LCD的動態(tài)驅(qū)動法與應用

摘要：本文以點陣式液晶顯示器為例對其動態(tài)驅(qū)動法作以介紹，給出了一種克服交叉效應的辦法。最后，給出了一款利用動態(tài)驅(qū)動法驅(qū)動碼段式液晶顯示器的實例。

關鍵詞：液晶顯示器具 動態(tài)驅(qū)動法 交叉效應

液晶的顯示是由于在顯示像素上施加了電場，這個電場是顯示像素前后兩電極上的電位信號的合成。由于直流電場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。直流分量通常小于50mV。液晶顯示器的驅(qū)動通過調(diào)整施加在液晶顯示器電極上的電位信號的相位、峰值、頻率等建立驅(qū)動電場以實現(xiàn)顯示。

液晶顯示器的驅(qū)動方法有：靜態(tài)驅(qū)動法、動態(tài)驅(qū)動法、雙頻驅(qū)動法等。本文僅就目前應用最廣泛的動態(tài)驅(qū)動法加以說明。

動態(tài)驅(qū)動法

當液晶顯示器顯示的像素眾多時，如點陣型，為了節(jié)省龐大的硬件驅(qū)動電路，液晶顯示器電極的制作與排列做了加工，實施了矩陣式結構：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。顯示器上每個像素都由其所在行列位唯一確定。液晶顯示器的動態(tài)驅(qū)動法就是循環(huán)地給行電極施加選擇脈沖，同時給所有的列電極加上響應的選擇或非選擇的驅(qū)動脈沖，從而實現(xiàn)某行所有像素的顯示功能。這種掃描是逐行順序進行的，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間是相等的。假設一幀的掃描行數(shù)為N，掃描時間為1，那么一行所占有選擇時間為一幀時間的1/N。這就是液晶顯示驅(qū)動的占空比系數(shù)，也稱為占空比。

克服交叉效應

在動態(tài)驅(qū)動方式下，要使某一位置如（i，j）點顯示，就需在第i列和第j行上同時施加選擇電壓，使該點的變電場強最大，但此時除（i，j）點外，第i列和第j行的其余各點也承受了一定電壓，這些點稱為半選擇點。若半選擇點上的有效電壓大于閾值電壓時，在屏幕上將出現(xiàn)不應有的顯示，使對比度下降，這就是交叉效應。解決交叉效應的辦法是平均電壓法，即把半選擇點與非選擇點的電壓平均，適度提高非選擇點的電壓來抵消半選擇點上的一部分電壓，使半選擇點上的電壓下降，從而提高顯示對比度?，F(xiàn)以圖1說明之：

圖1中選擇點為（SEG1，COM2）[以下簡稱為（1，2）]。現(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。接下來分析各點的電位差，即行電壓減去列電壓。

選擇點：（1，2）：V1+V2

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

非選擇點：-1/a'V1

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

解之：

令：a'+1=a，得：

于是，圖1中各點電壓為：

選擇點：（1，2）：VLCD

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

非選擇點：-（1/a）VLCD

可見，行半選擇點和非選擇點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)整顯示對比度的尺度。

當掃描行數(shù)N=1時，動態(tài)驅(qū)動法就等于靜態(tài)驅(qū)動法。

動態(tài)驅(qū)動法的應用實例

筆者在進行酒精濃度檢測儀顯示方式的選擇過程中，通過多方調(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。這除了因為液晶顯示器耗電極微之外，還因為我們采用的MCU（PIC16C924）本身已具有LCD的驅(qū)動能力，因而，不論從降低成本考慮還是從簡化電路方面考慮，這樣的選擇無疑是比較合理的。下面我們將針對MCU中LCD模塊的具體運用加以說明。

LCD模塊的配置

1、對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時鐘選擇位，“00”=Fosc/256，F(xiàn)osc=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LCDPS寄存器的配置

LCDPS寄存器如圖3所示：

其中：LP3：LP0幀時鐘分頻選擇位

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

位7：位0：SEGSCOMC表示控制像素數(shù)據(jù)的段碼和公共端數(shù)。其中，下標“S”表示“0～32”個段碼，下標“C”表示“1～4”個公共端。

寄存器位為“1”表示打開像素（黑）；寄存器位為“0”表示關閉像素（亮）。

3、段碼使能

段碼的使能通過LCDSE寄存器來實現(xiàn)。因為VIM807-2是8位7段顯示器，而我們選擇的是1/3占空比（即3個公共端），因此，通過LCDSE寄存器必須選擇3×8=24段才能滿足需要，即表達完全部的碼段像素。當然會有多余，8×9=72，因為每3公共端和3段可以表達9個像素。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)動電壓的產(chǎn)生

LCD驅(qū)動電壓的產(chǎn)生有兩種辦法，內(nèi)部充電泵法或者外部梯形電阻網(wǎng)絡法。由于LCD充電泵正處在發(fā)展中，為了使設計風險減小，我們采用較為成熟的外部梯形電阻網(wǎng)絡法。使用外部梯形電阻網(wǎng)絡時，VGEN（LCDCON4>）應清零。

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

……