LCD的動態驅動法與應用

摘要：本文以點陣式液晶顯示器為例對其動態驅動法作以介紹，給出了一種克服交叉效應的辦法。最后，給出了一款利用動態驅動法驅動碼段式液晶顯示器的實例。

關鍵詞：液晶顯示器具 動態驅動法 交叉效應

液晶的顯示是由于在顯示像素上施加了電場，這個電場是顯示像素前后兩電極上的電位信號的合成。由于直流電場容易使液晶的壽命降低，因此，一般都只建立直流成分非常小的交流電場。直流分量通常小于50mV。液晶顯示器的驅動通過調整施加在液晶顯示器電極上的電位信號的相位、峰值、頻率等建立驅動電場以實現顯示。

液晶顯示器的驅動方法有：靜態驅動法、動態驅動法、雙頻驅動法等。本文僅就目前應用最廣泛的動態驅動法加以說明。

動態驅動法

當液晶顯示器顯示的像素眾多時，如點陣型，為了節省龐大的硬件驅動電路，液晶顯示器電極的制作與排列做了加工，實施了矩陣式結構：即把水平一組顯示像素的背電極都連在一起引出，稱之為行電極；把縱向顯示像素的段電極都連在一起引出，稱之為列電極。顯示器上每個像素都由其所在行列位唯一確定。液晶顯示器的動態驅動法就是循環地給行電極施加選擇脈沖，同時給所有的列電極加上響應的選擇或非選擇的驅動脈沖，從而實現某行所有像素的顯示功能。這種掃描是逐行順序進行的，循環周期很短，使得液晶屏上呈現出穩定的圖像。

在一幀中每行的選擇時間是相等的。假設一幀的掃描行數為N，掃描時間為1，那么一行所占有選擇時間為一幀時間的1/N。這就是液晶顯示驅動的占空比系數，也稱為占空比。

克服交叉效應

在動態驅動方式下，要使某一位置如（i，j）點顯示，就需在第i列和第j行上同時施加選擇電壓，使該點的變電場強最大，但此時除（i，j）點外，第i列和第j行的其余各點也承受了一定電壓，這些點稱為半選擇點。若半選擇點上的有效電壓大于閾值電壓時，在屏幕上將出現不應有的顯示，使對比度下降，這就是交叉效應。解決交叉效應的辦法是平均電壓法，即把半選擇點與非選擇點的電壓平均，適度提高非選擇點的電壓來抵消半選擇點上的一部分電壓，使半選擇點上的電壓下降，從而提高顯示對比度。現以圖1說明之：

圖1中選擇點為（SEG1，COM2）[以下簡稱為（1，2）]。現第2行施加V1電壓，其余各行電壓0V；第一列施加-V2電壓，其余均為非選擇電壓1/a'V1。接下來分析各點的電位差，即行電壓減去列電壓。

選擇點：（1，2）：V1+V2

半選擇點：（1，1），（1，3），（1，4）：V2（2，2），（3，2），（4，2）；V1-1/a’V1

非選擇點：-1/a'V1

為保證選擇點的顯示效果，使V1+V2=VLCD保持在所需的電壓值VLCD。同時為了提高顯示的對比度，令|V2|=|-1/a'V1|，即：

解之：

令：a'+1=a，得：

于是，圖1中各點電壓為：

選擇點：（1，2）：VLCD

半選擇點：（1，1），（1，3），（1，4）：（1/a）VLCD（2，2），（3，2），（4，2）：[（a-2）/a]VLCD

非選擇點：-（1/a）VLCD

可見，行半選擇點和非選擇點上的電壓均為顯示電壓VLCD的1/a。這1/a就稱為偏壓系數，也稱為偏壓。此方法稱為1/a偏壓的平均電壓法，簡稱為 1/a偏壓法。在這種方法中，MAX{[（A-2）/a]VLCD，（1/a）VLCD}將成為調整顯示對比度的尺度。

當掃描行數N=1時，動態驅動法就等于靜態驅動法。

動態驅動法的應用實例

筆者在進行酒精濃度檢測儀顯示方式的選擇過程中，通過多方調研考察，最終選用了香港精電公司生產的VM807-2型8位碼段型（7段）液晶顯示器。這除了因為液晶顯示器耗電極微之外，還因為我們采用的MCU（PIC16C924）本身已具有LCD的驅動能力，因而，不論從降低成本考慮還是從簡化電路方面考慮，這樣的選擇無疑是比較合理的。下面我們將針對MCU中LCD模塊的具體運用加以說明。

LCD模塊的配置

1、對LCDCON寄存器的配置

LCDCON寄存器如圖2所示：

其中：LCDEN：LCD模塊使能；SLPEN：休眠模式使能；VGEN：內部電壓產生使能；CS1：CS0：LCD時鐘選擇位，“00”=Fosc/256，Fosc=4MHz；LMUX1：LUMX2：公共端數目與偏置選擇，“10”=3公共端，1/3偏置。

我采用的配置碼為：10000010。

對LCDPS寄存器的配置

LCDPS寄存器如圖3所示：

其中：LP3：LP0幀時鐘分頻選擇位

我采用的配置碼為：***0011，其中“*”代表“0”或“1”。

依據幀頻率計算公式，幀頻率為：

Clock source/96(LP3:LP1+1)

=4×106/96×(3+1)×256

=40.69Hz

2、像素控制

像素由像素寄存器的第一個狀態位唯一確定。LCD模塊共有16個像素寄存器，最多可控制4×29=116個像素。我們采用的LCD共有8×8=64個像素。因此，像素數據寄存器是足夠用了。LCD的像素數據寄存器如圖4所示：

位7：位0：SEGSCOMC表示控制像素數據的段碼和公共端數。其中，下標“S”表示“0～32”個段碼，下標“C”表示“1～4”個公共端。

寄存器位為“1”表示打開像素（黑）；寄存器位為“0”表示關閉像素（亮）。

3、段碼使能

段碼的使能通過LCDSE寄存器來實現。因為VIM807-2是8位7段顯示器，而我們選擇的是1/3占空比（即3個公共端），因此，通過LCDSE寄存器必須選擇3×8=24段才能滿足需要，即表達完全部的碼段像素。當然會有多余，8×9=72，因為每3公共端和3段可以表達9個像素。公共端和段選擇方式如圖5所示。

LCDSE寄存器如圖6所示：

各位所代表的意義分別是位數、引腳功能、3COM時管腳控制段數以及選擇的控制段。

根據上述，LCDSE的控制碼為：00111011。

4、LCD驅動電壓的產生

LCD驅動電壓的產生有兩種辦法，內部充電泵法或者外部梯形電阻網絡法。由于LCD充電泵正處在發展中，為了使設計風險減小，我們采用較為成熟的外部梯形電阻網絡法。使用外部梯形電阻網絡時，VGEN（LCDCON4>）應清零。

5、LCD模塊配置程序

……

MAIN BCF STATUS，PRO

BSF STATUS，RP1

MOVLW 0X82

MOVWF LCDCON

}

MOVLW 0X03

MOVMF LCDPS

MOVLW 0X3B

MOVWF LCDSE

……