LCD液晶顯示與驅(qū)動(dòng)

1、LCD液晶顯示與驅(qū)動(dòng)液晶顯示器簡(jiǎn)稱 LCD（Liquid Crystal Display）。這類顯示器具有體積小，重量輕，功耗極低,顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中有著日益廣泛的應(yīng)用。1丄CD的結(jié)構(gòu)和工作原理液晶顯示器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。LCD是通過(guò)在上、下玻璃電極之間封入液晶材料,利用晶體分子排列和光學(xué)上的偏振原理產(chǎn)生顯示效果的。同時(shí)，上、下電極的電平狀態(tài)將決定LCD的顯示內(nèi)容，根據(jù)需要，將電極做成各種文字、數(shù)字、圖形后，就可以獲得各種狀態(tài)顯示。通常情況下，圖中的上電極又稱為段電極，下電極又稱為背電極。2LCD的分類及特點(diǎn)LCD顯示器有段式和點(diǎn)陣式兩種，點(diǎn)陣式又可分為字符型和圖像型。段式

2、LCD顯示器類似于LED數(shù)碼管顯示器。每個(gè)顯示器的段電極包括a、b、c、d、e、f和g七個(gè)筆畫（筆段）和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)dp?？梢燥@示數(shù)字和簡(jiǎn)單的字符 ，每個(gè)數(shù)字和字符與其 字形碼（段碼）對(duì)應(yīng)。點(diǎn)陣式LCD顯示器的段電極與背電極呈正交帶狀分布（如圖2所示），液晶位于正交的帶狀電極間。點(diǎn)陣式LCD的控制一般采用行掃描方式，如圖3所示為顯示字符“ A”的情況。通 過(guò)兩個(gè)移位寄存器控制所掃描的點(diǎn)。圖中的移位寄存器1控制掃描的行位置，同一時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)據(jù)位為“ 1” ,相對(duì)應(yīng)的行處于被掃描狀態(tài)，這時(shí),移位寄存器2可以將相應(yīng)的列數(shù)據(jù)送 入點(diǎn)陣中，這樣逐行循環(huán)掃描，可以得到顯示的結(jié)果為字符“ A”。XIX2X3

3、Y1 2 Y3 Y4 電極ETTJ圖2點(diǎn)陣式LCD顯示器的正交帶狀分布DE=0111tl 1000111 = 10001IF-Hillil = 10001lAWtxnl) = 10Wl圖3點(diǎn)陣式LCT）顯示“ A的情況rrn3丄CD液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)在LCD的段電極與背電極間施加電壓 （通常為 4或5V）,可使該段呈黑色，這樣，可以實(shí) 現(xiàn)顯示。但是，所施加的電壓必須周期地改變極性 ，否則LCD中將發(fā)生化學(xué)變化，并導(dǎo)致液晶 的損壞。因此在段電極與背電極間應(yīng)有一個(gè)周期改變極性的電壓；例1 使用MCS-51直接控制兩位LCD顯示器，設(shè)計(jì)其硬件連線和顯示程序。MCS-51直接控制兩位LCD顯示器的線路連

4、接如圖 4所示。UDIICCQjlbcdefgdp!AHCDEFGDP圖4 MCS-51直接控制兩位LCD的線路連接使用MCS-51的P1 口控制顯示十位數(shù)的 LCD的段電極和背電極；P2端口控制顯示個(gè)位數(shù) 的LCD的段電極和背電極。使用一個(gè)定時(shí)器來(lái)劃分驅(qū)動(dòng)電壓的半周期。LCD的驅(qū)動(dòng)電壓重復(fù)頻率應(yīng)介于30100Hz之間，若以12ms作為半周期，則頻率應(yīng)等于42Hz，如果晶振頻率為3.58MHz，則定時(shí)器初值應(yīng) 等于 85536-3580,即 0F204H。MCS-51通常處于空閑方式下，定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷，使MCS-51退出空閑方式，定時(shí)器中 斷服務(wù)程序應(yīng)包括以下兩點(diǎn)：重置定時(shí)器初值；使LCD

5、各段的電壓反相。中斷服務(wù)子程序清單如下：ITT : MOV TLI,#04HMOV THl,#0F2HXRL P1,#0FFHXRL P2,#0FFHRET此程序中P1 口和P2 口的內(nèi)容與1進(jìn)行異或，達(dá)到了電壓取反的目的。為了更新顯示的內(nèi)容，將通過(guò)查表法獲得字符的段碼。在段碼表中 ，顯示的段用1表示, 不顯示的段用0表示,背電極也為低電平 0。要顯示的內(nèi)容以 BCD形式存放在片內(nèi) RAM的顯 示緩沖單元BCDV中 ,查表操作根據(jù)BCD直的低半字節(jié)進(jìn)行。另外,在向LCD寫入新段碼期間, 應(yīng)關(guān)閉定時(shí)器中斷。顯示更新子程序清單如下：DISP:CLR。ET1;關(guān)定時(shí)器1中斷MOVDPTR,#TABL

6、E;段表首地址MOVA,BCDV;要顯示的數(shù)送ASWAPA;先顯示十位數(shù)ANLA,#0FH;屏敝個(gè)位數(shù)MOVCA,A+DPTR;查表MOVP1,A;更新十位數(shù)MOVA,BCDV;讀要顯示的數(shù)ANLA,#OFH;屏敝十位數(shù)MOVCA,A+DPTR;查表MOVP2,A;更新個(gè)位數(shù)SETBET1;開定時(shí)器1中斷REt5子程序結(jié)束TABLEDB 3FH,06H,5BH,4FH,67H ;段數(shù)據(jù)表此程序中,TABLE為段表首地址，此表中數(shù)據(jù)的最高位均為 0,這樣,可以確保背電極為低電平0。4LCD顯示模塊上一個(gè)例子介紹了單片機(jī)直接控制LCD顯示器的接口。其硬件連接雖然簡(jiǎn)單，但需占用較多的I/O口線。在實(shí)

7、際應(yīng)用中，還有許多更為有效的 LCD顯示器接口方式，包括使用專用 的LCD顯示驅(qū)動(dòng)器和 LCD顯示模塊等方法。其中 丄CD顯示模塊(Liquid Crystal Dispay Module,簡(jiǎn)稱LCM)是把LCD顯示屏、背景光源、線路板和驅(qū)動(dòng)集成電路等部件構(gòu)造成一個(gè)整 體作為一個(gè)獨(dú)立部件使用，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。LCD顯示模塊只留一個(gè)接口與外部通信。 顯示模塊通過(guò)這個(gè)接口接收顯示的命令和數(shù)據(jù)，并按指令和數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行顯示；外部電路通過(guò)這個(gè)接口讀出顯示模塊的工作狀態(tài)和顯示數(shù)據(jù)。LCD顯示模塊一般帶有內(nèi)部顯示RAM和字符發(fā)生器，只要輸入ASCII碼就可以進(jìn)行顯示。 1LCDfB 制 器fcs-X

8、4腿旃器g顯示器圖5 LCD顯示模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LCD顯示模塊可分為：LCD段式顯示模塊 丄CD字符型顯示模塊 丄CD圖形顯示模塊三類。 每類顯示模塊都有多種不同的產(chǎn)品可供選用。HD44780各引腳功能定義如表1所示。引腳號(hào)功能簡(jiǎn)介PINIVss接電源地線PIN2:Vcc接+5V電源PIN3Vo液晶灰度調(diào)整，使用可變電阻調(diào)整，通常接地PIN4RS奇存器選擇：輸入低電平選擇指令奇存器；輸入高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器PIN5R/W讀寫選擇：輸入低電平為寫操作輸入高電平為讀操作PIN6E使能信號(hào)輸入PIN7PINl4DB（DB7數(shù)據(jù)總線，雙向，二態(tài)HD44780字符顯示模塊是較常用的LCD顯示模塊。每個(gè)HD

9、44780可控制的字符可達(dá)每行80個(gè)字符，并且具有驅(qū)動(dòng)16X 40點(diǎn)陣的能力。HD44780型LCD顯示模塊具有其自身的 11條 指令構(gòu)成的指令系統(tǒng)，用戶對(duì)模塊寫入適當(dāng)?shù)目刂泼?即可完成清屏、顯示、地址設(shè)置等操 作。例如，向顯示模塊的口地址中寫入 #01H即可實(shí)現(xiàn)清顯示器功能。例2設(shè)計(jì)MCS-51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)HD4780顯示模塊的線路連接。MCS-51單片機(jī)與HD44780顯示模塊的線路連接如圖6所示。HD44780顯示模塊使用MCS-51單片機(jī)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。此圖中單片機(jī)的P1 口與HD44780的數(shù)據(jù)線相連,HD44780的R7 W端信號(hào)由 MCS-51的P3.5提供,HD44780的通訊允許信號(hào) E由MCS-51的P3.