單片機(jī)與液晶顯示 沒有用

1、單片機(jī)與液晶顯示器1 液晶顯示器件（LCD）什么是液晶？液晶的發(fā)現(xiàn)液晶的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀(jì)末，1888年奧地利的植物學(xué)家FReinitzer在作加熱膽甾醇的苯甲酸脂實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱使溫度升高到一定程度后，結(jié)晶的固體開始深解。但溶化后不是透明的液體，而是一種呈混濁態(tài)的粘稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當(dāng)再進(jìn)一步升溫后，才變成透明的液體。這種混濁態(tài)粘稠的液體是什么呢？他把這種粘稠而混濁的液體放到偏光顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。于是德國物理學(xué)家DLeimann將其命名為“液晶”，簡稱為“LC”。在這以后用它制成的液晶顯示器件被稱為LCD。液晶態(tài)是物質(zhì)的一種形態(tài)液晶實(shí)際上是物質(zhì)的一

2、種形態(tài)，也有人稱其為物質(zhì)的第四態(tài)。液晶分為兩大類：溶致液晶和熱致液晶。前者要溶解在水或有機(jī)溶劑中才顯示出液晶態(tài)，后者則要在一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)出液晶狀態(tài)。作為顯示技術(shù)應(yīng)用的液晶都是熱致液晶。1.1、液晶基本知識1. 互變相變（可逆相變）2. 單變相變液晶分類（按熱致液晶分子排列狀態(tài)）向列相液晶（Nematic）又稱絲狀液晶 向列液晶在偏光顯微鏡下的圖向列型液晶由長徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。因?yàn)榉肿拥闹匦碾s亂無序，并容易順著長軸方向自由移動，所以像液體一樣富于流動性。正由于向列型液晶分子的這種一致排列，使得它的光學(xué)特性很像單軸晶體，呈正的雙折射性。對外界的電、磁、溫度、

3、應(yīng)力都比較敏感，是顯示器件上廣泛使用的材料。近晶相液晶（Smectic）又稱層狀液晶 隧道顯微鏡下的近晶相層狀液晶近晶相液晶按層狀排列，由棒狀或條狀分子呈二維有序排列組成。層內(nèi)分子長軸相互平行，其方向可以垂直于層面或與層面成傾斜排列。層與層之間的作用較弱，容易滑動，因此具有二維的流動特性。近晶相液晶的粘度與表面張力都較大，用手摸有似肥皂的滑澀感，對外界的電、磁、溫度變化都不敏感。這種液晶光學(xué)上顯示正的雙折射性。 膽甾相液晶（Cholestevic），也稱螺旋狀液晶 膽甾型液晶和近晶型一樣具有層狀結(jié)構(gòu)，但層內(nèi)分子排列則與向列型液晶類似，分子長軸在層內(nèi)是相互平行的，而在垂直這個平面上，每層分子都會

4、旋轉(zhuǎn)一個角度。液晶整體呈螺旋結(jié)構(gòu)。螺距的長度是可見光波長的數(shù)量級。由于膽甾型液晶的分子排列旋轉(zhuǎn)方向可以是左旋，也可以是右旋，當(dāng)螺距與某一波長接近時，會引起這個波長光的布拉格散射，呈某一種色彩。膽甾型液晶具有負(fù)的雙折射性質(zhì)。一定強(qiáng)度的電場、磁場也可使膽甾相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢嘁壕?。膽甾相液晶易受外力的影響，特別對溫度敏感，由于溫度主要引起螺距的改變，因此膽甾相液晶隨溫度改變顏色。 3.2、液晶的光電特性（1）液晶的各向異性P型液晶 （0）正介電各向異性液晶N型液晶（0，即向列液晶一般都呈現(xiàn)正單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)。膽甾型液晶具有負(fù)單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，這是因?yàn)椋阂壕骷诘娜N光學(xué)特性 由于液晶具有單

5、軸晶體的光學(xué)各向異性，所以具有以下光學(xué)特性：1）能使入射光沿液晶分子偶極矩的方向偏轉(zhuǎn)；2）使入射的偏光狀態(tài)，及偏光軸方向發(fā)生變化；3）使入射的左旋及右旋偏光產(chǎn)生對應(yīng)的透過或反射。 液晶器件基本就是根據(jù)這三種光學(xué)特設(shè)計(jì)制造的。（3）液晶的電光效應(yīng)液晶材料在施加電場（電流）時，其光學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為液晶的電光效應(yīng)。液晶的電光效應(yīng)在液晶顯示器的設(shè)計(jì)中被廣泛采用。目前發(fā)現(xiàn)的電光效應(yīng)種類很多，產(chǎn)生電光效應(yīng)的機(jī)理也較為復(fù)雜，但就其本質(zhì)來講都是液晶分子在電場作用下改變其分子排列或造成分子變形的結(jié)果。液晶的電光效應(yīng)分類1.3、動態(tài)散射（DS-LCD）型液晶顯示器件（1968年1972年）在不通電的

6、情況下，液晶盒呈透明狀態(tài)。當(dāng)通過低頻交流電時，當(dāng)電壓超過閾值電壓Uth時，在液晶層內(nèi)形成一種因離子運(yùn)動而產(chǎn)生的“威廉疇（Williams）”，繼續(xù)增加電壓，最終會使液晶層內(nèi)形成紊流和擾動，并對光產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射。DS液晶顯示器件是無偏振片結(jié)構(gòu)，電流較大，一般在背面襯以黑色襯底。. 1.4、扭曲向列液晶顯示器件（TN-LCD）（1971年1984年）屬第二代液晶顯示器件。它是最常見的一種液晶顯示器件。將兩塊涂有導(dǎo)電透明電極氧化錮錫In2O3-SnO2（簡稱ITO）薄膜的玻璃板中間夾有介電各向異性為正的向列相液晶，厚度約為數(shù)微米。玻璃基板表面做平行取向處理，即涂敷一層聚酰亞胺聚合物薄膜，用摩擦的方法

7、在表面開成方向一致的微細(xì)溝糟。在保證兩塊基板上溝糟方向正交的前提下，形成一個間隙為幾個微米的液晶盒。由于內(nèi)表面涂有定向?qū)幽ぃ诤袃?nèi)液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于兩片玻璃內(nèi)表面定向?qū)佣ㄏ蛱幚淼姆较蚧ハ啻怪保壕Х肿釉趦善Ａеg呈90扭曲，這就是扭曲向列液晶器件名稱的由來。 當(dāng)入射光通過偏振片后成為線偏振光，在外電場作用時，由線偏光經(jīng)過扭曲向列液晶的旋光特性決定，在出射處，檢偏片與起偏片相互垂直，旋轉(zhuǎn)了90的偏振光可以通過。因此呈透光態(tài)。在有電場作用時，當(dāng)電場大于閾值場強(qiáng)后，液晶盒內(nèi)液晶分子長軸都將沿電場方向排列，即與表面呈垂直排列，此時入射的線偏振光不能得到旋轉(zhuǎn)，因而在出射處不能通過檢偏片

8、，呈暗態(tài)。這種黑色的顯示稱正顯示。同樣如果將偏振片平行放置，則可得到負(fù)顯示。扭曲效應(yīng)的閾值電壓為 式中， 為彎曲彈性常數(shù)； 為扭曲彈性常數(shù)； 為展面彈性常為； 為上下玻璃基板平行處理后的扭曲角。由式可知 越大， 越小，有幾種 很大的液晶，可使 下降到1.0V左右。TN-LCD工作原理用TN-LCD制作的常用液晶顯示器件4.4.4.2 LCD液晶顯示和接口 液晶顯示器（LCD）是一種功耗極低的顯示器件，它廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品中，它不僅省電，而且能夠顯示大量的信息，如文字、曲線、圖形等，其顯示界面較之?dāng)?shù)碼管有了質(zhì)的提高。近年來，液晶顯示技術(shù)發(fā)展很快，LCD顯示器已經(jīng)成為僅次于顯像管的第二大顯示

9、產(chǎn)業(yè)。 1LCD顯示器簡介 LCD顯示器由于類型、用途不同，其性能、結(jié)構(gòu)不可能完全相同，但其基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)卻是大同小異。2、LCD顯示器的特點(diǎn) 液晶顯示器有以下顯著特點(diǎn)： (1) 低壓微功耗：工作電壓只有35 V，工作電流只有幾個uA。因此它成為便攜式和手持儀器儀表的顯示屏幕。 (2) 平板型結(jié)構(gòu)：LCD顯示器內(nèi)由兩片平行玻璃組成的夾層盒，面積可大可小，且適合于大批量生產(chǎn)，安裝時占用體積小，減小了設(shè)備體積。 (3) 被動顯示：液晶本身不發(fā)光，而是靠調(diào)制外界光進(jìn)行顯示。因此適合人的視覺習(xí)慣，不會使人眼睛疲勞。 (4) 顯示信息量大：LCD顯示器，其像素可以做得很小，相同面積上可容納更多信息。 (

10、5) 易于彩色化。 (6) 沒有電磁輻射：在其顯示期間不會產(chǎn)生電磁輻射，對環(huán)境無污染，有利于人體健康。 (7) 壽命長：LCD器件本身無老化問題，壽命極長。 LCD顯示器分類 通常可將LCD分為筆段型、字符型和點(diǎn)陣圖形型。 (1) 筆段型。筆段型是以長條狀顯示像素組成一位顯示。該類型主要用于數(shù)字顯示，也可用于顯示西文字母或某些字符。這種段型顯示通常有六段、七段、八段、九段、十四段和十六段等，在形狀上總是圍繞數(shù)字“8”的結(jié)構(gòu)變化，其中以七段顯示最常用。它廣泛用于電子表、數(shù)字儀表、筆記本計(jì)算機(jī)中。 (2) 字符型。字符型液晶顯示模塊是專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。在電極圖形設(shè)

11、計(jì)上它是由若干個58或511點(diǎn)陣組成，每一個點(diǎn)陣顯示一個字符。這類模塊廣泛應(yīng)用于電話、專用顯示面板(家電設(shè)備)等電子設(shè)備中。 (3) 點(diǎn)陣圖形型。點(diǎn)陣圖形型是在一平板上排列多行和多列，形成矩陣形式的晶格點(diǎn)，點(diǎn)的大小可根據(jù)顯示的清晰度來設(shè)計(jì)。這類液晶顯示器可廣泛用于圖形顯示，如游戲機(jī)、筆記本電腦和彩色電視等設(shè)備中。 LCD還有一些其它的分類方法。按采光方式可分為自然采光，背光源采光LCD。 3.LCD的驅(qū)動方式1）靜態(tài)驅(qū)動方式：靜態(tài)驅(qū)動是逐個驅(qū)動所有段電極，所有字段電極和公用電極之間僅在顯示時才施加電壓。如LCD有n個字段，則需n+1條引線，其驅(qū)動電路也需要n+1條引線。如筆段顯示器。2）時間分

12、割驅(qū)動方式：時間分割驅(qū)動是把全段電極集分為數(shù)組，將它們分時驅(qū)動，即采用逐行掃描的方法顯示所需要的內(nèi)容。如點(diǎn)陣型LCD多采用方式。 按LCD的顯示驅(qū)動方式可分為靜態(tài)驅(qū)動、動態(tài)驅(qū)動、雙頻驅(qū)動LCD。按控制器的安裝方式可分為含有控制器和不含控制器LCD兩類。 含有控制器的LCD又稱為內(nèi)置式LCD。內(nèi)置式LCD把控制器和驅(qū)動器用厚膜電路做在液晶顯示模塊印制底板上，只需通過控制器接口外接數(shù)字信號或模擬信號即可驅(qū)動LCD顯示。因內(nèi)置式LCD使用方便，簡潔，在字符型LCD和點(diǎn)陣圖形型LCD中得到了廣泛應(yīng)用。 不含控制器的LCD還需另外選配相應(yīng)的控制器和驅(qū)動器才能工作。48051與筆段型LCD的接口LCD接口

13、實(shí)例硬件接口電路：圖4-19為六位液晶靜態(tài)顯示電路。典型顯示子程序：設(shè)顯示緩沖區(qū)為8031片內(nèi)RAM的22H27H六個單元依次放置六位分離的BCD碼。LCD底極BP所需的方波信號由4047產(chǎn)生。圖4-19 六位LCD靜態(tài)顯示電路 58051與字符型LCD的接口 字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母，數(shù)字，符號等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。字符型液晶顯示模塊是由若干個58或511點(diǎn)陣塊組成的字符塊集。 字符型液晶顯示驅(qū)動控制器廣泛應(yīng)用于字符型液晶顯示模塊上。目前最常用的字符型液晶顯示驅(qū)動控制器是HD44780U，最常用的液晶顯示驅(qū)動器為HD44100及其替代品。如SMC1602A器件：可顯示兩行字符

14、，顯示容量為16*2個字符。帶有背光源。采用時分割驅(qū)動的形式，并行接口，可與單片機(jī)I/O口直接相連。結(jié)構(gòu)：主要由HD44780、HD44100（或兼容電路）和幾個電阻、電容等組成。 字符型液晶顯示模塊在世界上是比較通用的，而且接口格式也是比較統(tǒng)一的，其主要原因是各制造商所采用的模塊控制器都是HD44780U及其兼容品。不管它的顯示屏的尺寸如何，它的操作指令及其形成的模塊接口信號定義都是兼容的，所以，會使用一種字符型液晶顯示模塊，就會通曉所有的字符型液晶顯示模塊。 HD44780U由控制部，驅(qū)動部和接口部三部分組成。 控制部是HD44780U的核心，它產(chǎn)生HD44780U內(nèi)部的工作時鐘，控制著各

15、功能電路的工作?？刂撇靠刂迫抗δ苓壿嬰娐返墓ぷ鳡顟B(tài)，管理字符發(fā)生器CGROM和CGRAM，顯示存儲器DDRAM。HD44780U的控制部由時序發(fā)生器電路、地址指針計(jì)數(shù)器AC、光標(biāo)閃爍控制電路、字符發(fā)生器、顯示存儲器和復(fù)位電路組成。 HD44780U的驅(qū)動部具有液晶顯示驅(qū)動能力和擴(kuò)展驅(qū)動能力，由并/串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、16路行驅(qū)動器和16位移位寄存器、40路列驅(qū)動器和40位鎖存器、40位移位寄存器和液晶顯示驅(qū)動信號輸出和液晶顯示驅(qū)動偏壓等組成。 HD44780U的接口部是HD44780U與計(jì)算機(jī)的接口，由I/O緩沖器，指令寄存器和譯碼器，數(shù)據(jù)寄存器，“忙”標(biāo)志BF觸發(fā)器等組成。 HD44780U的

16、指令系統(tǒng)共有8條指令， 6字符型液晶顯示模塊接口電路 HD44780U可與單片機(jī)接口，由單片機(jī)輸出直接控制HD44780U及其時序。HD44780U與液晶顯示器連接方框圖如圖4.26所示。圖4.26 HD44780U與液晶連接框圖圖4.27 直接訪問方式下8051與字符型液晶顯示模塊的接口EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T1151234567839383736353433322122232425262728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108051D0Q02D1Q15D2Q26D3Q39D4Q412D5Q515D6Q616D

17、7Q719OE1LE1174LS373A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y7774LS138VCC&1114PINVCCHD44780U接口DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7GNDVCCVOR/WERS123456789101112131410 kW347813141718P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.

18、4P2.5P2.6P2.71、SMC1602A的引腳及其功能：采用并行接口方式，有16個引腳，各引腳的功能及使用方法如下：（1）Vss（引腳1）：電源地。（2）VDD（引腳2）：電源正極，接+5V電源。（3）VL（引腳3）：液晶顯示偏壓信號。（4）RS（引腳4）：數(shù)據(jù)/指令寄存器選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。（5）R/W（引腳5）：讀/寫選擇端。高電平時為讀操作，低電平時為寫操作。（6）E（引腳6）：使能信號，下降沿觸發(fā)。（7）D0D7（引腳714）：I/O數(shù)據(jù)傳輸線。（8）BLA（引腳15）：背光源正極。（9）BLK（引腳16）：背光源負(fù)極。2、SMC1602A的內(nèi)

19、部結(jié)構(gòu)及工作原理 如SMC1602A器件：可顯示兩行字符，顯示容量為16*2個字符。帶有背光源。采用時分割驅(qū)動的形式，并行接口，可與單片機(jī)I/O口直接相連。結(jié)構(gòu)：主要由HD44780、HD44100（或兼容電路）和幾個電阻、電容等組成。HD44780：DDRAM，CGROM，CGRAM，IR，DR，BF，AC等大規(guī)模集成電路組成。3、顯示位與RAM的對應(yīng)關(guān)系（地址映射）SMC1602A內(nèi)部帶有80*8bit的RAM緩沖區(qū)，顯示位與RAM地址的對應(yīng)關(guān)系如下表所示：顯示位置序號1 2 3 4 5 6 40DDRAM地址(HEX)第一行00 01 02 03 04 05 39第二行40 41 42

20、43 44 45 79兩行顯示位與DDRAM地址的對應(yīng)關(guān)系4、指令操作指令操作包括顯示模式設(shè)置、顯示開關(guān)控制、輸入模式控制、數(shù)據(jù)指針設(shè)置、讀/寫數(shù)據(jù)、清屏、歸位等方面。指令操作：指令名稱控制信號指令代碼功能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0顯示模式設(shè)置0000111000設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口顯示開關(guān)控制0000001DCB設(shè)置顯示、光標(biāo)、閃爍開關(guān)輸入模式控制00000001NS設(shè)置光標(biāo)、顯示畫面移動方向讀數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)從RAM中讀取數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)對RAM進(jìn)行寫數(shù)據(jù)清屏0000000001顯示清屏：1數(shù)據(jù)指針清零；2所有顯示清零回車0001000000顯示回車，數(shù)據(jù)指針清零數(shù)據(jù)指針設(shè)置0080H+地址碼（0-27H，40-4FH）設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針漢字式LCDSMG12864：圖形點(diǎn)陣液晶顯示器。可完成圖形顯示，也可以顯示8*4個（16*16點(diǎn)陣）漢字。1、引腳及功能：引腳號 引腳名稱 控制 引腳功能描述VSS 0 電源地VDD +5.0V 電源正極V0 液晶顯示器驅(qū)動電壓RS H/L 1：表示DB上是數(shù)據(jù) 0：表示DB上是指令5、R/W H/L 1