液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱,LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體,兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線,透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向,將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫面。比CRT要好的多,但是價(jià)錢較其貴。生命周期設(shè)計(jì)(Life Cycle Design)又稱生態(tài)設(shè)計(jì)(Eco-Design)。它是從產(chǎn)品性能、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)可行性的角度,考慮產(chǎn)品開發(fā)全生命周期(包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料的提取、產(chǎn)品的制造、包裝、銷售和使用、用后的回收與處置全過(guò)程)的污染預(yù)防要求,多級(jí)使用資源與能源,以降低產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響,使其與地球的承載能力相一致。
LCD投影機(jī)按內(nèi)部液晶板的片數(shù)可分為單片式和三片式兩種,現(xiàn)代液晶投影機(jī)大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影機(jī)是用紅、綠、藍(lán)三塊液晶板分別作為紅、綠、藍(lán)三色光的控制層。光源發(fā)射出來(lái)的白色光經(jīng)過(guò)鏡頭組后會(huì)聚到分色鏡組,紅色光首先被分離出來(lái),投射到紅色液晶板上,液晶板“記錄”下的以透明度表示的圖像信息被投射生成了圖像中的紅色光信息。綠色光被投射到綠色液晶板上,形成圖像中的綠色光信息,同樣藍(lán)色光經(jīng)藍(lán)色液晶板后生成圖像中的藍(lán)色光信息,LCD投影機(jī)體積較小、重量較輕,制造工藝較簡(jiǎn)單,亮度和對(duì)比度較高,分辨率適中,現(xiàn)在LCD投影機(jī)占有的市場(chǎng)份額約占總體市場(chǎng)份額的70%以上,是目前市場(chǎng)上占有率最高、應(yīng)用最廣泛的投影機(jī)。
1 模塊結(jié)構(gòu)
DMF5005N模塊的整體結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。它主要由以下幾個(gè)單元電路組成:
●控制電路
主要由控制器T6963C組成,可提供與外部CPU的數(shù)據(jù)接口及對(duì)顯示存儲(chǔ)器的讀寫操作;并可控制行、列驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)序電路、數(shù)據(jù)格式和顯示格式等。
●行驅(qū)動(dòng)電路
由行驅(qū)動(dòng)器T6A40組成,用于把控制器的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD屏所需要的并行的行數(shù)據(jù)。
●列驅(qū)動(dòng)電路
由三片列驅(qū)動(dòng)器T6A39組成,可接受控制器的串行數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成LCD屏所需要的并行列數(shù)據(jù)。
●電源偏置電路
主要為行、列驅(qū)動(dòng)器電路提供LCD屏所需的各種偏置電壓。
●顯示存儲(chǔ)器
由一塊8k的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)組成,可為模塊提供顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。
●液晶顯示屏(LCD)
液晶顯示器按照控制方式不同可分為被動(dòng)矩陣式LCD及主動(dòng)矩陣式LCD兩種
用于提供64行、240列的點(diǎn)陣顯示屏幕。
工作原理:我們很早就知道物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種型態(tài)。液體分子質(zhì)心的排列雖然不具有任何規(guī)律性,但是如果這些分子是長(zhǎng)形的(或扁形的),它們的分子指向就可能有規(guī)律性。于是我們就可將液態(tài)又細(xì)分為許多型態(tài)。分子方向沒有規(guī)律性的液體我們直接稱為液體,而分子具有方向性的液體則稱之為“液態(tài)晶體”,又簡(jiǎn)稱“液晶”。液晶產(chǎn)品其實(shí)對(duì)我們來(lái)說(shuō)并不陌生,我們常見到的手機(jī)、計(jì)算器都是屬于液晶產(chǎn)品。液晶是在1888年,由奧地利植物學(xué)家Reinitzer發(fā)現(xiàn)的,是一種介于固體與液體之間,具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。一般最常用的液晶型態(tài)為向列型液晶,分子形狀為細(xì)長(zhǎng)棒形,長(zhǎng)寬約1nm~10nm,在不同電流電場(chǎng)作用下,液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)90度排列,產(chǎn)生透光度的差別,如此在電源ON/OFF下產(chǎn)生明暗的區(qū)別,依此原理控制每個(gè)像素,便可構(gòu)成所需圖像。
2 控制器T6963C的原理及功能
圖2所示為控制器T6963C的原理框圖,它是DMF5005N的控制中心。
2.1 時(shí)序電路
T6963C的時(shí)序電路用于為芯片自身以及LCD行、列驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生各種所需時(shí)序。首先由芯片內(nèi)置振蕩器與外加晶振構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生主頻信號(hào),此信號(hào)經(jīng)時(shí)序控制器多次分頻后再產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào)。CDATA為行同步信號(hào);LP為行驅(qū)動(dòng)器的移位時(shí)鐘脈沖,同時(shí)又是列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)鎖存脈沖信號(hào),HSCP及LSCP分別是雙屏模式時(shí)的上屏和下屏的移位時(shí)鐘脈沖信號(hào)。T6963C的主時(shí)鐘頻率為2.0~5.5MHz,顯示占空比的調(diào)節(jié)可由引腳編程解決:并可在1/16到1/128之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。在DMF5005N中選用5.0MHz的晶振并接于XI與X0端可將其占空比定為1/64。
2.2 指令處理功能
T6963C有十條基本指令,主要有:數(shù)據(jù)的讀/寫、顯示存貯器的寄存器指針設(shè)置、控制字設(shè)置、工作模式設(shè)置、顯示模式、光標(biāo)形狀選擇、位設(shè)置、屏幕拷貝以及屏幕搜索等功能。這些指令通常通過(guò)CPU由8位數(shù)據(jù)總線(D0~D7)輸入[1]。
2.3 顯示存貯器RAM的控制和管理
T6963C通過(guò)ad0~ad15共16根地址線可導(dǎo)址64k字節(jié)的存貯空間,在DMF5005N模塊中內(nèi)置了一片8k的低功耗靜態(tài)存儲(chǔ)器,所以僅用了13根地址線。數(shù)據(jù)由d0~d7共8位并行口與顯示存貯器RAM進(jìn)行傳遞。片內(nèi)設(shè)置有文本指針、圖形指針、用戶字符發(fā)生器指針及地址指針等寄存器。可通過(guò)軟件指令對(duì)這些寄存器進(jìn)行設(shè)置,并可將顯示存貯器劃分成文本顯示區(qū)、圖形顯示區(qū)、以及由用戶自定義的字符存貯區(qū),用戶所要顯示的文本、圖形或自定義圖符的數(shù)據(jù)將被存放到相應(yīng)的存貯區(qū)內(nèi)。內(nèi)置的RAM數(shù)據(jù)鎖存器及RAM緩沖器可為與外接RAM之間數(shù)據(jù)的傳遞提供保障。
2.4 顯示內(nèi)容及模式控制電路
在顯示時(shí),顯示數(shù)據(jù)分別經(jīng)圖形數(shù)據(jù)鎖存器以及文本數(shù)據(jù)鎖存器鎖存,再由顯示根據(jù)顯示模式設(shè)置控制選擇所要顯示的是文本還是圖形,或者是二者的組合模式。當(dāng)選定后,即可對(duì)選定數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行掃描,對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)經(jīng)串行變換后轉(zhuǎn)化成LCD串行數(shù)據(jù)并串行輸出到列驅(qū)動(dòng)器。ED、HOD和LON引腳為數(shù)據(jù)輸出端子。可根據(jù)采用單屏驅(qū)動(dòng)還是雙屏驅(qū)動(dòng)來(lái)選定這三個(gè)引腳中的其中一個(gè)或兩個(gè)引腳。DMF5005N模塊采用單屏驅(qū)動(dòng),因此選定ED引腳。
3 T6A40芯片的工作原理及功能
行驅(qū)動(dòng)器T6A40驅(qū)動(dòng)器芯片具有68個(gè)通道輸出(01~068),并有兩個(gè)可用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)輸入端子,通過(guò)此兩端與其它引腳的編程組合,可以改變輸出數(shù)據(jù)的流向。T6A40芯片的內(nèi)部電路原理框圖如圖3所示。
將控制器的FR接T6A40的FR端,并將VLC1、VLC4、VLC5接到電源偏置電路的對(duì)應(yīng)端子,即可保證驅(qū)動(dòng)器輸出的是LCD屏的行驅(qū)動(dòng)電平。
T6A40片內(nèi)有兩個(gè)34位雙向移位寄存器,串行數(shù)據(jù)可從DI01與/或DI02兩個(gè)端子輸入。由移位寄存器產(chǎn)生的并行輸出數(shù)據(jù)澈同可分三種:第一種為01~068;第二種是068~01;第三種流向是01~034和068~035,具體輸出哪一種取決于來(lái)自數(shù)據(jù)流向控制和移位時(shí)鐘極性控制電路的信號(hào),數(shù)據(jù)流向控制電路根據(jù)單/雙屏選擇端子DUAL和流向選擇端子DIR的邏輯電平產(chǎn)生流向控制信號(hào)。移位時(shí)鐘的極性控制信號(hào)由控制器的移位時(shí)鐘脈沖SCP(控制器的LP信號(hào))和觸發(fā)方式選擇端子TSW的邏輯電平來(lái)產(chǎn)生。兩個(gè)34位雙向移位寄存器產(chǎn)生的兩個(gè)34位并行數(shù)據(jù)將輸出到兩個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)電路中,并在CLD電源偏置電壓作用下產(chǎn)生68位并行LCD行輸出信號(hào),最后加到LCD屏的行輸入端。
在DMF5005N模塊中,由于DUAL=DIP=L;因此選擇DI02為同步數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入端(控制器的CDATA信號(hào)),而將DI01懸空。這樣,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流向?yàn)?68~01。因此模塊是240×64點(diǎn)陣液晶顯示屏,且只用到64行輸出,所以將065~068四個(gè)輸出懸空。
4 列驅(qū)動(dòng)電路T6A39的原理功能
利用列驅(qū)動(dòng)電路可把控制器提供的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD屏所需的并行數(shù)據(jù)。一般列驅(qū)動(dòng)芯片都是80個(gè)輸出端子,模塊為240列輸出,DMF5005N模塊采用三片T6A39芯片相聯(lián),正好能構(gòu)成240列輸出,T6A39芯片的內(nèi)部電路原理框圖如圖4所示。
T6A39可以接收一位串行或兩位及四位并行數(shù)據(jù),可由DF1及DF2引腳輸入數(shù)據(jù)位選擇器確定并控制輸入數(shù)據(jù)具體格式以及串/并數(shù)據(jù)變換的管理控制。該電路內(nèi)含兩個(gè)40位輸出的雙向移位寄存器,它們將根據(jù)數(shù)據(jù)流向控制器及驅(qū)動(dòng)時(shí)序控制器把接收到的串行數(shù)據(jù)變換成符合要求的并行數(shù)據(jù),并傳遞給兩組LCD驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路的作用是在LCD電壓偏置電路供給的偏置電壓下,將得到的80位并行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD所需的并行輸出(001~080)數(shù)據(jù)信號(hào)(電平)。
5 電源偏置電路
DMF5005N模塊電源采用雙電源方式:一個(gè)是VDD(+5伏);另一個(gè)是VEE(-12伏)。為了得到LCD驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào),該模塊在采用電阻分壓加上射極跟隨穩(wěn)壓時(shí)可得到VLC1~VLC5五個(gè)輸出電壓。為了得到LCD顯示的清晰度,負(fù)電源VEE應(yīng)該經(jīng)過(guò)可調(diào)電位器調(diào)節(jié)后施加到模塊上。其可調(diào)范圍為:-6~-12伏。對(duì)應(yīng)的LCD各驅(qū)動(dòng)電壓為:
VLC1=VDD-(VDD-VEE)/9(V);
VLC2=VDD-2(VDD-VEE)/9(V);
VLC3=VDD-7(VDD-VEE)/9(V);
VLC4=VDD-8(VDD-VEE)/9(V);
VLC5=VEE(V)。
電源偏置電路由四運(yùn)算放大電路組成的射極跟隨器構(gòu)成。此外,其它的輔助電路如存儲(chǔ)器RAM、振蕩電路等都比較簡(jiǎn)單,而控制器、行和列驅(qū)動(dòng)器之間的連接可參考DMF5005N模塊的整機(jī)電路原理圖來(lái)進(jìn)行。
6 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)上述原理,選用日本東芝公司的上述芯片,并在DMF5005N的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了兩塊顯示模塊。經(jīng)測(cè)試表明:制作的顯示模塊的各種電氣性能和輸入輸出信號(hào)波形都達(dá)到了同類進(jìn)口產(chǎn)品的技術(shù)要求。經(jīng)與8031單片機(jī)聯(lián)機(jī)運(yùn)行演示,各種顯示功能與DMF5005N完全一致。
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