LCD与触摸屏原理(李祥)

1、1LCD和触摸屏基本原理与分类2主要内容LCD显示原理LCD分类LCD驱动与应用函数开发触摸屏原理与分类介绍3LCD原理介绍1. 1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在做加热胆甾醇苯甲酸脂结晶的实验时发现：在145.5摄氏度时，结晶凝结成浑浊粘稠的液体，加热到178.5摄氏度时,形成了透明的液体德国物理学家莱曼用偏光显微镜观察时，发现这种材料有双折射现象，他阐明了这一现象并提出了“液晶”这一学术用语。2.液晶的形成条件: 采用降温的方法,即将熔融的液体降温，当降温到一定程度后分子的取向有序化，从而获得液晶态有机分子溶解在溶剂中，使溶液中溶质的浓度增加，溶剂的浓度减小，有机分子的排列有序而获得液晶

2、3.液晶分子结构类型：向列型胆甾型近晶型LCD原理介绍4. 液晶的电光特性液晶的电光特性 液晶同固态晶体一样具有特异的光学各向异性。而且这种光学各向异性伴随分子的排列结构不同将呈现不同的光学形态。例如，选择不同的初期分子取向和液晶材料，将分别得到旋光性、双折射性、吸收二色性、光散射性等各种形态的光学特性。一旦使分子取向发生变化，这些光学特性将随之变化，于是在液晶中传输的光就受到调制。由此可见，变更分子的排列状态即可实行光调制。 由于液晶是液体，分子排列结构不象固态晶体那样牢固。另一方面液晶又具有显著的介电各向异性和自发偶极子P0。一旦给液晶层施加上电压，则在介电各向异性和自发偶极子P0和电场的

3、相互作用下，分子排列状态很容易发生变化。因此利用外加电场即可改变液晶分子取向，产生调制。这种由电场产生的光调制现象叫做液晶的电光效应（electro-optic effect）。它是液晶显示的基础。45LCD原理介绍 5. LCD基本显示原理基本显示原理：把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液晶中，棒状分子的排列是彼此平行的如果上下两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子将采取逐渐过渡的方式被扭转成螺旋状6LCD原理介绍 如果有光线进入,通过第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向.由于光线沿着分子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光线由

4、于不能扭转将不会通过第二个极板7LCD原理介绍5. LCD显示器的基本结构：显示器的基本结构：液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片8LCD分类1.根据显示图形分类根据显示图形分类段式显示模块段式显示模块：段式显示模块主要用于显示数字，或围绕数字显示。在形式上总是围绕数字“8”的结构变化。例如电话的来电显示功能，只需要显示电话号码，这时，使用段式的显示模块就已经足够。段式显示被广泛应用于便携、袖珍设备上，例如各种数字仪表、计时器、计数器等。字符型显示模块字符型显示模块：字符型液晶显示模块是一类专用于显示字母、数字、符号等的点阵

5、型液晶显示模块。用于显示57点阵字符。液晶模块内部具有字符发生存储器(CGROM)，他存储了两百多个不同的点阵字符图形，根据所带的字库的不同，CGROM可以包含里面的字符可以是：阿拉伯数字、英文字母的大小写，也可以是常用符号、日文片假名或者其他各国的字母。每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(4lH)，显示时控制IC自动将4l H对应的CGROM中的点阵字符图形显示出来，就能在显示屏上看到字母“A”了。这类模块主要应用于比较高级的家用电器、仪器仪表以及便携设备，提供简单的信息显示，实现人机交互功能。常见的有0801、0802、1601、1602等。图

6、形点阵显示模块图形点阵显示模块：图形点阵显示模块常用于显示图形和文字。该类模块已经广泛应用于手机、MP3、PDA、数码相机等高端消费类电子产品，实现复杂的图形显示功能和汉字显示功能。使得人机界面变得越来越直观，尤其对于国内大多数需要有汉字和图形显示的用户来说，显示界面的友好与否，将直接影响到其产品的形象和市场竞争力。9LCD分类2.根据液晶显示原理的不同分类根据液晶显示原理的不同分类TN（Twist Nematic）型：）型：即扭曲向列型液晶。向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜ITO(氧化铟锡)以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI(聚酰亚胺)，以使

7、液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然状态具有90度的扭曲，利用电场可使液晶分子旋转，液晶的双折射率随液晶的方向而改变，结果偏振光经过TN型液晶后偏振方向发生转动。只要选择适当的厚度使偏振光的偏振方向刚好改变90度，就可利用两个平行偏光片使得光刚好通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏振方向就不会改变，光就不能通过第二个偏光片 10LCD分类STN（Super TN）型：）型：和TN型结构大体相同，只不过液晶分子扭曲180，还可以扭曲210或270等，特点是电光响应曲线更好，可以适应更多的行列驱动。TN或STN型液晶，一般是对液晶盒施加电压，达到一定电

8、压值，对行和列进行选择，出现“显示”现象，所以行列数越多，要求驱动电压越高，因此往往TN或STN型液晶要求有较高的正极性驱动电压或较低的副极性电压，也因为如此，TN和STN型液晶难以做成高分辨率的液晶模块。11LCD分类TFT（Thin Film Transistor）型：）型：TFT型为薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件，在每个像素点上设计一个场效应开关管，这样就容易实现真彩色、高分辨率的液晶显示器件。12LCD分类 TFT-LCD是在玻璃基片上沉积一层硅,通过印刷光刻等工序作成晶体管阵列,每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。再把液晶灌注在两片玻璃之间,由于每个像素都可

9、以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真，称为真彩 。对于TFT-LCD而言彩色滤光片是很重要的，利用红，绿，蓝三原色，可混合出各种不同的颜色，很多平面显示器就是利用此原理显示色彩，把三种颜色分成独立的三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后把临近的三个RGB显示的点当作一个像素13LCD驱动与应用函数1.液晶显示模块的接口液晶显示模块的接口 在嵌入式的主流 LCD屏中主要支持两大类的硬件接口，一种是常见的RGB接口（ RGB-LCD ），另外一种是MCU接口（ MCU-LCD ）。

10、后面因为最早是针对单片机的领域在使用，因此得名。14LCD驱动与应用函数2. MCU-LCD 接口接口主要又可以分为M8080模式和I6800模式，主要区别是时序M6800模式：模式：M6800模式支持可选择的总线宽度8/9/16/18-bit（默认为8位），其实际设计思想是与I80的思想是一样的，主要区别就是模式的总线控制读写信号组合在一个引脚上（/WR），而增加了一个锁存信号(E)数据位传输有8位，9位，16位和18位。I8080模式：模式：I80模式连线分为：CS/，RS(寄存器选择），RD/，WR/，再就是数据线了。优点是：控制简单方便，无需时钟和同步信号。缺点是：要耗费RAM，所以难

11、以做到大屏。15LCD驱动与应用函数12864接口（M6800时序） 320240接口（I8080时序）LCD驱动与应用函数3. MCU-LCD模块的驱动模块的驱动1）LCD模块内部基本结构16C8051F020 RA8835Common driver X3P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P4.0P4.7/WR/RD/CSA0/RESDB0DB7Segment driver X4LCD PANEL 320*240 dots320240行驱动列驱动 LCD驱动与应用函数2）操作时序写时序17LCD驱动与应用函数3）屏幕与显存地址的对应关系320240像素点与显存的地址关系18SEG1SE

12、G8SEG9SEG16SEG305SEG312SEG313SEG320COM100H01H26H27HCOM228H29H4EH4FHCOM2392530H2531H2557H2558HCOM2402559H255AH257FH2580HLCD驱动与应用函数1912864屏幕显示汉字与DDRAM地址关系往相应地址空间里连续写2字节入想要显示的汉字的索引码或者想要显示的字符的ASIIC码即可显示汉字或字符LCD驱动与应用函数2012864像素点与GDRAM地址关系想要在屏幕上显示图形需要向绘图RAM中写数据步骤为：1）先将垂直的字节坐标写入绘图RAM地址2）再将水平的字节坐标写入绘图RAM地址3

13、）将D15-D8写入到RAM（第一字节）4）再将D7-D0写入到RAM （第二字节）LCD驱动与应用函数4）操作指令集12864部分指令集通过指令设置LCD工作模式、光标、地址增减等21LCD驱动与应用函数5）最基本的绘图函数打点函数的算法打点的前提是先知道要打的点在液晶屏中所处的位置，故设所打点在液晶屏中的坐标为（x,y）,其中x为所打点在液晶屏中所处的行数（从上往下数，第一行对应的x为0，往下依次加1，320*240的液晶屏中x最大为239），y为所打点在液晶屏中的列数（从左往右数，第一列对应的y为0，往右依次加1，320*240的液晶屏中y最大为319）。令bnum=y%8, 每个字节为

14、8位，故bunm表示所打的点在液晶屏中所在字节里的从左边数在该字节中的位置，bitmask =7-bnum，把液晶屏的每行以8个字节分成各个位，每次执行写命令时是从高位向低位写，故bitmask表示所打的点在液晶屏中所在字节的从右边数在该字节中的位置。在320*240的液晶屏中每8位作为1个字节来执行写命令写入数据，故每行有320/8=40个字节，令l=x*40+y/8,l表示所打的点在液晶屏中所处第几个字节，这样我们可以由l来计算要打的点在寄存器中的地址。例上表，如果每行有4个字节，要在第3行，第12列打点，即x=2,y=11。2201234567891011 LCD驱动与应用函数4. RG

15、B-LCD模块的驱动（模块的驱动（ TFT型）1）LCD控制器基本结构REGBANK是LCD控制器的寄存器组，含有17个寄存器及一块256*16调色板内存，用来设置各种参数。LCDCDMA则是LCD专用的DMA通道，可以自动的从系统总线上取到图像数据，这使得图像显示时不需要CPU的干涉。VIDPRCS将DMA从系统总线上取到的数据组合成特定的格式然后从VD23:0发送到LCD屏。同时TIMEGEN、LPC3600负责产生LCD屏所需要的控制时序（VCLK、HSYNC、VSYNC、VDEN），然后从VIDEO MUX送给LCD屏。23LCD驱动与应用函数2）LCD控制器时序24a. VSYNC信

16、号有效时，表示一帧数据的开始b. HSYNC有效时，表示一行数据的开始c.VCLK(HZ)=HCLK/(CLKVAL+1)*2LCD驱动与应用函数3)RGB LCD控制器支持单色(1BPP),4级灰度(2BPP),16级灰度(4BPP),256色(8BPP)的调色板显示模式。还支持64K(16BPP)和16M非调色板显示模式。a、16M(24BPP)色使用24位的数据来表示一个像素的颜色，每种原色使用8位。LCD控制器从内存中获得某个像素的24位颜色值后，直接通过VD23:0发送给LCD。25LCD驱动与应用函数26LCD驱动与应用函数b、16M(24BPP)色 使用16位的数据库来表示一个像

17、素的颜色。这16位又分有两种：5:6:5 和5:5:5:1 27LCD驱动与应用函数2829 1、触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。 触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理，其目前一般被分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。 1）电阻式触摸屏 。电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃

18、作为基层，表面涂有一层透明的导电层(ITO膜)，上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITO，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开。 29触摸屏介绍30 当接触屏幕时，两层 ITO发生接触，电阻发生变化，控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标，再依照这个坐标来进行相应的操作，因此这种技术必须是要施力到屏幕上，才能获得触摸效果。 电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线等类型。五线电阻触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层，这种导电玻璃的寿命较长，透光率也较高，价格与同规格的四线式相比要贵一些。 电阻式触摸屏的ITO涂层若太

19、薄则容易脆断，涂层太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。由于经常被触动，表层ITO使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变型，因此其寿命并不长久。电阻式触摸屏价格便宜且易于生产。四线式、五线式以及七线、八线式触摸屏的出现使其性能更加可靠, 同时也改善了它的光学特性。 30触摸屏介绍31四线电阻式触摸屏原理 触摸示意 等效电阻 内部接线32四线电阻式触摸屏原理 2、测量原理。在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图如下所示，图中P为测量点 XVYY3333触摸屏介绍 2）电容式触摸屏 。电容式触摸屏的四边均镀上了狭长的电极，其内部形成一个低电压交流电场。触摸屏上贴有一层透明的薄

20、膜层，它是一种特殊的金属导电物质。当用户触摸电容屏时，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出；且理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，即可得出接触点位置。 34触摸屏介绍 尽管不像电阻式应用那么广, 电容式触摸屏也是受欢迎的供选类型。这类设备精确、反应快，尺寸稍大时也有较高分辨率, 更耐用(抗刮擦), 因而适合用作游戏机的触摸屏。而且，新出现的近场成像技术改良了电容式触摸屏的性能, 减弱了在它和电阻式触摸屏中可能出现的漂移现象。 3）红外线式触摸屏 。红外触摸屏的四边排布了红外发射管和红外接收管，它们一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。 红外触摸屏也同样不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境。其主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。35触摸屏介绍 4）表面声波触摸屏 。这种触摸屏的显示屏四角分别设有超声波发射换能器及接收换能器，能发出一种超声波并覆盖屏幕表面。当手指碰触显