TFT-LCD顯示驅(qū)動電路設(shè)計.doc

目 錄1 選題背景11.1 TFT-LCD的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 課設(shè)基本內(nèi)容及要求21.2.1 硬件電路設(shè)計21.2.2 驅(qū)動設(shè)計21.2.3 基本要求22 方案論證22.1 總體設(shè)計22.2 顯示原理32.2.1 LCD器件結(jié)構(gòu)32.2.2 液晶顯示原理32.2.3 TFT元件的工作原理43 過程論述63.1 控制電路設(shè)計63.1.1 時鐘電路設(shè)計73.1.2 復(fù)位電路設(shè)計73.1.3 液晶模塊驅(qū)動83.2 軟件部分設(shè)計83.2.1 主程序93.2.2 初始子化程序93.2.3 顯示子程序94 系統(tǒng)調(diào)試104.1 硬件調(diào)試104.2 軟件調(diào)試115 總結(jié)11參 考 文 獻13附錄1 原理圖14附錄2 源程序151 選題背景1.1 TFT-LCD的發(fā)展現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)的發(fā)展及其產(chǎn)品的迅速普及，全球數(shù)字化技術(shù)的迅速推進，促進了信息技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起。顯示器集電子、通信和信息處理技術(shù)于一體，被認為是電子工業(yè)在微電子、計算機之后的又一重大發(fā)展機會，具有廣闊的市場好良好的機遇。各種平板顯示技術(shù)成為研究開發(fā)的熱點，其中薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）是目前唯一在亮度、對比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過CRT的顯示器件。它的性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好，自動化程度高，原料成本低廉，發(fā)展空間廣闊，已迅速成為新世紀的主流產(chǎn)品，是21世紀全球經(jīng)濟增長的一個亮點。 本文圍繞設(shè)計以單片機作為LCD液晶顯示系統(tǒng)控制器為主線，基于單片機AT89C51，采用的液晶顯示控制器的芯片是SED1520，主要實現(xiàn)由按鍵控制的中文顯示、圖片顯示、滾屏以及左右移動功能。同時也對部分芯片和外圍電路進行了介紹和設(shè)計，并附以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖加以說明，著重介紹了本系統(tǒng)應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程，并詳細闡述了程序的各個模塊。本系統(tǒng)是以單片機的C語言來進行軟件設(shè)計，指令的執(zhí)行速度快，可讀性強。1.2 課設(shè)基本內(nèi)容及要求 題目：64*128 TFT-LCD顯示驅(qū)動電路設(shè)計 1.2.1 硬件電路設(shè)計 (1) 顯示器與驅(qū)動IC（電路）間的接口電路設(shè)計； (2) 驅(qū)動IC（電路）與MCU間的接口電路設(shè)計； (3) 驅(qū)動IC、MCU的外圍電路設(shè)計。 1.2.2 驅(qū)動設(shè)計 (1) 初始化程序設(shè)計 (2) 顯示實例設(shè)計 (3) 硬件電路與驅(qū)動程序的聯(lián)調(diào)、仿真 (4) 實物制作與測試 1.2.3 基本要求 (1) 具有從下向上的滾動顯示功能； (2) 實現(xiàn)64bit級灰度調(diào)制； (3) 支持SPI接口； (4) 完成控制電路、柵驅(qū)動電路、源驅(qū)動電路設(shè)計； (5) 給出柵、源驅(qū)動信號仿真波形； (6) 顯示內(nèi)容自擬； (7) 驅(qū)動電流可調(diào)節(jié)； (8) 供電電壓： 數(shù)字模塊：1.653.3V； 模擬模塊：515V；2 方案論證2.1 總體設(shè)計 AT89C51芯片 行驅(qū)動器組 LCD 液晶顯示屏 列驅(qū)動列組8k RAM圖2-1 系統(tǒng)框圖2.2 顯示原理2.2.1 LCD器件結(jié)構(gòu)液晶顯示器件從結(jié)構(gòu)上說，屬于平板顯示器件。其基本結(jié)構(gòu)，呈平板形。它主要由前后偏振片、前后玻璃片、封接邊及液晶等幾大部件組成。當(dāng)然，不同類型的液晶顯示器件其部分部件可能會有不同，但是所有液晶顯示器件都可以認為是由兩片光刻有透明導(dǎo)電電極的基扳，夾持一個液晶層，封接成一個偏平盒，有時在外表面還可能貼裝上偏振片等構(gòu)成。2.2.2 液晶顯示原理液晶是分子排布或指向具有某種規(guī)律、介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。它具有液體的流動性和晶體的雙折射性，并且在電場的作用下會改變其分子排列。液晶的特點是構(gòu)成液晶的分子指向有規(guī)律，而分子之間的相對位置無規(guī)律，前者使液晶具有晶體才具有的各向異性，后者使之具有液體才具有的流動性。液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性，在通電時導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，從而光線容易通過，不通電時，排列則變得無序，從而阻止光線通過。如圖2-2所示： TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當(dāng)光源照射時，先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子來傳導(dǎo)光線。由于上下火層的電極為TFT電極和公共電極，在TFT電極導(dǎo)通時，液晶分子的排列狀態(tài)同樣會發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由于TFT晶體管具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到TFT電極下一次再加電改變其排列方式為止。圖2-2 液晶顯示原理圖 從電子學(xué)角度闡述液晶顯示器件的顯示原理為:在外加電場的作用下具有偶極矩的液晶棒狀分子在排列狀態(tài)上發(fā)生變化，使得通過液晶顯示器件的光被調(diào)制，從而呈現(xiàn)或明或暗、透過與不透過的顯示效果。液晶顯示器件中的每個顯示像素都可以單獨被電場控制，不同的顯示像素按照驅(qū)動信號的控制在顯示屏上合成各種圖像，液晶顯示驅(qū)動的功能就是建立這種電場。 液晶顯示有三大優(yōu)點:液晶本身不發(fā)光，只是反射環(huán)境光;用十顯示的液晶的厚度一般在幾十微米以下，加上電極板也只有幾毫米，所以液晶元件一般薄而且輕，應(yīng)用十分方便;液晶顯示器耗電量一般極低，基本上不耗電能。2.2.3 TFT元件的工作原理 TFT-LCD的象元由陣列基板側(cè)面的液晶象元電極，公共電極以及封閉在兩者之間的液晶構(gòu)成，象元通過一個薄膜晶體管控制加到其上的電壓，如圖2-2所示：TFT-LCD的每個象素都是一個薄膜晶體管，其具有存儲的特性，且其存儲時間的長短取決于TFT關(guān)態(tài)電阻和液晶象素的電容，存貯電容的RC常數(shù)。因此，TFT-LCD的驅(qū)動方式不同于TN和STN。 TFT-LCD的象素在顯示系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示:當(dāng)掃描驅(qū)動器施加給掃描電極一個選擇電壓時，TFT-LCD顯示的灰度級由數(shù)據(jù)驅(qū)動器的電壓和存儲在象元上的電壓決定。即當(dāng)TFT的柵極G與源極S未選通時，TFT處于截止態(tài)，源極S與漏極D之間相當(dāng)于開路，外電路電壓不會施加到液晶像素上。當(dāng)行掃描信號選通了某一行所有TFT的柵極G后，源掃描信號依次選通此行上TFT的源極S。行掃描信號和源掃描信號同時選通的TFT 圖2-3 TFT-LCD的象元結(jié)構(gòu)將被打開，源、漏極之間導(dǎo)通。源掃描信號即數(shù)據(jù)信號寫入液晶像素和補償電容Cs。因為液晶像素與補償電容對電荷的存儲特性，在TFT截止后，寫入的數(shù)據(jù)信號會保存一段時間。可以設(shè)定這個保存時間為半幀周期，下半幀時，改變寫入信號的極性，即可保證液晶像素處于交流驅(qū)動狀態(tài)。 圖2-4 TFT-LCD象元在顯示系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)FYD12864-0402B是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。3 過程論述3.1 控制電路設(shè)計 圖3-1 控制電路AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。管腳說明 ：內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 ：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效。 ：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。RST：復(fù)位輸入。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.1 時鐘電路設(shè)計時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。如圖3-2所示:圖3-2 晶振電路3.1.2 復(fù)位電路設(shè)計對單片機而言，復(fù)位功能是必須存在的，因為單片機每一次啟動都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件都處于初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始進行工作。復(fù)位電路有上電復(fù)位電路和開關(guān)復(fù)位電路等。本設(shè)計采用的是上電復(fù)位電路。如3-3所示，當(dāng)端通電時，復(fù)位電路通過電容給RST端加一個高電平，此高電平信號隨對電容的充電而逐漸降低，因此要保證電容的充電時間足夠長來完成復(fù)位功能。圖3-3 復(fù)位電路3.1.3 液晶模塊驅(qū)動表3-1 液晶模塊驅(qū)動引腳編號符號引腳說明編號符號引腳說明1FG構(gòu)造地11D0Data I/O2VSS電源地12D1Data I/O3VDD電源正極13D2Data I/O4VO液晶顯示偏壓調(diào)節(jié)14D3Data I/O5寫信號15D4Data I/O6讀信號16D5Data I/O7使能信號17D6Data I/O8數(shù)據(jù)/命令選擇端18D7Data I/O9VEELCD驅(qū)動電源19FS1字體選擇10復(fù)位端 圖3-4 液晶顯示電路3.2 軟件部分設(shè)計顯示屏軟件模塊：初始化程序、主程序、多字滾動、顯示程序、掃描程序。顯示程序的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。軟件設(shè)計中，顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成LCD顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動器程序由定時器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。開始3.2.1 主程序初始化調(diào)用顯示程序調(diào)整數(shù)據(jù)指針是否顯示完畢 N Y圖3-5 主程序流程圖3.2.2 初始子化程序開始 復(fù)位顯示起始行開顯示設(shè)置開顯示返回圖3-6 初始化子程序流程圖3.2.3 顯示子程序顯示驅(qū)動程序在進入中斷后首先要對定時器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計算公式如下： 刷頻率（幀頻）=溢= （3-1）其中f位晶振頻率，t為定時器T0初值（工作在16位定時器模式）。然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，重新打開顯示。開始 初始化，寫入顯示設(shè)置命令延時檢查忙信號BF=0 N讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)延時寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示完畢 N結(jié)束 Y圖3-7 顯示子程序流程圖4 系統(tǒng)調(diào)試4.1 硬件調(diào)試要注意將設(shè)計電路模塊化，可一步一步分塊進行調(diào)試，這樣能夠更快找出錯誤所在的地方。4.2 軟件調(diào)試編寫程序時需用到Keil軟件，輸入自己的姓名、學(xué)號，生成字模，得到對應(yīng)的程序。然后將所有的程序編譯完畢后在protues軟件上進行仿真。得到如下圖所示的仿真結(jié)果： 圖4-1 仿真結(jié)果（1） 圖4-2 仿真結(jié)果（2）5 總結(jié)在本次課程設(shè)計中，硬件的設(shè)計需要我們自己動手，軟件的編程也要我們不斷的調(diào)試，這就要求我們要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調(diào)試，掌握其方法，這樣才能事半功倍，為我們節(jié)省出大量的時間。在這次課程設(shè)計過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。加強了我思考問題的完整性和實際生活聯(lián)系的可行性的能力。還鍛煉我們個人的查閱技術(shù)資料的能力，動手能力，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。并且使我掌握了有關(guān)器件的性能及測試方法，這對我今后的學(xué)習(xí)或者工作都有很大的幫助。當(dāng)然，在這過程中也難免出現(xiàn)了一些問題，比如由于對課本理論的不熟悉或粗心導(dǎo)致編程編寫錯誤，最后仿真結(jié)果出不來。這讓我懂得了，作為一名設(shè)計工作者或是一名工程技術(shù)人員，要求具備的首要素質(zhì)絕對應(yīng)該是嚴謹。只有以嚴謹?shù)膽B(tài)度對待我們的工作，才能少出錯。在做人上，我認識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。參 考 文 獻1 戴亞翔.田民波. TFT-LCD面板的驅(qū)動與設(shè)計M. 清華大學(xué)出版社,20082 李廣弟. 單片機基礎(chǔ)M. 北京航空航天大學(xué)出版社，19943 趙曉安. MCS-51單片機原理及應(yīng)用M. 清華大學(xué)出版社，2001 4 何欽銘.顏輝. C語言程序設(shè)計M. 高等教育出版社，20085 周潤景. 基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真M. 北京航空航天大學(xué)出版社，2006附錄1 原理圖附錄2 源程序 #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define width 30 /顯示區(qū)寬度#define addr_w 0x0000 /文本顯示區(qū)首地址#define addr_t 0x00f0 /圖形顯示區(qū)首地址#define data_ora P0 /并行I/Osbit wr =P36; /Data Write into T6963C,低有效sbit rd =P37; /Data Read from T6963C,低有效sbit ce =P27; /使能信號，低有效sbit cd =P20; /指令數(shù)據(jù)控制，cd=H指令存取，cd=L數(shù)據(jù)存取sbit rst=P24; /Lcm reset,低有效sbit fs =P25; /字體選擇,H:6*8點陣;L:8*8點陣 /外部中斷1測試圖片顯示sbit bf0 =P10; /狀態(tài)位sbit bf1 =P11;/狀態(tài)位sbit bf3 =P13;/狀態(tài)位/*-測試狀態(tài)-*/void chk_busy (uchar autowr) data_ora=0xff; cd=1; wr=1; rd=0; if(autowr) while(bf3=0); else while(bf0=0)|(bf1=0); rd=1;/*-延時子程序-*/void delay (uint us)while(us-);void delay1 (uint ms)uint i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j8; wr_data(datl); wr_data(dath); wr_comm(comm);void wr_auto (uchar dat) /自動寫數(shù)據(jù) chk_busy (1); cd=0; rd=1; data_ora=dat; wr=0; wr=1;uchar code tab3=/*- 宋體,寬x高=16x16 -*/0x00,0x00,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x01,0x00,0x01,0x00,0xFF,0xFE,0x02,0x80,0x04,0x40,0x08,0x20,0x30,0x18,0xC0,0x06,/*吳,0*/0x02,0x00,0x01,0x00,0x7F,0xFE,0x40,0x02,0x91,0x14,0x09,0x20,0x01,0x00,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x50,0x10,0x20,/*宵,1*/0x10,0x10,0xFE,0xFE,0x10,0x10,0x7C,0x7C,0x10,0x10,0xFE,0xFE,0x10,0x10,0x3F,0xF8,0x00,0x08,0x1F,0xF8,0x00,0x08,0x3F,0xF8,0x01,0x00,0x48,0x84,0x48,0x12,0x87,0xF2,/*慧,2*/0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x3F,0xF8,0x21,0x08,0x21,0x08,0x21,0x08,0x3F,0xF8,0x21,0x08,0x21,0x08,0x21,0x08,0x3F,0xF8,0x21,0x0A,0x01,0x02,0x01,0x02,0x00,0xFE,/*電,3*/0x00,0x00,0x7F,0xF8,0x00,0x10,0x00,0x20,0x00,0x40,0x01,0x80,0x01,0x00,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x05,0x00,0x02,0x00,/*子,4*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x08,0x3C,0x38,0x42,0x08,0x42,0x08,0x02,0x08,0x04,0x08,0x18,0x08,0x04,0x08,0x02,0x08,0x42,0x08,0x42,0x3E,0x3C,0x00,0x00,0x00,0x00,/*13,5*/0x00,0x00, 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