LCD控制驱动与接口在人机界面中的最新应用

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本文由北京友创液晶屏提供,液晶显示，稳定可靠、成本低、功耗小、控制驱动方便、接口简单易用、模块化结构紧凑，在嵌入式系统中作为人机界面获得了广泛的应用。近年来，国内许多厂商，如紫晶、冀雅、晶华、信利、蓬远等已经能够满足各种定制液晶显示的需求；很多著名半导体厂商，如Hitachi、Seiko Epson、Toshiba、Holtek、Solomon、Samsung等相继推出了许多控制驱动器件。本文以现有的控制驱动器件和液晶显示器如何构成各种结构紧凑、成本低廉、简单易用、性能优良的嵌入式人机界面的设计进行综合阐述。
1 液晶显示及其控制驱动与接口概述
　　液晶显示LCD(Liquid Crystal Display)，是利用液晶材料在电场作用下发生位置变化而遮蔽/通透光线的性能制作成的一种重要平板显示器件。通常使用的LCD器件有TN型(Twist Nematic，扭曲向列型液晶)、STN型(Super TN，超扭曲向列型液晶)和TFT型(Thin Film Transistor，薄膜晶体管型液晶)。TN、STN、TFT型液晶，性能依次增强，制作成本也随之增加。TN和STN型常用作单色LCD。STN型可以设计成单色多级灰度LCD和伪彩色LCD，TFT型常用作真彩色LCD。TN和STN型LCD，不能做成大面积LCD，其颜色数在218种以下。218种颜色以下的称为伪色彩，218种及其以上颜色的称为真彩色。TFT型可以实现大面积LCD真彩显示，其像素点可以做成0.3mm左右。TFT-LCD技术日趋成熟，长期困扰的难题己获解决：视角达170°，亮度达500cd/m2(500尼特)，显示器尺寸达101.6cm(40in)，变化速度达60帧/s。[1~3]
　　进行LCD设计主要是LCD的控制/驱动和与外界的接口设计。控制主要是通过接口与外界通信、管理内/外显示RAM，控制驱动器，分配显示进行显示。控制器还常含有内部ASCII字符库，或可外扩的大容量汉字库。小规模LCD设计，常选用一体化控制/驱动器；中大规模的LCD设计，常选用若干个控制器、驱动器，并外扩适当的显示RAM、自制字符RAM或ROM字库。控制与驱动器大多采用低压微功耗器件。与外界的接口主要用于LCD控制，通常是可连接单片机MCU的8/16位PPI并口或若干控制线的SPI串口。显示RAM除部分Samsung器件需用自刷新动态SDRAM外，大多公司器件都用静态SRAM。嵌入式人机界面中常用的LCD类型及其典型控制/驱动器件与接口如下：
　　段式LCD，如HT1621(控/驱)、128点显示、4线SPI接口；
　　字符型LCD，如HD44780U(控/驱)、2行×8字符显示、4/8位PPI接口；
　　单色点阵LCD，如SED1520(控/驱)、61段×16行点阵显示、8位PPI接口，又如T6963C(控)+T6A39(列驱)+T6A40(行驱)、640×64点双屏显示、8位PPI接口；
　　灰度点阵LCD，如HD66421(控/驱)、160×100点单色4级灰度显示、8位PPI接口；
　　伪彩点阵LCD，如SSD1780(控/驱)、104RGB×80点显示、8位PPI或3/4线SPI接口；
　　真彩点阵LCD，如HD66772(控/源驱)+HD66774(栅驱)、176RGB×240点显示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18动画接口、同步串行接口；
　　视频变换LCD，如HD66840(CRT-RGB→CD-RGB)、 720×512点显示、单色/8级灰度/8级彩色、4位PPI接口。
　　控制驱动器件的供电电路、驱动的偏压电路、背光电路、振荡电路等构成LCD控制驱动的基本电路。它是LCD显示的基础。
　　LCD与其控制驱动、接口、基本电路一起构成LCM(Liquid Crystal Module，LCD模块)。常规嵌入式系统设计，多使用现成的LCM做人机界面；现代嵌入式系统设计，常把LCD及其控制驱动器件、基本电路直接做入系统。整体考虑，既结构紧凑，又降低成本，并且有利于减少功耗、实现产品小型化。
控制LCD显示，常采用单片机MCU，通过LCD部分的PPI或SPI接口，按照LCD控制器的若干条的协议指令执行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和数据传输程序。大多数LCD控制驱动器厂商都随器件提供有汇编或C语言的例程资料，十分方便程序编制。 2 常见LCD的控制2.驱动与接口设计
2.1 段式LCD的控制驱动与接口设计
　　段式LCD用于显示段形数字或固定形状的符号，广泛用作计数、计时、状态指示等。普遍使用的控制驱动器件是Holtek的HT1621，它内含与LCD显示点一一对应的显存、振荡电路，低压低功耗，4线串行MCU连接，8条控制/传输指令，可进行32段×4行=128点控制显示，显示对比度可外部调整，可编程选择偏压、占空比等驱动性能。HT1621控制驱动LCD及其MCU接口如图1所示。[4]
2.2 字符型LCD的控制驱动与接口设计
    字符型LCD用于显示5×8等点阵字符，广泛用作工业测量仪表仪器。常用的控制驱动器件有：Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung 的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它内嵌与LCD显示点一一对应的显存SRAM、ASCII码等的字符库CGROM和自制字符存储器CGRAM，可显示1~2行每行8个5×8点阵字符或相应规模的5×10点阵字符，其内振荡电路附加外部阻容RC可直接构成振荡器。HD44780U具有可直接连接68XX MCU 的4/8位PPI接口，9条控制/传输指令，显示对比度可外部调整。HD44780U连接80XX MCU时有直接连接和间接连接两种方式：直接连接需外部逻辑变换接口控制信号，而无需特别操作程序；间接连接将控制信号接在MCU的I/O口上，需特别编制访问程序。HD44780U控制驱动LCD及其与80XX MCU的接口