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1、人机界面中的LCD控制驱动与接口设计摘要：介绍LCD的控制驱动及基与MCU接口的特点；详细阐述嵌入式系统人机界面中各诜种常见LCD的控制驱动与澳MCU接口设计，以及一些基础LCD外围电路设计。关键词：LCDMCU接口饕控制驱动电路设计液晶显示，稳定可靠、成本低、功耗弯小、控制驱动方便、接口简栖单易用、模块化结构紧凑，蘧在嵌入式系统中作为人机界砺面获得了广泛的应用。近年景来，国内许多厂商，如紫晶蘩、冀雅、晶华、信利、蓬远藕等已经能够满足各种定制液缵晶显示的需求；很多著名半伶导体厂商，如Hitachi、SEikoEpson犒、Toshiba、Hol挣tek、Solomon、愆Samsung等相继推
2、出暹了许多控制驱动器件。本文庵以现有的控制驱动器件和液晕晶显示器如何构成各种结构紧凑、成本低廉、简单易用旆、性能优良的嵌入式人机界面的设计进行综合阐述。1开液晶显示及其控制驱动与接芩口概述液晶显示LCD，是盖利用液晶材料在电场作用下发生位置变化而遮蔽/通透韭光线的性能制作成为一种重苡要平板显示器件。通常使用踪的LCD器件有TN型、S诰TN型和TFT型。TN、苊STN、TFT型液晶，性螺能依次增强，制作成本也随茵之增加。TN和STN型常机用作单色LCD。STN型拎可以设计成单色多级灰度LCD和伪彩色LCD，TF铙T型常用作真彩色LCD。工TN和STN型LCD，不能做成大面积LCD，其颜薄色数在2
3、18种以下。21炊8种颜色以下的称为伪色彩潦，218种及其以上颜色的称为真彩色。TFT型可以嗖实现大面积LCD真彩显示边，其像素点可以做成左右。鼬TFT-LCD技术日趋成熟，长期困扰的难题已获解熳决：视角达170，亮度新达500cd/m2(50枉0尼特)，显示器尺寸达(40in)，变化速度达6普0帧/s。进行LCD设鞒计主要是LCD的控制/驱动和外界的接口设计。控制绮主要是通过接口与外界通信、管理内/外显示RAM，控制驱动器，分配显示数据盔；驱动主要是根据控制器要盗求，驱动LCD进行显示。舵控制器还常含有内部ASC柙II字符库，或可外扩的大凋容量汉字库。小规模LCD僻设计，常选用一体化控制/宸
4、驱动器；中大规模的LCD设计，常选用若干个控制器、驱动器，并外扩适当的显膊示RAM、自制字符RAM或ROM字库。控制与驱动丕器大多采用低压微功耗器件。与外界的接口主要用于L颃CD控制，通常是可连接单蚂片机MCU的8/16位P镐PI并口或若干控制线的S灼PI串口。显示RAM除部具分Samsung器件需用自刷新动态SDRAM外，窥大多公司器件都用静态SR峒AM。嵌入式人机界面中常用的LCD类型及其典型控罐制/驱动器件与接口如下：轰段式LCD，如HT1621、128点显示、4线退SPI接口；字符型LCD娈，如HD44780U、2茕行8字符显示、4/8位PPI接口；单色点阵LC痞D，如SED1520、
5、61段16行点阵显示、8孥位PPI接口，又如T68辶63+T6A39、640聪64点双屏显示、8位P舍PI接口；灰度点阵LC辽D，如HD66421、160100点单色4级灰比度显示、8位PPI接口；诈伪彩点阵LCD，如SSD1780、104RGB绮80点显示、8位PPI或佾3/4线SPI接口；真彩下色点阵LCD，如HD66772+HD66774、蒇176RGB240点显夏示、8/9/16/18位躜PPI接口、6/16/1剑8动画接口、同步串行接口；视频变换LCD，如HD平66840、72051睇2点显示、单色/8级灰度灵/8级颜色/4位PPI接飑口。控制驱动器件的供电电漩路、驱动的偏压电路、背
6、光讥电路、振荡电路等构成LC奔D控制驱动的基本电路。它嚼是LCD显示的基础。L酣CD与其控制驱动、接口、酮基本电路一起构成LCM。漱常规嵌入式系统设计，多使用现成的LCM做人机界面籁；现代嵌入式系统设计，常氕把LCD及其控制驱动器件、基本电路直接做入系统。喃本体考虑、既结构紧凑，又钮降低成本，并且有昨于减少哝功耗、实现产品小型化。控制LCD显示，常采用单片失机MCU，通过LCD部分怠的PPI或SPI接口，按照LCD控制器的若干条的冯协议指令执行。MCU的LCD程序一般包括初始化程氵序、管理程序和数据传输程锻序。大多数LCD控制驱动器厂商都随器件提供有汇编艰或C语言的例程资料，十分方便程序编制。
7、2常见LCD的控制驱动与接口设计耻段式LCD的控制驱动与接估口设计段式LCD用于显示圻段形数字或固定形状的符号碛，广泛用作计数、计时、状窍态指示等。普遍使用的控制酣驱动器件是Holtek的嘶HT1621，它内含与L缣CD显示点一一对应的显存胙、振荡电路，低压低功耗，独4线串行MCU连接，8条瀹控制/传输指令，可进行32段4行=128点控制婧显示，显示对比度可外部调整，可编程选择偏压、占空牾比等驱动性能。HT162佝1控制驱动LCD及其MC台U接口如图1所示。22忘字符型LCD的控制驱动与嗓接口设计字符型LCD用于显示58等点阵字符，广垭泛用作工业测量仪表仪器。囵常用的控制驱动器件有：H娣ita
8、chi的HD447碹80U、Novatek的絮NT3881D、Sams窟ung的KS0066、S踮unplus的SPLC78A01等。HD4478刍0U使用最普遍。它内嵌与植LCD显示点一一对应的显存SRAM、ASCII码曙等的字符库CGROM和自亏制字符存储器CGRAM，汐可显示1行每行8个5髻8点阵字符或相应规模的5羿10点阵字符，其内振荡趱电路附加外部阻容RC可直灏接构成振荡器。HD447岔80U具有可直接连接68芡XXMCU的4/8位PP训I接口，9条控制/传输指嚎令，显示对比度可外部调整禧。HD44780U连接8机0XXMCU时有直接连接熵和间接连接两种方式：直接痛连接需外部逻辑变换
9、接口控葵制信号，而无需特别操作程馓序；间接连接将控制信号接在MCU的I/O口上，需醯特别编制访问程序。HD4功4780U控制驱动LCD贼及其与80XXMCU的接口如图2所示。23单寓色点阵型LCD的控制驱动谄与接口设计单色点阵型LC金D用作图形或图形文本混合决显示，广泛用于移动通信、混工业监视、PDA产品中。唉小面积LCD常采用单片集千成控制驱动器件，如SEi例koEpson的SED1520，可实现61列16行点阵显示；中等面积L岖CD常采用单片控制/列驱淅动器件与单片机驱动器件，轨如Hitachi的HD6玲1202U、HD6120惊3，可实现6464点阵呤显示；较大面积LCD常采蕉用“控制器
10、+显示+列驱动宰器+行驱动器”形式，如T踞oshiba的T6963魑C、T5565、T6A3掇9、T6A40，可实现640128点阵显示。这些驱动器常需1218V浸负电源实现偏置与调整对比度。控制器件大多可以外接霾阻容RC构成振荡器或外接振荡器或外引时钟。显存中诡的每一位与LCD显示点一蹶一对应。需要文字显示时，碍简单字符可直接全长集成在隆控制器内的ASCII字库，汉字或自制字符显示可在咔控制器外扩展大容量的字库羞CGROM或自制字库CG凿RAM。控制接口通常是8绺位PPI的64XX或80XXMCU接口，713拚条控制/传输指令，可实现点线圆等绘图功能。控制器等T6963C、HD61830、S
11、ED1335等可遘以实现单双屏LCD控制。怛这是适应移动通信显示的结稣果。实质上是平分显存并分嫖别对应两个LCD屏。编制怃传输数据程序时，要注意结途合显存的特点适当变换数据阶形式，如SED1520显存中的8位数据是反竖排的，HD61202显存中的睥数据是竖排的。图3是SE咐IkoEpson的SED穆1335控制器，外扩显存岗SRAM、自制字库SGRAM、大容量汉字库CGR注OM，与列驱动器SED1墒606、行驱动器SED1龈635组成的LCD及其8炖0XXMCU接口的构成框掮图，可以实现64056傥单色点阵LCD显示。2华4灰度点阵型LCD的控琪制驱动与接口设计小型测控捱系统和低成本手持设备中
12、大磴量使用灰度点阵型LCD。这种LCD使用的控制器的岵显存中每n位对应一个LC尸D显示点，整个LCD实现墩的灰度等级就是2n。Hi辽tachi的HD6642蹑1就是一款常用的经济型灰遛度点阵LCD控制驱动器。泗单片HD66421外加少蝤许阻容器件即可实现22级面160列100行点的L螋CD灰度显示，并更使用HD66421可实现更大面条积的LCD显示。HD66图421嵌有160100苟2位显存，具有8位PP净I接口，可直接连接80XXMCU，8条控制/传输箪指令，可编程变化驱动特性及其调整灰度类型。HD66421需外接一个电阻R猫构成体系振荡电路，需负电源实现偏压。HD6642勉1是高度集成器件
13、，322魂脚封装，线路板PCB设计佳上有难度，应足够重视。H父D66421控制驱动灰度耷点阵LCD及其与80XX呆MCU的接口如图4所示。珍25伪彩点阵型LCD的控制驱动与接口设计彩色LCD显示基于红R、绿G、苷蓝B三基色叠加原理，每个LCD像素点由三个RGB臧子像素点构成，分别由三个批RGB色彩驱动。彩色LCD显示需要更大的显存，每帆个色彩有2n种颜色，就需占用n位显存。彩色LCD鲁显示是LCD升级换代的必渍然结果。伪彩显示常使用廉咸价的STN型LCD，多用蒜于移动通信、PDA等产品迅中。SolomonSystech的SSD1780鹊是一款典型的单片高度集成名的伪彩点阵型LCD控制驱帱动器件
14、。其内含3128代14位的图型数据显存G众DDRAM、477kHz堇的振荡电路、集成偏压电路累和DC-DC电路；具有8蝤位PPI接口与3/4线SPI串行接口，36条控制/传输指令。外加几个电容财器件，SSD1780就可控制驱动104RGB8汨1点彩色STN型LCD，裢展示23n=4096种颜逶色。SSD1780是627脚封装，线路板PCB设几计难度更大，须认真对待。厢SSD1780控制驱动伪彩STN型点阵LCD及其阙与80XXMCU的接口如驻图5所示。26真彩色点阵LCD的控制驱动与接欣口设计现代高档PDA、家忌电、显示墙等越来越多地应独用了真彩点阵LCD显示技抵术。LCD真彩显示的颜色缮种数
15、在218以上，与伪彩敢显示相比，需要更大的显存鲮和更高的控制驱动技术，且铴需达到高速动画。LCD真嵇彩显示使用TFT型LCD娜，主动点阵显示，需要采用源极驱动器和栅极驱动器去蔗控制LCD场效应晶体管F岫ET的源极与栅极。源极驱动器接收显示数据驱动LC汜D列显示，也称为数据驱动屹器，栅极驱动器控制逐行扫描。Hitachi的HD律66772系列真彩LCD控制驱动器件，是嵌入式人崂机界面设计中表现丰富多彩煦世界的理想选择，可以实现瘿176RGB240点2镙18色高速动画TFT点阵显示。该系列器件包括HD楮66772、HD6677醑4、DH66775和HD哈667D01。HD667铍72是内嵌95KB
16、显存的洪控制器与176RGB段的姗源极驱动器，HD6677校4是内含驱动电源的240齑行栅极驱动器，HD776世65仅是120行栅极驱动劂器，HD776P01是驱动电源器件，HD66772具有与80XXMCU直懈接连接的8/16位PPI接口、6/16/18位动蓝画接口和同步串行接口。使诟用HD66772系列器件萃，控制驱动176RGB怼240点TFT型LCD真闳彩显示，有两种方案：1片HD66772+1片H狍D66774；1片HD肋66772+2片HD66耪775+1片HD667P01。前者结构紧凑，后者愚比较经济。图6给出了前一未方案的LCD控制驱动连接凯与16位MCU接口的框图碲。27视频
17、变换LCD的爨控制驱动与接口设计在工业鹬控制与嵌入式控制系统中，瑰有很多LCD视频驱动设计跟。这种设计，常常需要选取溜专用器件，变换视频信号，科控制驱动LCD，进行动画徭显示，以实现产品的兼容性羞并扩大产品性能。Hita惹chi的HD66480F搌就是这样的一款典型器件。它可以方便地从计算机的视柑频接口中取出CRT信号通过视频变换直接驱动黑白或腼者LCD，使CRT型显示器上的显示内容同时出现在荒LCD屏上。HD66840F可以控制驱动最大72宅0512点LCD，做到苓单色=9级灰度或8级彩色墨显示。HD66840具有4位受控接口，可以直接连脒接8位MCU实现视频显示豁环境设置。使用HD668焓
18、40F，需要外扩8位的R昨GB显示缓存SRAM。图掇7说明了使用HD6684讥0F外扩显示缓存HM6264，在8位80XXMC奘U控制下，变换CRT信号痨，控制驱动HD66772彩色点阵LCD动画显示的旌设计框图。3LCD控制驱肜动的基础电路设计基本电源电路的设计LCD控制驱动佝器件的基本电源电压一般在趵,现代嵌入式系统设计讲准求低压微耗，多使用、或痉器件。上文所述所有器件工擐作状态功耗都在几至几十m芽W以下，都可以工作在的锢电压范围内。选用并设计功嫁率适当与电压稳定的电源电蟋路十分重要。很多半导体厂醇商生产各种类型的系列微功撅耗高性能电源器件，如To甬rex的XC6203系列砟、Richte
19、k的RT9熠168/A系列电压调整器鼾，AME的AME8800榍系列、AME8811系列降压器，OnSomlco首nductor的NCP1藓400A系列、Maxim的MAX1795系列升压卉器，等等。这些器件，提供的输出电压可以是5V间的任一值，%的精度，最大输出电流在100昙500mA。选用这些器件，外配几支阻容感器或肖循基特二极管件，就可设计出辇适合LCD控制驱动器件的仁基本电源电路。图8是为H瓦D66421设计的电源供浦给电路，非常简洁。32埒驱动器偏压电路设计图形点咿阵LCD驱动常常常需要驱芘动偏置网络和负电源实现偏宵压。偏置网络可以按驱动器月厂商推荐的阻容值配置，负画电源可以选取适当
20、的负压器敛件实现，常用负电源产生的锅办法有：有用79系列三端策集成稳压器，如使用LM7918可得到-18V负压莩源；采用DC-DCIC制薰作，如Maxim的MAX仫749、MAX680、MAX1860/1861，搴Motorola的MC34063A等。图9是用M速C34063A设计的-1项2V负电源电路。33背帅光电路设计LCD背光，通噼常有LED、EL和CCFL等背光形式。字符型或中啷小点阵LCD，多使用LED或EL背光，LED以黄怵色为主，一般为驱动；EL以黄绿色为主，一般为1W掭、400800Hz、7鳢0120V的交流驱动。中大点阵STN型与TFT雌型LCD，多为白色CCF嗯L背光，一般
21、为25kHz100kHz、300V砜以上交流驱动。EL与CC鸬FL背光电路，可用IC器厶件搭建，也可用成品模块。恽IC器件搭建背光电路，如臻IMP的IMP525/5恻62/803，配合少许阻秘容感器件，构成EL背光电谬路，如图10所示；Max弦im的MAX1635配合弘变压器构成EL背光电路；Maxim的MAX1610、Linear的118铘2或TI的Vcc3972勾与变压器件搭建CCEL背怛光电路。成品背光模块，如森宝的VET-N1210规-01CCEL模块、精电泗逢远的PYE系列EL/C玄CEL模块。用IC器件搭垓建背光电路，可以紧凑设计螋结构并降低成本，常常在嵌入式系统设计中采用。34振荡电路设计大多数LC景D控制驱动器，即具有内部振荡器又可外接振荡器或外涞引时钟，应用时择其一即可结，非常方便设计。为简化外围电路设计，经常选用控制铄驱动器的内部振荡器件为时耜钟源。这种情况下，不少控餍制驱动器件常常要求外接一趑些阻容RC器件，按照器件且指南的说明配置即可。结语国以上详细阐述了LCD控制婧驱动及其MCU接口设计的屡特征和常见各种类型的具体腮设计，并说明了其基础电路浼设计。把这些规律应用在嵌魑入式人机界面设计中，一定能够制造出结构更加紧凑、刚性能更加稳定可靠、成本更岈加低廉的LCD界面来。11 / 11