智能仪器设计：5-4 LCD显示处理技术

1、5.4 LCD显示处理技术 LCD (Liquid Crystal Display) 具有耗电低、驱动电压低(正负几伏)，结构空间小而有效显示面积大、体薄物轻等优点，因此在仪器仪表中的应用十分广泛。2LCD的工作原理和驱动方式LCD是一种被动式显示器，它本身并不发光，只是调节光的亮度。常用LCD是根据液晶的扭曲向列(TN)效应原理制成的。夹在两块导电玻璃电极之间的液晶经过一定处理后，其内部的分子呈90度的扭曲，这种液晶具有旋光特性。当线性偏振光通过液晶层时，偏振面会旋转90度。当给玻璃电极加上电压后，在电场的作用下液晶的扭曲结构消失，其旋光作用也随之消失。当去掉电场后液晶分子又恢复其扭曲结构。

2、LCD的响应时间和余辉为毫秒级，阈值电压为320V，功耗为5100mW/cm2。345 常态下，外界光线通过上偏振片，形成偏振光，该偏振光通过液晶材料转过90度，恰可通过下偏振片并反射因来，该点呈现“亮”的透明状态。 当给上下电极加上一定电压后，在电场的作用下液晶的扭曲结构消失，其旋光作用也随之消失，从上偏振片通过的偏振光就无法通过液晶，因此该点呈现“暗”的黑色。 如果需要在光线不足的环境中使用液晶显示器，则要采用背光型的LCD，如手机的显示屏等，背光型LCD显示器自带背景光源。6 根据需要，将电极做成字段、图形、或点阵，即可构成段码式、字符点阵式和图像点阵式等各种液晶显示器。7 LCD常用交

3、流驱动，通常采用异或门把显示控制信号和显示频率信号合并为交变的驱动信号,如下图所示。显示频率信号是一个方波。显示控制信号由C端输入。当异或门的C端为低电平时，输出端B的电位与A端相同，LCD两端的电压为零，不显示；当异或门的C端为高电平时，B端的电位与A端相反，LCD两端呈现交替变化的电压，LCD显示。8常用的扭曲-向列型LCD，其驱动电压范围是36V。由于LCD是容性负载，工作频率越高消耗的功率越大。而且显示频率升高，对比度会变差，当频率升高到临界高频以上时，LCD就不能显示了，所以LCD宜采用低频工作。LCD的驱动方式分为静态和动态两种。不同的LCD显示器要采用不同的驱动方式。9LCD静态

4、驱动方法静态驱动方式下，每个LCD的每个字段都要引出电极；所有显示器的公共电极连在一起后引出。显示位数越多，引出线也越多，相应的驱动电路也越多，故适用于显示位数较少的场合。1011LCD动态驱动方法动态驱动法，可以减少LCD的引出线和相应的驱动电路，故适用于显示位数较多的场合。动态驱动方式实际上是用矩阵驱动法来驱动字符显示。把水平一组显示像素的背电极连在一起引出，称之为行电极，又称公共极，用COM表示。把纵向一组显示像素的段电极连在一起引出，称之为段电极，又称列电极，用SEG或COL表示。每个液晶显示像素由其所在行与列的位置唯一确定。12驱动方式循环地给每行电极施加选择脉冲，同时所有列电极给出

5、该行像素的选择或非选择的驱动脉冲，从而实现某行所有显示像素的驱动。这种行扫描逐行顺续进行，循环周期很短，使得液晶显示屏上呈现稳定的图像效果。我们把液晶显示的扫描驱动方式称为动态驱动法，亦称多路寻址驱动法。13动态驱动术语1帧：所有扫描行电极各施加一次扫描电压的时间。帧频：单位时间内扫描多少帧的频率。占空(比)系数：扫描行电极选通时间与帧周期之比。一般占空(比)系数等于扫描电极数N的倒数，即1N。在同等电压下，扫描行数的增多将使占空(比)系数下降，从而引起液晶像素上的交变电场电压的有效值下降，降低了显示质量。随着显示像素的增多，为了保证显示质量，需要适度地提高驱动电压以提高电场的电压有效值或采用

6、双屏电极排布结构以提高占空(比)系数。14动态驱动术语2在动态驱动方式下，某一液晶像素(选择点)呈显示效果是由施加在行电极上的选择电压与施加在列电极上的选择电压的合成来实现的。与选择点不在同一行和同一列的像素(非选择点)都处在非选状态。与选择点在同一行或同一列的像素均有选择电压加入，称之为半选择点。半选择点的电场电压处于液晶的阈值电压附近时，屏上将出现不应有的半显示现象，使得显示对比度下降，这种现象称为“交叉效应”。15动态驱动常用两种方法由于在动态驱动法中，像素被划分为选通像素、非选通像素和半选通像素。它们都被施加了一定的电压，所以引出了平均电压法。由于选通像素上的电压与非选通像素上的电压比

7、偏压比直接关系列驱动路数，所以引出了最佳偏压法。16平均电压法工作原理把半选择点上的电压和非选择点上的电压平均化，适度提高非选择点的电压来抵消半选择点上的一部分电压，从而扩大选择点与半选择点的电压之间的差值，提高显示对比度，又使非选择点与半选择点的显示更均匀一致。设计出发点动态显示时，要想使显示器上的某个像素实现显示，必须循环地在该像素上用行扫描脉冲和列寻址脉冲合成一个超过液晶阈值Vth的工作电Vlcd才能完成。通常都使半选择点和非选择点的电压均为选择点电压Vlcd的1/a倍。1718LCD显示器的驱动接口驱动接口有静态驱动和动态驱动两种接口形式。静态LCD驱动接口的功能是将要显示的数据通过译

8、码器译为显示码，再变为低频的交变信号，送到LCD显示器。译码方式有硬件译码和软件译码两种硬件译码采用译码器软件译码由单片机通过查表的方法完成。19LCD硬件译码接口- MC14543驱动方式由PH端控制在驱动LCD时，PH端输入显示方波信号。LD是内部锁存器选通端LD为高电平时，允许AD端输入BCD码数据。LD为低电平时，锁存输入数据。BI端是消隐控制BI为高电平时消隐，即输出端ag输出信号的相位与PH端相同。通常BI接地。20 LCD4N07的工作电压为36V，阈值电压为1.5V，工作频率为50-200Hz，为简便，上图直接用89C51的P3.7口输出100Hz的驱动方波。21执行以下程序即可显示出显示缓冲区DISB中的内容。2223程序