卷第4期量子电子学报V01.22No.4 2005年8月C王王:嘲E JOURNAL
OF QUANTUM ELECTRONICS Aug.2005文章编号:螂秘61《20酾O枷65卿3
用单片机直接驱动液晶显示器
鲍健,。丁湘琳2,孙力君,潘,媛。
(1中固科学豌爱徽光学精密机攘珊究雳豇安徽合肥230031;
2舍犯工业大掌计算机每信息学院,安徽畲肥230009;
3砉徽农北大学信息与计算机学院,毒徽畲肥230036
摘要:讨沦了用普通单片机能否壹接驱动液晶显示器的问题,通过对液晶显示器
工作原理及电气特性的深入分析,给出了具体豹硬件电路,驱动信号波形及软件设计
愚錾,实验表明,警通单片机可以直接驱动液晶显示器,在许多场合下此法具有较高应
用价值.
关键词:光电子学;单片机;液晶显示器;偏置;占空比
中囝分类号:TNl41.9文献标识码:A
1引言
液晶显示器(LCD具有显示清晰,美观、功耗微小等优点。近年来随着产量的增
加,其价格已十分低廉,是值得首选的显示器件,然而液晶显示器的使用相对复杂一些,
令许多设计人员望而却步。实际上,现在驱动液晶的器件很多,许多新型单片机本身
就带液晶驱动器,使用起来当然很方便。但是在我们设计产品时常常遇到这种情况:
需要显示的内容并不多,如果选用带液晶驱动器的单片机颇有些大材小用,通过对液
晶显示器工作原理的深入分析和实验,用我们熟悉的普通单片机直接驱动液晶显示
器是完全可行的。
2液晶显示原理
液晶显示器分为字段式与点阵式,字段式所显示的图形都是预先制作好的,例如
七段数码字的“段”,在显示时不能变化;而点阵式比较灵活,可以组成任意的图形,但点
阵式液晶显示器比较复杂,需要配专门的驱动电路,本文只讨论字段式的液晶显示
器。想要用普通单片机(不带液晶驱动器,以下同驱动液晶显示器,首先得熟悉液晶显
示器的电参数。液晶显示器是由面电极与底电极(面、底电极都是透明的,不加电几
乎看不见中间充满液态晶体所构成。驱动信号就加在面电极与底电极上。为了避免
“极化”现象,工作时液晶显示器上的字段无论显示与否,面、底电极之间的驱动信号
都必须为交流信号,且不能含有直流分量。显示时,驱动信号幅度大(大于液晶屏的显
示阀值。此时的信号幅值称为该液晶显示器的“工作电压”;熄灭时,驱动信号幅度小
(小于该液晶屏的显示阀值,媳灭时的信号幅度与显示时的信号幅度之比称为该显示
器的“偏置”。例如:1/3偏置(简称1/3B的液晶显示器就是指它熄灭时驱动信号幅度
与显示时的幅度之比为1:3。要想让它显示就加一个幅度大的信号,不想让它显示就
将信号幅度减少至1/3就行
Fig.1The composition of two electrodes
收稿日期:2004—05-12;修改日期:2004-06—03 E-mail:krc@ 了。如
果每个“字段”都有一个独立的面电极和底电极与之对应,那倒确实如此,由于下面所
述的原因,使这个问题变得稍微复杂了一些。为了减少引脚数目,通常几个“段”电极
连在一起由一个引脚引出,在一个显示周期内各段轮流显示,每个段的显示时间与显
示周期之比称为显示占空比。例如:四个“段”连在一起的液晶显示器,其显示占空比
是1/4(简称1/4D。此外,液晶显示器的其他参数还有最佳视角,通常形象地用钟点
万方数据
第4期鲍毽等:用单片瓠直接驱动液晶显示器稻1
表示。例如:最佳视角为300,称为6点钟;垂直观看为最佳前称为12点钟等。t
述这些参敷在具体应用对如何选择呢?首先,工作电压是由驱动部件(如单片机的i/o
口所提供的高屯平藉菹所决定;偏置与显示占空比这两者之间有制约的关系,偏置越
小,显示占空比也可以越小(从减少引脚数目角度考虑,占空比越小越好,例如i/2偏置
的液晶显示器其显示占空比只能做到1/3左右,如占空比再缩小,其显示对比度就不
够满意了。不同偏置的液晶显示器是因其自身差异所致,而非外加信号所致,换句话
说,1/4偏置的液晶显示器并不是因为我们给它加上1/4偏置的信号它才成为1/4偏
置的,实际上你如果给它加上1//2偏置的信号根本不能正常工作。
3液晶驱动信号
在介绍驱动信号之前,还得回过头来看一下液晶显示器的面电极与底电极的电
气结构.以1/3偏置、1/4占空比(1/3B,1/4D的液晶屏为例,面电极方面,每四个段(参
见图1,为使读者看清楚,图中用四个小矩形表示四个显示段,实际的显示段既可以是
一段“笔划”也可以是一个图案连在一起由—个引脚引出,分别称为面1、面2、…、
面n(即图中的topl、top2、…、top n;而与上述面电极的四个段子对应的四个底电极
是分开的,称为COMl、COM2、COM3、COM4,每个面电极所对应的COMl 全部连
在一起由一个引脚引出,COM2、COM3、COM4也是如此,所以底电极又称公共电
极.清楚了面电极与底电极的关系,就可以研究液晶显示器驱动信号了。如前所述,显
示时,面、底电极的电压振幅(面、底电极的电压差信号为工作电压;熄灭时,面、底
电极的电压振幅为工作电压的三分之一(1[3B。现在的问题是四个显示段(A、B、
c、D是连在一起的,如何让它们既满足E述原则又不相互影响,总不能让它们要亮一
道亮要灭一道灭吧,好在显示与否是由面、底电极电压之差决定的,我们可以通过面
电极信号与底电极信号的协调动作从时间上相互“岔开”,其思路是把显示周期分为
四个时间段(a/4D,在第一时间段让COMl信号为大幅度而COM2、COM3、COM4
为小幅度,在这种情况下只有COMl电
极所对应的显示段(如topl电极中的A才有亮的可能,究竟亮不亮还与面电极信
号有关,如果想让它亮那就在面电极加上一个与COMl信号相位相反的大幅度信号,
反之就加一个小幅度信号,总之,只有两个互为反相的大幅度信号同时碰在一起才能
显示(只有这样面、底电极电压之差才等于工作电压,否则就是熄灭。第一时间段的
情况搞清楚了,第二时间段与此类似让COM2信号为大幅度而COMl、COM3、
COM4为小幅度,后面的第三、四时间段的情况就依此类推了。下面我们通过具体
的电路,更详细地介绍信号的合成方法。电路如图2所示,底电极与面电极信号合成
电路是类似——、,一
a clock
b clock
!磐[酊corrll 生。[j corn2 M旦。[j com3L C!磐!C酊corn4C 墨磐.罄.
U
mp l
D 女。=;i
I............。一top2
180k360k
——[]——‟——亡]——一
top n
的,唯有不同的是它们的偏置电阻的公共接点所接的时钟信F19・2
schema„1。。„Mcu越ve LcD d妣tly 号(图中单片机a、b两脚产生的是互为反
相的。COMl、COM2、COM3、COM4信号的产生是这样的,在第一时间段单片机
C脚信号与时钟信号同相其合成信号与时钟信号相同(大幅度信号幅值为1,在第
二、三、四时间段C脚信号与时钟信号反相,其合成信号按串联电阻分压为高度是
1/3和2/3的小幅度信号(见图3,为了节约版面图中只画了COMl信号,而COM2、
COM3、COM4信号与COMl类似,只是大信号位置分别出现在第二、三、四时间
段而已;面电极信号的合成情况也是相似的,底电极信号(COMl、GOM2、COM3、
COM4波形是固定不变的,而面电极信号根据各个显示段的显示与否而有所变化。
在第一时间段单片机g脚信号如果与反相时钟信号同相则A段显示,而如果不同相
则A段熄灭;在第二、三、四时间段情况完全相同(只不过对象变成B、C、D段依
此类推即可。图3下边的两个波形分别表示topl电极的A亮B、C、D灭与A、B
亮c、D灭两种情况(A、B、C、D从全亮到全灭共有16种组合。这组信号是否满
足前面所述的要求,只要将面电极信号减去底电极信号(例如用图3的topl信号减去
COMl信号即可发现它们的差信号正好满足要求。图2中的abcdefgh等为单片 万
方数据
652量子电子学报22卷
机的任意I/O端口,偏置电阻按1/3偏置计算出来是2:1的关系,
如果是1/2偏置则应为3:1的关系,而如果是114偏置则应为5:3的
关系,偏置越小两阻值越接近,两阻值的和通常取几百K左右,取
小些驱动能力强些,当然耗电也稍大些(液晶屏越大,工作频率越高
对驱动能力要求也越高。另外还有一点要说明,能满足这个要求的
信号并不是唯一的,只是这组信号的通用性较好,只要改变电阻值
即可改变偏置,所以用得较多。
4软件实现方法
驱动电路每秒种完成的显示周期数称做工作频率。液晶显示器
的工作频率范围相当宽,从25Hz到数百Hz均可。由于用普通单片
机驱动液晶显示器没有硬件支持,驱动波形均由软件完成,所以应选用较低的工
作频率,以减少软件开销。编程时在主程序中对显示缓冲区内容进行各种处理,在内
存中建立映射表,将液晶显示器的每一个显示“段”与映射表中的每一个“位”对应起
来,如需某“段”显示,则将其对应“位”置1,否则置o;每四个连在一起的“段”所对应的
四位二进制数构成一个“指针”(从。到15共16个状态,由
1
2/3
1/3
top
1
l广]广]厂]厂]
这个指针查“波形表”即可得到某个面电极的波形数据,每个波形
数据有八个状态,正好为一字节;由于底电极和时钟信号均为固定Fig.3
Fhe driving wave蛔m of Luu 波形,其波形数据是固定不变的,也就无需查表了,
然后将这些波形数据经过旋转变换存入显示缓冲区就可以了。在定时中断服务程序
中将显示缓冲区内容依次送出,即可形成液晶驱动波形。
本文所述方法最适合显示内容不太多(60段以下、有一定批量、低成本的电子
产品中。设计者可以将液晶显示器的显示图案及技术要求提供给厂家,由厂家为您
制作液晶显示器。笔者用这种方法开发成功带液晶显示的空调遥控器、定时温度,
湿度控制器等多项产品,效果很好。
参考文献:
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Driving LCD directly by
MCU
BAO dianl,DING Xiang-lin2,SUN Li3,PAN Yuan2 (1Anhui Institute of Optics and
Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei230031,China 2Computer and
Information College,Hefei University of Technology,Hefei230009,China;
3Information&Computer College,Anhui Agricultural University,Hefei230036China
Abstract:It is an interested question whether MCU can drive LCD directly or
discussed deeply by analyzing operation principle and electric characters of
LCD,demonstrating specific hardware circuit and waveform of driving idea of
software design is is the conclusion that MCU can drive LCD directly in practice.
Key words:optoeleetronics;MCU;LCD;bias;duty cycle
万方数据
用单片机直接驱动液晶显示器
作者:鲍健, 丁湘琳, 孙力, 潘媛, BAO Jian, DING Xiang-lin, SUN Li, PAN Yuan
作者单位:鲍健,BAO Jian(中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽,合
肥,230031, 丁湘琳,潘媛,DING Xiang-lin,PAN Yuan(合肥工业大学计算机与信息学院,
安徽,合肥,230009, 孙力
,SUN Li(安徽农业大学信息与计算机学院,安徽,合肥,230036
刊名:
量子电子学报
英文刊名:CHINESE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS
年,卷(期:2005,22(4
引用次数:3次
参考文献(1条
Qiang液晶显示器件应用技术 1993
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下载时间:2010年1月2日
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