LCD和觸摸屏基本原理與分類

1、1LCD和觸摸屏基本原理與分類2主要內(nèi)容LCD顯示原理LCD分類LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)開發(fā)觸摸屏原理與分類介紹3LCD原理介紹1. 1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾在做加熱膽甾醇苯甲酸脂結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：在145.5攝氏度時(shí)，結(jié)晶凝結(jié)成渾濁粘稠的液體，加熱到178.5攝氏度時(shí),形成了透明的液體德國(guó)物理學(xué)家萊曼用偏光顯微鏡觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種材料有雙折射現(xiàn)象，他闡明了這一現(xiàn)象并提出了“液晶”這一學(xué)術(shù)用語(yǔ)。2.液晶的形成條件: 采用降溫的方法,即將熔融的液體降溫，當(dāng)降溫到一定程度后分子的取向有序化，從而獲得液晶態(tài)有機(jī)分子溶解在溶劑中，使溶液中溶質(zhì)的濃度增加，溶劑的濃度減小，有機(jī)分子的排列有序而獲得液晶

2、3.液晶分子結(jié)構(gòu)類型：向列型膽甾型近晶型LCD原理介紹4. 液晶的電光特性液晶的電光特性 液晶同固態(tài)晶體一樣具有特異的光學(xué)各向異性。而且這種光學(xué)各向異性伴隨分子的排列結(jié)構(gòu)不同將呈現(xiàn)不同的光學(xué)形態(tài)。例如，選擇不同的初期分子取向和液晶材料，將分別得到旋光性、雙折射性、吸收二色性、光散射性等各種形態(tài)的光學(xué)特性。一旦使分子取向發(fā)生變化，這些光學(xué)特性將隨之變化，于是在液晶中傳輸?shù)墓饩褪艿秸{(diào)制。由此可見，變更分子的排列狀態(tài)即可實(shí)行光調(diào)制。 由于液晶是液體，分子排列結(jié)構(gòu)不象固態(tài)晶體那樣牢固。另一方面液晶又具有顯著的介電各向異性和自發(fā)偶極子P0。一旦給液晶層施加上電壓，則在介電各向異性和自發(fā)偶極子P0和電場(chǎng)的

3、相互作用下，分子排列狀態(tài)很容易發(fā)生變化。因此利用外加電場(chǎng)即可改變液晶分子取向，產(chǎn)生調(diào)制。這種由電場(chǎng)產(chǎn)生的光調(diào)制現(xiàn)象叫做液晶的電光效應(yīng)（electro-optic effect）。它是液晶顯示的基礎(chǔ)。45LCD原理介紹 5. LCD基本顯示原理基本顯示原理：把液晶放在兩個(gè)偏振片之間，在向列型液晶中，棒狀分子的排列是彼此平行的如果上下兩玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子將采取逐漸過渡的方式被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀6LCD原理介紹 如果有光線進(jìn)入,通過第一個(gè)偏振片后，將被液晶分子逐漸改變偏振方向.由于光線沿著分子排列的方向傳播，光線最終將從另一端射出如果兩玻璃板之間加上電壓，分子排列方向?qū)⑴c電場(chǎng)方向平行，光線由

4、于不能扭轉(zhuǎn)將不會(huì)通過第二個(gè)極板7LCD原理介紹5. LCD顯示器的基本結(jié)構(gòu)：顯示器的基本結(jié)構(gòu)：液晶顯示器是一個(gè)由上下兩片導(dǎo)電玻制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料膠框密封，盒的兩個(gè)外側(cè)貼有偏光片8LCD分類1.根據(jù)顯示圖形分類根據(jù)顯示圖形分類段式顯示模塊段式顯示模塊：段式顯示模塊主要用于顯示數(shù)字，或圍繞數(shù)字顯示。在形式上總是圍繞數(shù)字“8”的結(jié)構(gòu)變化。例如電話的來電顯示功能，只需要顯示電話號(hào)碼，這時(shí)，使用段式的顯示模塊就已經(jīng)足夠。段式顯示被廣泛應(yīng)用于便攜、袖珍設(shè)備上，例如各種數(shù)字儀表、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。字符型顯示模塊字符型顯示模塊：字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣

5、型液晶顯示模塊。用于顯示57點(diǎn)陣字符。液晶模塊內(nèi)部具有字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)，他存儲(chǔ)了兩百多個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，根據(jù)所帶的字庫(kù)的不同，CGROM可以包含里面的字符可以是：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫，也可以是常用符號(hào)、日文片假名或者其他各國(guó)的字母。每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(4lH)，顯示時(shí)控制IC自動(dòng)將4l H對(duì)應(yīng)的CGROM中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，就能在顯示屏上看到字母“A”了。這類模塊主要應(yīng)用于比較高級(jí)的家用電器、儀器儀表以及便攜設(shè)備，提供簡(jiǎn)單的信息顯示，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。常見的有0801、0802、1601、1602等。圖

6、形點(diǎn)陣顯示模塊圖形點(diǎn)陣顯示模塊：圖形點(diǎn)陣顯示模塊常用于顯示圖形和文字。該類模塊已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3、PDA、數(shù)碼相機(jī)等高端消費(fèi)類電子產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形顯示功能和漢字顯示功能。使得人機(jī)界面變得越來越直觀，尤其對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)需要有漢字和圖形顯示的用戶來說，顯示界面的友好與否，將直接影響到其產(chǎn)品的形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。9LCD分類2.根據(jù)液晶顯示原理的不同分類根據(jù)液晶顯示原理的不同分類TN（Twist Nematic）型：）型：即扭曲向列型液晶。向列型液晶夾在兩片玻璃中間，這種玻璃的表面上先鍍有一層透明導(dǎo)電薄膜ITO(氧化銦錫)以作電極之用，然后在有薄膜電極的玻璃上涂取向?qū)覲I(聚酰亞胺)，以使

7、液晶順著一個(gè)特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然狀態(tài)具有90度的扭曲，利用電場(chǎng)可使液晶分子旋轉(zhuǎn)，液晶的雙折射率隨液晶的方向而改變，結(jié)果偏振光經(jīng)過TN型液晶后偏振方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。只要選擇適當(dāng)?shù)暮穸仁蛊窆獾钠穹较騽偤酶淖?0度，就可利用兩個(gè)平行偏光片使得光剛好通過。而足夠大的電壓又可以使得液晶方向與電場(chǎng)方向平行，這樣光的偏振方向就不會(huì)改變，光就不能通過第二個(gè)偏光片 10LCD分類STN（Super TN）型：）型：和TN型結(jié)構(gòu)大體相同，只不過液晶分子扭曲180，還可以扭曲210或270等，特點(diǎn)是電光響應(yīng)曲線更好，可以適應(yīng)更多的行列驅(qū)動(dòng)。TN或STN型液晶，一般是對(duì)液晶盒施加電壓，達(dá)到一定電

8、壓值，對(duì)行和列進(jìn)行選擇，出現(xiàn)“顯示”現(xiàn)象，所以行列數(shù)越多，要求驅(qū)動(dòng)電壓越高，因此往往TN或STN型液晶要求有較高的正極性驅(qū)動(dòng)電壓或較低的副極性電壓，也因?yàn)槿绱?，TN和STN型液晶難以做成高分辨率的液晶模塊。11LCD分類TFT（Thin Film Transistor）型：）型：TFT型為薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示器件，在每個(gè)像素點(diǎn)上設(shè)計(jì)一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管，這樣就容易實(shí)現(xiàn)真彩色、高分辨率的液晶顯示器件。12LCD分類 TFT-LCD是在玻璃基片上沉積一層硅,通過印刷光刻等工序作成晶體管陣列,每個(gè)像素都設(shè)有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。再把液晶灌注在兩片玻璃之間,由于每個(gè)像素都可

9、以通過點(diǎn)脈沖直接控制，因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對(duì)獨(dú)立，并可以進(jìn)行連續(xù)控制，這樣的設(shè)計(jì)不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)可以精確控制顯示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真，稱為真彩 。對(duì)于TFT-LCD而言彩色濾光片是很重要的，利用紅，綠，藍(lán)三原色，可混合出各種不同的顏色，很多平面顯示器就是利用此原理顯示色彩，把三種顏色分成獨(dú)立的三個(gè)點(diǎn)，各自擁有不同的灰階變化，然后把臨近的三個(gè)RGB顯示的點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)像素13LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)1.液晶顯示模塊的接口液晶顯示模塊的接口 在嵌入式的主流 LCD屏中主要支持兩大類的硬件接口，一種是常見的RGB接口（ RGB-LCD ），另外一種是MCU接口（ MCU-LCD ）。

10、后面因?yàn)樽钤缡轻槍?duì)單片機(jī)的領(lǐng)域在使用，因此得名。14LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)2. MCU-LCD 接口接口主要又可以分為M8080模式和I6800模式，主要區(qū)別是時(shí)序M6800模式：模式：M6800模式支持可選擇的總線寬度8/9/16/18-bit（默認(rèn)為8位），其實(shí)際設(shè)計(jì)思想是與I80的思想是一樣的，主要區(qū)別就是模式的總線控制讀寫信號(hào)組合在一個(gè)引腳上（/WR），而增加了一個(gè)鎖存信號(hào)(E)數(shù)據(jù)位傳輸有8位，9位，16位和18位。I8080模式：模式：I80模式連線分為：CS/，RS(寄存器選擇），RD/，WR/，再就是數(shù)據(jù)線了。優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單方便，無需時(shí)鐘和同步信號(hào)。缺點(diǎn)是：要耗費(fèi)RAM，所以難

11、以做到大屏。15LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)12864接口（M6800時(shí)序） 320240接口（I8080時(shí)序）LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)3. MCU-LCD模塊的驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)1）LCD模塊內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)16C8051F020 RA8835Common driver X3P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P4.0P4.7/WR/RD/CSA0/RESDB0DB7Segment driver X4LCD PANEL 320*240 dots320240行驅(qū)動(dòng)列驅(qū)動(dòng) LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)2）操作時(shí)序?qū)憰r(shí)序17LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)3）屏幕與顯存地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系320240像素點(diǎn)與顯存的地址關(guān)系18SEG1SE

12、G8SEG9SEG16SEG305SEG312SEG313SEG320COM100H01H26H27HCOM228H29H4EH4FHCOM2392530H2531H2557H2558HCOM2402559H255AH257FH2580HLCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)1912864屏幕顯示漢字與DDRAM地址關(guān)系往相應(yīng)地址空間里連續(xù)寫2字節(jié)入想要顯示的漢字的索引碼或者想要顯示的字符的ASIIC碼即可顯示漢字或字符LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)2012864像素點(diǎn)與GDRAM地址關(guān)系想要在屏幕上顯示圖形需要向繪圖RAM中寫數(shù)據(jù)步驟為：1）先將垂直的字節(jié)坐標(biāo)寫入繪圖RAM地址2）再將水平的字節(jié)坐標(biāo)寫入繪圖RAM地址3

13、）將D15-D8寫入到RAM（第一字節(jié)）4）再將D7-D0寫入到RAM （第二字節(jié)）LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)4）操作指令集12864部分指令集通過指令設(shè)置LCD工作模式、光標(biāo)、地址增減等21LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)5）最基本的繪圖函數(shù)打點(diǎn)函數(shù)的算法打點(diǎn)的前提是先知道要打的點(diǎn)在液晶屏中所處的位置，故設(shè)所打點(diǎn)在液晶屏中的坐標(biāo)為（x,y）,其中x為所打點(diǎn)在液晶屏中所處的行數(shù)（從上往下數(shù)，第一行對(duì)應(yīng)的x為0，往下依次加1，320*240的液晶屏中x最大為239），y為所打點(diǎn)在液晶屏中的列數(shù)（從左往右數(shù)，第一列對(duì)應(yīng)的y為0，往右依次加1，320*240的液晶屏中y最大為319）。令bnum=y%8, 每個(gè)字節(jié)為

14、8位，故bunm表示所打的點(diǎn)在液晶屏中所在字節(jié)里的從左邊數(shù)在該字節(jié)中的位置，bitmask =7-bnum，把液晶屏的每行以8個(gè)字節(jié)分成各個(gè)位，每次執(zhí)行寫命令時(shí)是從高位向低位寫，故bitmask表示所打的點(diǎn)在液晶屏中所在字節(jié)的從右邊數(shù)在該字節(jié)中的位置。在320*240的液晶屏中每8位作為1個(gè)字節(jié)來執(zhí)行寫命令寫入數(shù)據(jù)，故每行有320/8=40個(gè)字節(jié)，令l=x*40+y/8,l表示所打的點(diǎn)在液晶屏中所處第幾個(gè)字節(jié)，這樣我們可以由l來計(jì)算要打的點(diǎn)在寄存器中的地址。例上表，如果每行有4個(gè)字節(jié)，要在第3行，第12列打點(diǎn)，即x=2,y=11。2201234567891011 LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)4. RG

15、B-LCD模塊的驅(qū)動(dòng)（模塊的驅(qū)動(dòng)（ TFT型）1）LCD控制器基本結(jié)構(gòu)REGBANK是LCD控制器的寄存器組，含有17個(gè)寄存器及一塊256*16調(diào)色板內(nèi)存，用來設(shè)置各種參數(shù)。LCDCDMA則是LCD專用的DMA通道，可以自動(dòng)的從系統(tǒng)總線上取到圖像數(shù)據(jù)，這使得圖像顯示時(shí)不需要CPU的干涉。VIDPRCS將DMA從系統(tǒng)總線上取到的數(shù)據(jù)組合成特定的格式然后從VD23:0發(fā)送到LCD屏。同時(shí)TIMEGEN、LPC3600負(fù)責(zé)產(chǎn)生LCD屏所需要的控制時(shí)序（VCLK、HSYNC、VSYNC、VDEN），然后從VIDEO MUX送給LCD屏。23LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)2）LCD控制器時(shí)序24a. VSYNC信

16、號(hào)有效時(shí)，表示一幀數(shù)據(jù)的開始b. HSYNC有效時(shí)，表示一行數(shù)據(jù)的開始c.VCLK(HZ)=HCLK/(CLKVAL+1)*2LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)3)RGB LCD控制器支持單色(1BPP),4級(jí)灰度(2BPP),16級(jí)灰度(4BPP),256色(8BPP)的調(diào)色板顯示模式。還支持64K(16BPP)和16M非調(diào)色板顯示模式。a、16M(24BPP)色使用24位的數(shù)據(jù)來表示一個(gè)像素的顏色，每種原色使用8位。LCD控制器從內(nèi)存中獲得某個(gè)像素的24位顏色值后，直接通過VD23:0發(fā)送給LCD。25LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)26LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)b、16M(24BPP)色 使用16位的數(shù)據(jù)庫(kù)來表示一個(gè)像

17、素的顏色。這16位又分有兩種：5:6:5 和5:5:5:1 27LCD驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用函數(shù)2829 1、觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分：觸摸檢測(cè)裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測(cè)裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。 觸摸屏技術(shù)也經(jīng)歷了從低檔向高檔逐步升級(jí)和發(fā)展的過程。根據(jù)其工作原理，其目前一般被分為四大類：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏。 1）電阻式觸摸屏 。電阻觸摸屏的屏體部分是一塊多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃

18、作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層(ITO膜)，上面再蓋有一層外表面經(jīng)過硬化處理、光滑防刮的塑料層。它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開。 29觸摸屏介紹30 當(dāng)接觸屏幕時(shí)，兩層 ITO發(fā)生接觸，電阻發(fā)生變化，控制器根據(jù)檢測(cè)到的電阻變化來計(jì)算接觸點(diǎn)的坐標(biāo)，再依照這個(gè)坐標(biāo)來進(jìn)行相應(yīng)的操作，因此這種技術(shù)必須是要施力到屏幕上，才能獲得觸摸效果。 電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線等類型。五線電阻觸摸屏的外表面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，這種導(dǎo)電玻璃的壽命較長(zhǎng)，透光率也較高，價(jià)格與同規(guī)格的四線式相比要貴一些。 電阻式觸摸屏的ITO涂層若太

19、薄則容易脆斷，涂層太厚又會(huì)降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度。由于經(jīng)常被觸動(dòng)，表層ITO使用一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，因此其壽命并不長(zhǎng)久。電阻式觸摸屏價(jià)格便宜且易于生產(chǎn)。四線式、五線式以及七線、八線式觸摸屏的出現(xiàn)使其性能更加可靠, 同時(shí)也改善了它的光學(xué)特性。 30觸摸屏介紹31四線電阻式觸摸屏原理 觸摸示意 等效電阻 內(nèi)部接線32四線電阻式觸摸屏原理 2、測(cè)量原理。在觸摸點(diǎn)X、Y坐標(biāo)的測(cè)量過程中，測(cè)量電壓與測(cè)量點(diǎn)的等效電路圖如下所示，圖中P為測(cè)量點(diǎn) XVYY3333觸摸屏介紹 2）電容式觸摸屏 。電容式觸摸屏的四邊均鍍上了狹長(zhǎng)的電極，其內(nèi)部形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。觸摸屏上貼有一層透明的薄

20、膜層，它是一種特殊的金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)用戶觸摸電容屏?xí)r，用戶手指和工作面形成一個(gè)耦合電容，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，于是手指會(huì)吸走一個(gè)很小的電流，這個(gè)電流分別從屏的四個(gè)角上的電極中流出；且理論上流經(jīng)四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過對(duì)四個(gè)電流比例的精密計(jì)算，即可得出接觸點(diǎn)位置。 34觸摸屏介紹 盡管不像電阻式應(yīng)用那么廣, 電容式觸摸屏也是受歡迎的供選類型。這類設(shè)備精確、反應(yīng)快，尺寸稍大時(shí)也有較高分辨率, 更耐用(抗刮擦), 因而適合用作游戲機(jī)的觸摸屏。而且，新出現(xiàn)的近場(chǎng)成像技術(shù)改良了電容式觸摸屏的性能, 減弱了在它和電阻式觸摸屏中可能出現(xiàn)的漂移現(xiàn)象。 3）紅外線式觸摸屏 。紅外觸摸屏的四邊排布了紅外發(fā)射管和紅外接收管，它們一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，控制器通過計(jì)算即可判斷出觸摸點(diǎn)的位置。 紅外觸摸屏也同樣不受電流、電壓和靜電干擾，適宜于某些惡劣的環(huán)境。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便，可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。此外，由于沒有電容充放電過程，響應(yīng)速度比電容式快，但分辨率較低。35觸摸屏介紹 4）表面聲波觸摸屏 。這種觸摸屏的顯示屏四角分別設(shè)有超聲波發(fā)射換能器及接收換能器，能發(fā)出一種超聲波并覆蓋屏幕表面。當(dāng)手指碰觸顯