EL場致顯示技術及其在便攜式電子系統中的應用

摘要：介紹了EL場致顯示技術及如何構建EL顯示控制模塊以便對EL屏進行顯示控制的原理和方法，給出了控制模塊的設計框圖及實際的電路連接圖。最后給出了該接口技術的軟件設計流程圖和初始化程序。

關鍵詞：EL LCD 顯示控制 電磁干擾 接口技術

1 引言

顯示屏作為人機交互的關鍵設備，其重要性不言而喻。傳統的CRT顯示屏由于受到基本結構的限制，在體積、功耗方面的表現往往不盡如人意。隨后又出現了LCD液晶顯示屏，其小巧的造型，較低的功耗，立即引起了人們的注意。目前在許多領域中，LCD都得到了廣泛的應用。但是，LCD的亮度、可視范圍、響應時間上的缺陷，又成為其繼續推廣的最大障礙。EL場致顯示屏的推出，在很大程序上彌補了CRT及LCD的不足，因而代表了表一代顯示屏的發展趨勢。

2 EL場致顯示原理

場致顯示的電子來源是依靠電場自發射陰極（cathode emitter）材料尖端產生的，這就使得場發射電子束的能量分布范圍比傳統的熱電子束更窄，因此具有較高的亮度。與LCD的受光型工作方式不同，EL屏采用類似于傳統CRT的方法，通過電子束轟擊屏幕上的熒光粉而發光。由于CRT在顯像管內部有三個電子槍，為了使電子束獲得足夠的偏離，就必須把顯像管做得有一段距離，因此CRT顯示器大、厚、重。而EL屏則在每一個熒光點后面不到3mm處放置了成千上萬個極小的小突起似的電子發射器，因此，EL顯示技術是把CRT陰極射線管的明亮、清晰與液晶顯示的輕、薄結合起來的一種新型顯示器件，它同時具有液晶顯示器的厚度和CRT顯示器的快速響應特性，能獲得比液晶顯示器大得多的亮度。EL屏內置的千萬冗余電子發射器使其比液晶顯示器的視角更寬廣，且不會出現象液晶顯示器那樣一個晶體管損壞便會在顯示屏上很明顯地顯露出來的情況。即便壞了一個，也還有成千上萬個可以補上。

3 EL顯示屏的主要技術參數

3.1 溫度范圍

目前EL顯示屏主要應用于工業現場控制及野外作業，所以對溫度范圍有著較高的要求。在一般情況下，EL屏能夠在-40至+85℃的溫度范圍內正常運作，而TFTLCD的工作溫度范圍僅為0～55℃。

3.2 可視范圍

EL屏在水平、垂直兩個方向上都有著較亮的視角范圍，其可視范圍≥160℃。

3.3 EMI指標

EL屏不僅具有較低的EMI敏感度，而且能有效地抑制EMI的產生。較低的EMI敏感度使得EL顯示屏在運行時不易受到鄰近電源線及其它設備的EMI干擾；而較好的EMI抑制特性則使得EL屏在工作中不會干擾其周期的電子設備。

3.4 功耗

隨著現代儀器儀表的小型化、微型化的進一步發展，電子器件的功耗問題已成為一個相當重要的技術指標。EL屏的低功耗使得在電池供電的便攜式應用設備中完全可以采用EL屏作為人機交互設備。同時，簡單的輸入電源要求，也大大簡化了用戶的設計過程。

3.5 響應時間

EL屏具有快速的響應時間，能夠滿足實時顯示的要求，其響應時間小于1ms；而TFTLCD的響應時間則需要40ms。在對顯示速度有較高要求的應用場合，EL屏是最佳的選擇。

4 EL屏在便攜式系統中的應用

在大多數便攜式設備中，顯示屏的選擇目前只有LCD和EL。但在對實時性要求較高的場合，LCD就顯得有些力不從心了。下面就結合超聲數字式探傷儀的設計來重點介紹系統與EL屏的接口應用問題。

由于在超聲探傷設備中往往需要對采得的回波信號進行實時顯示，而且顯示的刷新速度要相當快，所以在這種場合下，LCD的響應速度就遠遠滿足不了設計要求，在此我們選用了美國PLANAR公司（www.planar.com）的一款EL320×240.36的EL屏。該屏不但有極高的響應速度（小于1ms），而且功耗也很低（2.4W）。

其實，EL屏在設計時就已經考慮到了接口及與LCD的兼容性問題，故其接口標準與4位LCD控制控制信號完全匹配。對EL屏的控制一般需要如下幾個信號：

（1）VS：幀信號；

（2）HS：數據鎖存信號；

（3）VCLK：列驅動器的位移時鐘信號；

（4）VID0～VID3：列驅動器數據線；

（5）VCC：5V電源輸入；

（6）VH：12V電源輸入；

（7）GND：地。

不過僅有這幾路控制信號還遠遠無法在EL屏上完成文本和圖形的顯示工作，一般還需要自行構建出顯示控制模塊后才能進行顯示。圖1所示就是控制模塊的總體框圖。

在該控制模塊中，SMOS133X是核心部件。它是由SEIKOEPOSON公司推出的一款顯示控制芯片（SED133X系列）。該芯片帶有功能強勁的I/O緩沖器、豐富的指令集及四位數據并行發送能力。SED133X可與8080系列和M6800系列的MCU接口。它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫管理電路產生驅動時序的時序發生器構成。其振蕩器可工作在1MHz～10MHz范圍。SED133X能在很高的工作頻率下迅速地解譯MCU發來的指令代碼，并將參數置入相應的寄存器內，同時觸發相應的邏輯功能電路以使其正常運行。控制部分可以管理64k顯示RAM、管理內藏的字符發生器及外擴的字符發生器CGRAM或EXCGROM。SRAM可用于該控制模塊的顯示存儲。

圖2所示為該控制模塊的實際接口電路。

為使EL屏能正常工作，首先必須對SED133X進行一系列的初始化工作，圖3是初始化的具體流程。具體的說明如下：

（1）系統設置工作主要是對顯示模塊進行軟件初始化。如果該項設置出現錯誤，那么，系統將不能正常顯示。系統設置初始參數有內、外字符發生器的選擇、外部字符發生器CGRAM的字符代碼范圍。外部字符發生器的字符點陣格式、驅動器系統配置、顯示字符的高和寬有效顯示窗口的長度以及EL的點行數等。

（2）顯示區設置主要是對各顯示區的超始地址及所點有的顯示行數進行設置。

（3）合成顯示方式設置用于規定重疊顯示的合成方式及一、三顯示區的顯示屬性。

（4）光標地址設置主要是對光標地址并行設置，該地址有兩個功能：一是作為顯示屏上光標顯示的當前位置，二是作為顯示緩沖區的當前地址指針。如果光標地址值超出了顯示屏所對應的地址范圍，那么光標將消失，所以在進行編程設計時，要特別注意。光標地址在讀、寫操作后將自動修改。

（5）光標形式設置用于對光標的顯示方式及形狀進行設定。

在初始化后，就可以對顯示屏進行文本和圖像的顯示了。

以下為具體的初始化程序：所占用的寄存器為：

A，DPTR，R2，R3。

PR1：MOV DPTR，#0001H；指令口

MOV A，#40H ；SYSTEM SET指令代碼

MOVX @DPTR，A ；寫入指令代碼

MOV R2，#08H

MOV R3，#00H

PR11：MOV DPTR，#TAB1；寫SYSTEM SET參數

MOV A，R3

MOVC A，@A+DPTR

MOV DPTR，#0000H；數據口

MOVX @DPTR，A

INC R3

DJNZ R2，PR11

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#44H ；SCROLL指令代碼

MOVX @DPTR，A ；寫入SCROLL指令代碼

MOV R2，#0AH

MOV R3，#00H

PR12：MOV DPTR，#TAB2 ；寫入SCROLL參數

MOV A，R3

MOVC A，@A+DPTR

MOV DPTR，#0000H ；數據口

MOVX @DPTR，A

INC R3

DJNZ R2，PR12

MOV A，#5AH ；HDOTSCR指令代碼

MOV DPTR，#0001H

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H ；HDOTSCR P1=0

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#5BH ；OVERLAY指令代碼

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H ；OVERLAY P1=0

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0001H

LCALL PR2 ；調清RAM子程序

MOV A，#59H

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#54H ；開文本、圖形顯示

MOVX @DPTR，A

RET

清顯示RAM區子程序如下：

PR2：MOV DPTR，#0001H

MOV A，#4CH ；光標地址指針移動方向

MOVX @DPTR，A

MOV A，#46H ；光標地址指針設置

MOVA @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H

MOVX @DPTR，A

MOVX @DPTR，A

MOV R2，#00H

MOV R3，#00H

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#42H ；寫數據指令

MOVX @DPTR，A

CLR A

PR21：MOVX @DPTR，A

DJNZ R3，PT21

DJNZ R2，PR21

RET

（注：TAB1，TAB2為SYSTEM SET與SCROLL指令參數，可根據需要制成不同的表，如TAB1：DB 30H，87H……等）

5 結束語

EL屏作為新一代的平板顯示屏，由于其自身的技術優勢和簡潔的顯示控制功能而使其在工業控制現場和便攜式儀器設備中成為替代LCD屏的新一代顯示設置。