DMF5005N點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊電路分析

摘要：DMF5005N是日本東芝公司生產(chǎn)的點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊。它具有體積小、重量輕、低電壓、低功耗等特點(diǎn)。文中介紹了它的整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)控制器T6963C、行和列驅(qū)動(dòng)器T6A40和T6A39的工作原理和功能進(jìn)行了詳細(xì)地分析和說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：液晶顯示

點(diǎn)陣圖形式DMF5005NT6963CT6A40T6A39

液晶顯示技術(shù)的普及應(yīng)用和發(fā)展，給儀器、設(shè)備的小型化及智能化帶來(lái)了光輝的前景，特別是點(diǎn)陣圖形式液晶顯示模塊，它具有體積小、重量輕、低電壓、低功耗之優(yōu)點(diǎn)，因而在顯示內(nèi)容和顯示功能等方面表現(xiàn)出了獨(dú)特的性能。由于液晶顯示器已成為日常工作和生活中各種顯示儀器、儀表和袖珍電子產(chǎn)品的重要組成部分，因此對(duì)于點(diǎn)陣圖形液晶顯示器件（模塊）的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用和研究具有重要意義。本文將對(duì)DMF5005N點(diǎn)陣圖形式液晶顯示模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行討論和分析。并在此基礎(chǔ)上介紹了筆者選用東芝芯片設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊。

1模塊結(jié)構(gòu)

DMF5005N模塊的整體結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。它主要由以下幾個(gè)單元電路組成：

●控制電路

主要由控制器T6963C組成，可提供與外部CPU的數(shù)據(jù)接口及對(duì)顯示存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作；并可控制行、列驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)序電路、數(shù)據(jù)格式和顯示格式等。

●行驅(qū)動(dòng)電路

由行驅(qū)動(dòng)器T6A40組成，用于把控制器的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD屏所需要的并行的行數(shù)據(jù)。

●列驅(qū)動(dòng)電路

由三片列驅(qū)動(dòng)器T6A39組成，可接受控制器的串行數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成LCD屏所需要的并行列數(shù)據(jù)。

●電源偏置電路

主要為行、列驅(qū)動(dòng)器電路提供LCD屏所需的各種偏置電壓。

●顯示存儲(chǔ)器

由一塊8k的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）組成，可為模塊提供顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。

●液晶顯示屏（LCD）

用于提供64行、240列的點(diǎn)陣顯示屏幕。

2控制器T6963C的原理及功能

圖2所示為控制器T6963C的原理框圖，它是DMF5005N的控制中心。

2.1時(shí)序電路

T6963C的時(shí)序電路用于為芯片自身以及LCD行、列驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生各種所需時(shí)序。首先由芯片內(nèi)置振蕩器與外加晶振構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生主頻信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)時(shí)序控制器多次分頻后再產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào)。CDATA為行同步信號(hào)；LP為行驅(qū)動(dòng)器的移位時(shí)鐘脈沖，同時(shí)又是列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)鎖存脈沖信號(hào)，HSCP及LSCP分別是雙屏模式時(shí)的上屏和下屏的移位時(shí)鐘脈沖信號(hào)。T6963C的主時(shí)鐘頻率為2.0～5.5MHz，顯示占空比的調(diào)節(jié)可由引腳編程解決：并可在1/16到1/128之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。在DMF5005N中選用5.0MHz的晶振并接于XI與X0端可將其占空比定為1/64。

2.2指令處理功能

T6963C有十條基本指令，主要有：數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)、顯示存貯器的寄存器指針設(shè)置、控制字設(shè)置、工作模式設(shè)置、顯示模式、光標(biāo)形狀選擇、位設(shè)置、屏幕拷貝以及屏幕搜索等功能。這些指令通常通過(guò)CPU由8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)（D0～D7）輸入[1]。

2.3顯示存貯器RAM的控制和管理

T6963C通過(guò)ad0～ad15共16根地址線(xiàn)可導(dǎo)址64k字節(jié)的存貯空間，在DMF5005N模塊中內(nèi)置了一片8k的低功耗靜態(tài)存儲(chǔ)器，所以?xún)H用了13根地址線(xiàn)。數(shù)據(jù)由d0～d7共8位并行口與顯示存貯器RAM進(jìn)行傳遞。片內(nèi)設(shè)置有文本指針、圖形指針、用戶(hù)字符發(fā)生器指針及地址指針等寄存器?？赏ㄟ^(guò)軟件指令對(duì)這些寄存器進(jìn)行設(shè)置，并可將顯示存貯器劃分成文本顯示區(qū)、圖形顯示區(qū)、以及由用戶(hù)自定義的字符存貯區(qū)，用戶(hù)所要顯示的文本、圖形或自定義圖符的數(shù)據(jù)將被存放到相應(yīng)的存貯區(qū)內(nèi)。內(nèi)置的RAM數(shù)據(jù)鎖存器及RAM緩沖器可為與外接RAM之間數(shù)據(jù)的傳遞提供保障。

2.4顯示內(nèi)容及模式控制電路

在顯示時(shí)，顯示數(shù)據(jù)分別經(jīng)圖形數(shù)據(jù)鎖存器以及文本數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，再由顯示根據(jù)顯示模式設(shè)置控制選擇所要顯示的是文本還是圖形，或者是二者的組合模式。當(dāng)選定后，即可對(duì)選定數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行掃描，對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)經(jīng)串行變換后轉(zhuǎn)化成LCD串行數(shù)據(jù)并串行輸出到列驅(qū)動(dòng)器。ED、HOD和LON引腳為數(shù)據(jù)輸出端子。可根據(jù)采用單屏驅(qū)動(dòng)還是雙屏驅(qū)動(dòng)來(lái)選定這三個(gè)引腳中的其中一個(gè)或兩個(gè)引腳。DMF5005N模塊采用單屏驅(qū)動(dòng)，因此選定ED引腳。

3T6A40芯片的工作原理及功能

行驅(qū)動(dòng)器T6A40驅(qū)動(dòng)器芯片具有68個(gè)通道輸出（01～068），并有兩個(gè)可用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)輸入端子，通過(guò)此兩端與其它引腳的編程組合，可以改變輸出數(shù)據(jù)的流向。T6A40芯片的內(nèi)部電路原理框圖如圖3所示。

將控制器的FR接T6A40的FR端，并將VLC1、VLC4、VLC5接到電源偏置電路的對(duì)應(yīng)端子，即可保證驅(qū)動(dòng)器輸出的是LCD屏的行驅(qū)動(dòng)電平。

T6A40片內(nèi)有兩個(gè)34位雙向移位寄存器，串行數(shù)據(jù)可從DI01與/或DI02兩個(gè)端子輸入。由移位寄存器產(chǎn)生的并行輸出數(shù)據(jù)澈同可分三種：第一種為01～068；第二種是068～01；第三種流向是01～034和068～035，具體輸出哪一種取決于來(lái)自數(shù)據(jù)流向控制和移位時(shí)鐘極性控制電路的信號(hào)，數(shù)據(jù)流向控制電路根據(jù)單/雙屏選擇端子DUAL和流向選擇端子DIR的邏輯電平產(chǎn)生流向控制信號(hào)。移位時(shí)鐘的極性控制信號(hào)由控制器的移位時(shí)鐘脈沖SCP（控制器的LP信號(hào)）和觸發(fā)方式選擇端子TSW的邏輯電平來(lái)產(chǎn)生。兩個(gè)34位雙向移位寄存器產(chǎn)生的兩個(gè)34位并行數(shù)據(jù)將輸出到兩個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)電路中，并在CLD電源偏置電壓作用下產(chǎn)生68位并行LCD行輸出信號(hào)，最后加到LCD屏的行輸入端。

在DMF5005N模塊中，由于DUAL=DIP=L；因此選擇DI02為同步數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入端（控制器的CDATA信號(hào)），而將DI01懸空。這樣，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流向?yàn)?68～01。因此模塊是240×64點(diǎn)陣液晶顯示屏，且只用到64行輸出，所以將065～068四個(gè)輸出懸空。

4列驅(qū)動(dòng)電路T6A39的原理功能

利用列驅(qū)動(dòng)電路可把控制器提供的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD屏所需的并行數(shù)據(jù)。一般列驅(qū)動(dòng)芯片都是80個(gè)輸出端子，模塊為240列輸出，DMF5005N模塊采用三片T6A39芯片相聯(lián)，正好能構(gòu)成240列輸出，T6A39芯片的內(nèi)部電路原理框圖如圖4所示。

T6A39可以接收一位串行或兩位及四位并行數(shù)據(jù)，可由DF1及DF2引腳輸入數(shù)據(jù)位選擇器確定并控制輸入數(shù)據(jù)具體格式以及串/并數(shù)據(jù)變換的管理控制。該電路內(nèi)含兩個(gè)40位輸出的雙向移位寄存器，它們將根據(jù)數(shù)據(jù)流向控制器及驅(qū)動(dòng)時(shí)序控制器把接收到的串行數(shù)據(jù)變換成符合要求的并行數(shù)據(jù)，并傳遞給兩組LCD驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路的作用是在LCD電壓偏置電路供給的偏置電壓下，將得到的80位并行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD所需的并行輸出（001～080）數(shù)據(jù)信號(hào)（電平）。