常用液晶显示模块驱动程序设计方案.docx

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常用液晶显示模块驱动程序设计方案

常用液晶显示模块驱动程序设计1

常用液晶显示模块驱动程序设计

引言

第1章绪论

1.1 液晶显示器件概述

1.1.1液晶显示器件在显示技术中的地位

1.1.2液晶显示器件的优异性能及发展前景

1.2 论文选题的意义

1.3  本文的主要工作

第2章液晶显示基本原理及应用基础

2.1 液晶显示基本知识

2.2 液晶显示原理

2.3 液晶显示器件的优点

2.4 液晶显示驱动原理

2.4.1静态驱动方法简述

2.4.2动态驱动方法简述

第3章液晶显示模块

3.1液晶显示模块的分类

3.1.1数显液晶显示模块

3.1.2点阵字符型液晶显示模块

3.1.3点阵图形液晶显示模块

3.2液晶显示控制器的原理

3.2.1设计特性

3.3液晶显示控制器的应用

第4章段式液晶显示模块的原理及应用

4.1段式液晶显示模块LCM061A简介

4.1.1段式液晶显示模块LCM061A的基本功能

4.1.2段式液晶显示模块LCM061A的引脚说明

4.1.3段式液晶显示模块LCM061A指令集…

4.2段式液晶显示模块LCM061A接口方案及论证

4.3段式液晶显示模块LCM061A应用程序设计

4.3.1功能程序模块详解

4.3.2程序设计流程图

第5章字符型液晶显示模块的原理及应用

5.1字符型液晶显示模块基本特点

5.2字符型液晶显示控制及驱动器HD44780

5.2.1HD44780的特点

5.2.2HD44780的硬件工作原理

5.2.3HD44780的指令集

5.3基于HD44780字符型液晶显示器LCM1602的原理及应用

5.3.1字符型液晶显示器LCM1602的原理

5.3.2字符型液晶显示器LCM1602接口方案及论证

5.4字符型液晶显示器LCM1602应用程序设计

5.4.1程序设计流程图

5.4.2功能程序模块详解

第6章图形式液晶显示模块的原理及应用

6.1图形式液晶显示模块的基本特点

6.2图形式液晶显示控制及驱动器HD61202

6.2.1HD61202的特点

6.2.2HD61202硬件工作原理

6.2.3HD61202的硬件工作原理

6.2.4HD61202的指令集

6.3  基于HD61202图形式液晶显示器LGM12864应用

6.3.1图形式液晶显示器LGM12864原理

6.3.2图形式液晶显示器LGM12864接口方案及论证

6.4  图形式液晶显示器LG12864应用程序设计

6.4.1功能程序模块详解

6.4.2程序设计流程图

第7章仿真

总结

致谢

参考文献

附录AHD44780的内部字符集

附录B程序清单

附录C芯片引脚图

【摘要】由于液晶显示模块特殊的连接方式和所需的专用设备并非人人了解，因此虽然它已应用广泛，但用户在使用、装配时感到困难。

为了用户使用方便，需将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件。

而驱动程序是使这个功能部件稳定有序工作，准确实现显示的重要环节。

本设计在分别介绍了分段式、点阵图形、点阵字符型液晶显示模块的芯片功能及其应用原理的基础上，主要针对一些常用液晶显示模块的典型代表系列设计其与单片机的接口电路和驱动程序。

【关键词】液晶显示模块；驱动控制器；单片机；驱动程序；点阵

Commonlyusedliquidcrystaldisplaymoduledesign-drivenprocess

【Abstract】LCDmoduleduetospecialconnectionsandspecialequipmentisnotrequiredforeveryonetounderstand,soeventhoughitisalreadywidelyused,butusersintheuseof,theassemblyfounditdifficult.Totheusereaseofuse,theneedforliquidcrystaldisplaydevicesandcontrol,driverintegratedcircuitsmountedtogethertoformafeature.Thedriver'sroleistomakethisfeaturetoworkstableandorderly,accuratedisplay.Thedesignintroducedinthesub-style,dot-matrixgraphics,dotmatrixcharacterLCDmoduleanditsapplicationofthechipfunctionsbasedontheprinciple,mainlyforsomecommonlyusedliquidcrystaldisplaymoduleofatypicalrepresentativeofthedesignserieswithSCMinterfacecircuitanddriver. 

 Keywords:

liquidcrystaldisplaymodule。

drivecontroller。

singlechip。

driver。

lattice452

引言

液晶显示器件（LCD）是一种高新技术的基础元器件。

它利用液晶的各种电光效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的变化在一定条件下转换为可视信号而制成的显示器。

虽然其应用已很广泛，但对很多人来说，使用、装配时仍感到困难。

特别是点阵型液晶显示器件，使用者更是会感到无从下手。

特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。

而驱动程序是使这个功能部件稳定有序工作，准确实现显示的重要环节。

随着模块的标准化，用户在选择和使用过程中只关心模块的接口，对于模块的设计和构造以及在使用中出现的因为模块设计原因产生的问题并不了解。

本文通过对常用液晶显示模块的结构和显示、驱动原理进行详细介绍。

并针对一些常用液晶显示模块的典型代表系列设计其与单片机的接口电路和驱动程序。

使读者可以较为全面地掌握液晶显示驱动控制的原理。

第1章绪论

1.1液晶显示器介绍

液晶显示器件[1]（LCD）是一种高新技术的基础元器件。

它利用液晶的各种电光效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的变化在一定条件下转换为可视信号而制成的显示器。

液晶显示器具有低电压、低功耗的特点，与CMOS集成电路相匹配.电池作为电源，适合于便携式显示。

STN-LCD是通过电场控制液晶分子的排列从而改变液晶盒内偏振光的双折射效应而实现显示，STN-LCD是目前LCD生产的中档产品，它具有显示信息量大的特点，主要应用于各种仪器仪表、手机、PDA、笔记本电脑等。

液晶显示器还具有易彩色化，非发光式被动显示的特点。

彩色液晶显示是利用液晶的光阀特性和彩色滤光膜及三基色灯来实现的，现有技术容易制造彩色滤光膜和三基色灯。

还有液晶显示靠调制外界光来实现的，显示体本身不发光，不刺激眼睛，不易疲劳等优点。

利用液晶光阀特性容易实现投影大屏幕显示。

因而，液晶显示应用几乎覆盖所有显示应用领域。

液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件（斑马条、斑马纸或金属管脚等）、PCB线路板、液晶显示控制器、行列驱动控制器、负压发生器、偏置电路、温度补偿电路、背光源、背光源驱动控制电路、结构件（框架或模具）等装配在一起的组件。

1.2液晶显示发展历史、现状和趋势

作为液晶最重要的一种应用，液晶显示伴随液晶的诞生经历了漫长的发展道路[2]。

早在1888—1889年，奥地利植物学家F.Reinitzer与和德国物理学家共同发现了第一种液晶材料.20世纪20年代人们就已经合成出300多种液晶,并完成了至今还应用的近晶相、向列相和胆甾相的液晶分类。

从30年****始，众多物理学家展开了液晶物理特性的研究,首次揭示了液晶的各向异性特性以及在外场作用下向列相变形及其阈值特性.这些工作为液晶显示的应用研究奠定了良好的基础.60年代中期美国首先发现液晶显示原理，1968年公开在刊物上发表向列相液晶动态散射显示原理和显示样机。

第一台成型的液晶显示媒体出现在1971年，这就是最初的TN-LCD（扭曲向列液晶显示器），80年代初TN-LCD商品大量上市，主要被用作手表、时钟、电子计算机、电话、传真机及一般家电品的数字显示，目前简单矩阵驱动的TN型产品以小尺寸黑白文字显示类LCD为主。

1984年欧美提出了STN-LCD超扭曲向列液晶显示器），同时也提出了TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）技术，但在那时还不够成熟。

80年代末，日本掌握了STN-LCD的大规模生产技术，LCD工业开始飞跃发展。

1993年日本又掌握了TFT-LCD生产技术，液晶显示器开始一方面向廉价、低成本的方向发展，随后DSTN-LCD（双层超扭曲向列）诞生。

另一方面向高端的薄膜晶体管TFT-LCD发展。

1997年，日本成了一大批以550mm×700mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线。

在此期间，韩国和台湾也开始介入液晶显示器生产领域，我国内地企业引进生产线，生产TN-LCD.

我国于1969年开始研究液晶显示，但规模生产起步较晚。

目前我国虽然是世界上最大的TN-LCD生产国，在原材料技术和生产工艺技术上已落后一步。

而东亚地区，逐渐发展成为世界液晶显示器的主要生产地，日本、韩国和我国台湾则走在了最前列。

近年，随着中国大陆改革开放的深入和加入WTO，日本、韩国和我国台湾己经将大部分STN的生产线和部分TFT生产线向中国大陆转移，中国大陆已经陆续投产几条较为先进的TFT生产线。

但生产工艺、技术和部分原材料的专利仍掌握在日本或其它少数国家手中，这是中国大陆LCD产业发展的不利因素。

1.3   论文选题的意义

液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用已很广泛，但对很多人来说，使用、装配时仍感到困难。

特别是点阵型液晶显示器件，使用者更是会感到无从下手。

特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。

随着模块的标准化，用户在选择和使用过程中只关心模块的接口，对于模块的设计和构造以及在使用中出现的因为模块设计原因产生的问题并不了解。

本文通过对常用液晶显示模块的几个典型，介绍液晶显示模块的结构和显示、驱动原理。

使读者可以较为全面地掌握液晶显示驱动控制的原理。

1.4本文的主要工作

本文的任务是针对一些常用液晶显示模块的典型代表系列设计其与单片机的接口电路和驱动程序。

本文的主要工作如下：

（1）在方案论证的基础上，确定整体设计方案和设备选型。

（2）基于一些常用液晶显示模块的典型代表系列设计其与单片机的接口电路和驱动程序（包括段式、点阵字符型、点阵图形式）。

  （3）选取上述各系列的内置式驱动控制器设计流程图、应用程序。

（4）针对所选取的液晶显示模块和驱动控制器设计接口电路、驱动程序、流程图、应用程序，并提供较为详细使用说明清单。

（使用者只需按要求提供相应入口参数即可）                                                                               

  （5）软件设计清单。

  （6）进行硬件、软件调试，并对调试结果进行分析。

必要的技术分析和说明，并对设计结果进行分析。

第2章液晶显示基本原理及应用基础

2.1液晶显示基本知识

液晶显示器（LCD/LiquidCrystalDisplay）的显像原理,是将液晶置于两片导电玻璃之间,靠两个电极间电场的驱动引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源开关之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。

液晶的物理特性是：

当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。

让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。

从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹着一层液晶。

当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。

大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。

在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。

将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。

2.2液晶显示原理

LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。

这两个平面上的槽互相（相交成90度）。

也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。

由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。

但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。

LCD是依赖极化滤光器（片）和光线本身。

自然光线是朝四面八方随机发散的。

极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。

这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。

极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。

只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。

液晶显示原理[3]如图2.1所示,在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色（如图（a））；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色（如图（b）示）。

液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。

图2.1  液晶配列显示原理图

（a）液晶面板显示白色     （b）液晶面板显示黑色

利用液晶的各种光电效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的变化在一定条件下转换成为可视信号就可以制成显示器，这就是液晶显示器件。

2.3液晶显示器件的优点

信息显示技术随着信息社会的发展而变得越来越重要，在信息显示技术中，液晶显示器件与其他类型的显示器相比较有如下优点[2]：

（1）平面型显示，体积小，重量轻，便于携带；

（2）驱动电压低，功耗小；

（3）工作寿命长，可在5万小时以上；

（4）不含有害射线，对长期在液晶显示器件周围工作的人体健康无危害；

（5）被动显示，不易被强光冲刷，外界光越强则显示越清晰，可以在明亮的环境下显示；

（6）易于驱动，能用大规模集成电路直接驱动，电路接口简单；

（7）结构简单，没有复杂的机械部分等。

2.4液晶显示驱动原理

从电子学角度简述液晶显示器件的显示原理为[3]:

在外加电场的作用下具有偶极矩的液晶棒状分子在排列状态上发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。

液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制，不同的显示像素按照驱动信号的“指挥”在显示屏上合成各种字符，数字及图形。

液晶显示驱动功能就是建立这种电场。

液晶的显示效果是由于在显示像素上施加了电场的缘故，而这个电场则由显示像素前后两电极上的电位信号差所产生。

在显示像素上建立直流电池是非常容易的事，但直流电场将导致液晶材料的化学反应和电极老化，从而迅速降低液晶材料的寿命，因此必须建立交流驱动电场，并要求在这个交流电场中的直流分量越小越好，通常要求直流分量小于50mV。

由此要求液晶显示驱动器的驱动输出必须是交流驱动。

现在液晶显示驱动器是全数字化集成电路，所以这种交流驱动是以脉冲电压形式产生的。

液晶显示像素上交流电场的强弱用交流电场的有效值表示，当有效值大于液晶的ICJ值电压时，像素产生电光效应，呈显示状态。

当有效值在阀值电压附近时，液晶将呈现较弱的电光效应，此态将会影响液晶显示器件的显示对比度。

因此液晶显示驱动器要能够控制驱动输出的电压幅值，以实现对显示对比度的控制。

液晶显示驱动器通过对其输出到液晶显示器件电极上的电位信号进行相位、峰值、频率等参的调制来建立交流驱动电场，以实现液晶显示器件的显示效果。

液晶显示的驱动方式有许多，常用于液晶显示器件上的驱动方法有静态驱动和动态驱动两种[4].

2.4.1静态驱动方法简述

静态驱动（StaticDrive）主要用于位数很少（12位以下）的数字显示或固定文字（图形）显示。

在数字显示时常采用笔段电极结构。

每位数由一个“8”字形公共电极和构成“8”字形图案的笔段形电极组成，分别设置在两块基板上。

根据显示数字的位数，可在两基板上形成相应数量的电极组，每组电极可显示0-9的任意数字。

这种数字显示方式广泛用于手表、计算器以及计测仪器等。

静态驱动就是在所显示数字的各笔段电极和共用电极之间，同时而连续地施加上驱动电压，直到显示时间结束。

由于在显示时间内驱动电压一直保持，故称作静态驱动。

要实现静态驱动，各段形电极和公电极必须设置各自独立的驱动电路。

静态驱动的特点及缺点:

静态驱动有这样两个特点:

（1）各电极的驱动相互独立，互不影响。

（2）在显示期间，驱动电压一直保持，使液晶充分驱动。

因为静态驱动与下面介绍的时间分割驱动相比，具有对比度好，亮度高，响应快等优点。

但静态驱动的缺点是每个段形电极需要一个控制元件，一旦显示数字的位数很多时，相应的驱动元件数和引线端子数太多，因而他的应用受到限制，只适合于位数很少的笔段电极显示。

2.4.2动态驱动方法简介

当液晶显示器件上显示像素众多时，如点阵型液晶显示器件，若使用静态驱动结构将会产生众多的引脚以及庞大的硬件驱动电路，这是不易实施的。

为了解决这个问题，在液晶显示器件电极的制作与排布上做了加工，实施了矩阵型结构，即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符号表示。

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符号表示。

每个液晶显示像素都由其所在的行与列的位置唯一确定。

在驱动方式上采用了类同于CRT的光栅逐行扫描方法，叫做动态驱动法，或称为多路寻址驱动法。

动态驱动方法简述:

液晶显示的动态驱动法是循环地给每行电极施加选择脉冲，同时所有列电极给出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。

这种行扫描是逐行顺序进行的，循环周很短，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。

在一帧中每一行的选择时间是均等的。

假设一帧的扫描行数为N，扫描一帧的时间为1，那么一行所占有的选择时间为1/N，该值被称为占空比系数。

在同等电压下，扫描行数的增多将使占空比下降，从而引起液晶像素上的变电场电压的有效值下降，降低了显示质量。

因此随着显示像素的增多，为了保证显示质量，就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双屏电极排布结构

以提高占空比系数。

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。

与该像素不在同一行和同一列的像素（非选点）都处在非选状态下，与该像素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。

该点的电场电压处于液晶的阀值电压附近时，屏上将出现不应有的半显示现象，使得显示对比度下降，这种现象叫做“交叉效应”。

在动态驱动方法中解决“交叉效应”的方法是平均电压法，即把液晶的驱动电压等分成若干挡，如a挡。

适当地提高非选择点的电压，如1/a倍差于选择电压，从而降低半选点上两电极的电压差。

这种方法称谓偏压法。

动态驱动法加入了偏压法使其更加完美，它广泛应用于点阵型液晶显示器件和多路结构液晶显示器件的驱动上。

当扫描行数N=1时，动态驱动就等于静态驱动。

由于静态驱动没有交叉效应，所以也就没有偏压法的介入。

第3章液晶显示模块

液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件，英文名称叫“LCDModule”。

液晶显示器是一种低功耗显示器件，具有显示内容丰富、体积小、重量轻、安全省电等优点，在万用表、袖珍式仪表和低功耗微机应用系统中得到广泛使用。

同时，由于液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，为了方便使用，厂家将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起形成液晶显示模块。

不同的液晶显示模块其显示性能和显示控制上是有较大区别，应用中应根据不同的显示要求进行灵活选取。

[5]实际系统设计中，经常用到各种不同液晶显示模块。

本设计研究各种典型的液晶显示模块的电路特性和控制要求，在此基础上设计程序。

3.1液晶显示模块的分类

根据液晶显示器件的显示方式，可以把液晶显示模块分为三类：

数显（字段式）液晶显示模块，点阵字符型液晶显示模块，点阵图形液晶显示模块。

下面分别介绍这三种类型液晶显示模块。

3.1.1数显液晶显示模块

这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些标识符号。

段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上。

由于这些设备体积小，所以尽可能不将显示部分设计成单独的部件，即使一些应用领域需要单独的显示组件，那么也应该使其除具有显示功能外，还应具有一些信息接收、处理、存储等功能，由于它们具有某种通用的、特定的功能而受市场的欢迎。

（1）计数型液晶显示模块

这是一种由不同位数的七段型液晶显示器件与译码驱动器，或再加上计数器装配成的计数显示部件。

它具有记录、处理、显示数字的功能。

（2）计量型液晶显示模块

这是一种由多位段型液晶显示器件和具有译码、驱动、计数、A/D转换功能的集成电路片组装而成的模块。

由于所用的集成电路中具有A/D转换功能，所以可以将输入的模拟量电信号转换成数字量显示出来，使用方便。

（3）计时型液晶显示模块

将一个液晶显示器件与一块计时集成电路装配在一起就是一个功能完整的计时器。

它与计数型液晶显示模块外观相似，但显示方式不同，它的数字是由两位一组两位一组的数字组成，而计数型液晶显示模块每位数字均是连续排列的。

这类模块可广泛用于家电设备上，如录音机、CD机、微波炉、电饭煲等电器上。

3.1.2点阵字符型液晶显示模块