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3.5 LCD 的显示接口技术

3.5 LCD 的显示接口技术. 液晶显示器 LCD （ Liquid Crystal Display ） 与 LED 相比 : ① 具有功耗低，抗干扰能力强，体积小，廉价等 ② 特点，目前已广泛应用在各种显示领域。 LCD 在大小和形状上更加灵活，接口简单， 可以显示数字、字符、汉字、图形， ③ 应用 袖珍仪表、医疗仪器、分析仪器 低功耗便携式仪器中， LCD 已成为一种占主导地位的显示器件。. 微机控制技术. 3.5 LCD 的显示接口技术.

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  1. 3.5 LCD的显示接口技术 液晶显示器 LCD（Liquid Crystal Display） 与 LED相比: ① 具有功耗低，抗干扰能力强，体积小，廉价等 ② 特点，目前已广泛应用在各种显示领域。 LCD在大小和形状上更加灵活，接口简单， 可以显示数字、字符、汉字、图形， ③ 应用 袖珍仪表、医疗仪器、分析仪器 低功耗便携式仪器中， LCD已成为一种占主导地位的显示器件。 微机控制技术

  2. 3.5 LCD的显示接口技术 当代高新技术的结晶产品彩色液晶显示器与 CRT相比: 特点: 超薄的显示屏， 逼真的色彩， 较小的体积， 较低的耗电， 较长的寿命， 无射线， 抗震，防爆等。 应用:是工控仪表、机电设备等行业更新换代的理想产品。 以彩色液晶为显示器的笔记本电脑、工业控制机 已被广泛应用。 微机控制技术

  3. 3.5 LCD的显示接口技术 3.5.1 LCD的基本结构及工作原理 3.5.2 LCD的驱动方式 3.5.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211 3.5.4 点阵式LCD的接口技术

  4. 3.5.1 LCD的基本结构及工作原理 LCD 是借助外界光线照射液晶材料而实现显示的 被动显示器件。 图3.53 液晶显示器基本结构 P102 微机控制技术

  5. 3.5.1 LCD的基本结构及工作原理 分析: ·液晶材料被封装在上、下两片导电玻璃电极板之间。 ·由于晶体的四壁效应，使其分子彼此正交，并呈水 平方向排列于正（上）、背（下）玻璃电极之上， 而其内部的液晶分子呈连续扭转过渡，从而使光的 偏振方向产生 90°旋转。 微机控制技术

  6. 3.5.2 LCD的驱动方式 • LCD 因其两极间不允许施加恒定直流电压， 而使其驱动电路变得比较复杂。 • 为了得到 LCD 亮、熄所需的两倍幅值及零电压， 常给 LCD 的背极通以固定的交变电压， 通过控制前极的电压值的改变实现对 LCD 显示的控制。 • 液晶显示器的驱动方式一般有两种: 直接驱动(或称静态驱动) 时分隔(多极)驱动方式。 微机控制技术

  7. 3.5.2 LCD的驱动方式 1. 直接（静态）驱动方式 ① 直接驱动的 LCD 电路中， 显示器件只有一个背极， 每个字符段都有独立的引脚。 ② 采用异或门进行驱动 通过对异或门输入端电平的控制 字符段显示或消隐。 图3.54所示为一位LCD数码显示电路图。 微机控制技术

  8. 3.5.2 LCD的驱动方式 1 ，显示 V2P= VBP⊕Va 0 ，不显示 图3.54 一位LCD数码显示电路及a段驱动波形

  9. 3.5.2 LCD的驱动方式 由图3.20（a）可知: ·若字段上两电极（BP与相应的段电极）的电压相位 相同时，两极间的相对电压为0，该字段不显示。 ·若字段上两电极的电压相位相反，两电极的相对电 压为两倍幅值电压，字段呈黑色显示。 ·其驱动波形如图3.54（b）所示。 微机控制技术

  10. 3.5.2 LCD的驱动方式 说明: ① LCD 必须采用交流驱动方式， 以避免液晶材料在直流电压长时间的作用下 产生电解，从而缩短使用寿命。 ② 常用的作法: 在公共端（一般为背极）上加频率固定的方波信号， 通过控制前极的电压来获得两极间所需的亮/灭电压 ③ 静态驱动 电路简单，驱动电压幅值可变动范围较大， 允许的工作温度范围较宽。 ④ 用于显示字符不太多的场合。 微机控制技术

  11. 3.5.2 LCD的驱动方式 在直接驱动方式下( 图3.20 ) 若 LCD 有 N 个字符段，则需 N+1 条引线， 且其驱动电路也要相应地具有 N+1 条引线。 过多的引脚将限制直接驱动方式的使用范围。 采用多极驱动的方式可得到改善。 微机控制技术

  12. 3.5.2 LCD 的驱动方式 2. 多极驱动方式 ① 具有多个背极的驱动方式。 ②LCD 的各个字符段按点阵方式排列， 一位 7 段数码管 LCD 在三极驱动方式下 各字符段与背极的排列、等效电路图， 如图 3.55 所示。 微机控制技术

  13. LCD 的多极驱动方式 图3.55 一位LCD数码管的三极驱动原理电路图

  14. 3.5.2 LCD的驱动方式 如图3.21中所示，8根字符段被划分为3组（由于LCD属电容性负载，故在图中以电容表示），每组引出一根电极（BP）以背极为行，段组引极为列，形成矩阵。 各段的显示与否只取决于加在相应段组及背极上的电压。 与直接驱动方式不同，多极驱动采用电压平均化法。 其占空比有 1/2，1/8，1/16，1/32 等， 偏比为 1/2，1/3，1/4，1/5等。 微机控制技术

  15. 3.5.2 LCD的驱动方式 • 偏压： 多极驱动时字符段的消隐并不把该段与对应背极间的电压降为零，只要将电压的有效值降至 LCD 的门限电压之下就能关断显示。 • 加大选通电压与非选通电压之间的差距，可提高显示的清晰度。 • 通过恰当的设计各段组与背极间的驱动电压波形，即可控制各段的显示与熄灭，并且保证段与极间以交流电压进行驱动，以确保LCD的正常显示。 • 交流驱动电压的频率也应考虑。 太低，会造成显示字符闪烁； 太高，又引起显示字符反差不匀，且增大 LCD 的功耗。 微机控制技术

  16. 3.5.2 LCD的驱动方式 如图3.22所示为7段LCD在三极驱动方式下的工作电压波形。其中3个背极电压（BPl，BP2，BP3）是具有固定相位关系的周期性信号。以Y列字符段为例，设加在该组段上的电压为VY，其电压峰值为Vp。当驱动电压如VY(1)曲线所示时，将使a，g段显示，d段消隐；若VY为VY(2)波形时，a，g，d段全部显示；而当VY表现为VY(3)形状时，则会使a，g，d段全部消隐。 微机控制技术

  17. 3.5.2 LCD的驱动方式 图3.22中只画出了VY(1)，VY(2)及VY(3)状况下a段和d段分别与其背极BPl及BP3间的驱动波形。由计算可知，当加在管段引脚与其背极间的有效电压值低于 (RMS)时，管段消隐；而当其高于Von= Vp=1.92Voff (RMS)时，管段发光。由图3.22可明显看出，各段与其对应背极间的电压均不含直流部分，从而满足了LCD显示电压的要求。 微机控制技术

  18. 3.5.2 LCD的驱动方式 图3.56 三极式LCD数码管的驱动电路波形 微机控制技术

  19. 3.5.2 LCD的驱动方式 通过上述分析不难推知，通过划分段组，可使具有M个字符段的LCD的引脚数减至 （N为背极数）。 事实上，液晶显示器的驱动方式是由电极的引线的选择方式确定的。因此，一旦选定液晶显示器后，用户无法改变驱动方式。 微机控制技术

  20. 3.5.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211 ICM7211系列 INTER SIL公司出品 • 4 位 LCD 锁存/译码/驱动集成电路。 • 该系列有4个型号的芯片： ICM7211，ICM7211A，ICM7211M，ICM7211AM （其中 A 表示“BCD码”译码，M 则表明芯片内含输入锁存器，可以与CPU直接连接）。 • ICM7211芯片以双列直插结构封装，如图3.23所示。 两种译码方式见表3.4。 微机控制技术

  21. 3.5.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211 图3.57 ICM7211引脚图 输出 ① 片选 位选 输入 微机控制技术

  22. 3.5.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211 由于LCD显示器功耗极低，且抗干扰能力强，所以在低功耗的单片机系统中经常采用。 采用两片ICM7211(A)AM 可组成的 8位显示电路如图3.24所示。 微机控制技术

  23. 3.5.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211 图3.58 ICM7211(A)M与8031接口线路图 微机控制技术

  24. 3.5.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211 如图3.24中所示，ICM7211(A)M U1控制高4位显示，ICAl7211(A)M U2控制低4位显示，同时完成锁存/译码/驱动3种工作，从而实现8位BCD码显示。两片ICAl7211(A)M的背极线BP相连并接至LCD的BP端，以便送出统一波形的背极电压。ICM7211系列芯片BP的最大允许交变频率为125Hz，所以U1芯片的OSC端输入16kHz的晶振信号，U2芯片的OSC端接地。 端为片选信号， 端为写允许。各片的输入数据都取自数据总线的低4位。单片机输出一位待显示的数时，同时由P2.6（或P2.7）（片选）和P0.5，P0.4（位选）引脚的状态联合确定实现显示的位。 微机控制技术

  25. 3.5.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211 ICM7211系列芯片使用很方便。其编程也很简单，只要向入口地址写入两位片选和两位位选码及4位BCD码，即可实现相应的显示。例如，在U1的第4位显示出BCD码9，可用下列程序实现： MOV A，#39H ；DS2DSl=11，B3B0=9 MOVX DPTR，#4000H OUT @DPTR，A ；待显示数送U1，完成显示 微机控制技术

  26. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动，动画功能，分区开窗口，反转，闪烁等功能，用途十分广泛。现在，随着液晶技术的突破，液晶显示器的质量有了很大的提高，品种也在不断推陈出新，不但有各种规格的黑白液晶显示器，而且还有绚丽多彩的彩色液晶显示器。在点阵式液晶显示器中，把控制驱动电路与液晶点阵集成在一起，组成一个显示模块，可与8位微处理器接口直接连接。 微机控制技术

  27. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 为方便用户，避免重复性劳动，某些公司参照国际市场同类产品的标准，结合国内的实际情况，成功地开发出彩色液晶智能显示器，如YD系列，MDLS系列，MGLS系列，CCSTN系列以及DMF系列等。其最大点阵可达320×240。采用这种点阵式液晶显示器，不但可以显示数据、汉字，而且还可以显示控制流程图和控制曲线，因而使智能化仪器和控制系统的视窗功能得到了显著的提高。点阵式液晶显示器不但使用方便，而且价格也比较便宜。 微机控制技术

  28. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 下面介绍点阵式液晶显示器MGLS12864与单片机的接口及编程的方法，同时介绍了创建8×16字符和16×16点阵汉字的方法，及常用的字符显示和汉字显示程序。 MGLS-12864组成原理框图,如图3.59所示。 微机控制技术

  29. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 图3.25 MGLS-12864组成原理框图 微机控制技术

  30. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 1. MGLS-12864液晶显示器的硬件描述 MGLS-12864使用HD61202作为列驱动器，同时使用HD61203作为行驱动器的液晶显示模块。LCD显示中应尽量避免一个字符一半在左半屏显示，另一半在右半屏显示的情况。 MGLS-12864液晶显示器是一种带有输出驱动的完整的点阵式液晶显示器，它可直接与8位微处理器相联，对液晶屏进行行、列驱动。 微机控制技术

  31. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 （1）MGLS-12864的特点 •内藏64 X 64 = 4096位显示RAM，RAM中每位数据对应LCD屏上的一个点的亮、暗状态； • HD61202是列驱动器，具有64路列驱动输出； • HD61202读、写操作时序与68系列微处理器相符，因此它可直接与68系列微处理器接口相联； • HD61202的占空比为1/32—1/64。 微机控制技术

  32. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 （2）MGLS-12864的引脚功能 MGLS-12864液晶显示器有20个管脚。分电源线，数据线和控制线。如图3-25所示.其详细功能如下： ①④电源部分 VDD—电源正极，通常接+5V。 VSS—电源负极，接-5V。为了简化电路，可直接接地。 V0—电源控制端，用来调节显示屏灰度的，调节该端的电压，可改变显示屏字符、图形 的颜色深浅。 微机控制技术

  33. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 ②控制信号 D/I—数据、指令选择信号。D/I=1 为数据操作，D/I=0 为写指令或读状态。 R/W—读/写选择信号。R/W=1为读选通，R/W=0为写选通。 CS1,CS2—芯片片选端。低电平选通CS1=0时，选中左片；CS2=0时，，选中右片 E—读/写使能信号。在E下降沿，数据被锁存（写）入HD61202；在E高电平期间，数据被读出。 RST—复位信号，低电平有效。当其有效时，关闭液晶显示，使显示起始行为0。RST可与MPU相连，由MPU控制；也可直接接Vcc，使之不起作用。 ③数据线 DB0~DB7—数据总线，双向。 微机控制技术

  34. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 2．HD61202控制驱动器的指令系统 HD61202的指令系统比较简单，总共只有七种。从作用上可分为两类，显示状态设置指令和数据读／写操作指令。 （1）显示起始行（ROW）设置指令 显示起始行设置中L5～L0为显示起始行的地址，取值在0-3FH(1-64行)范围内。该指令设置了对应液晶屏最上一行的显示RAM的行号，有规律的改变显示起始行，可以使LCD实现显示滚动屏的效果。 微机控制技术

  35. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 （2）页（PAGE）设置指令 页面地址设置中P2-P0为选择的页面地址，取值范围为00-07H,代表１-8页，每页8行。 （3）列地址（Y　Ａddress）设置指令 列地址设置中C5-C0为Ｙ地址计数器的内容，取值在0-3FH(1-64行)范围内。 设置了页地址和列地址，就唯一确定了显示ＲＡＭ中的一个单元，这样ＭＰＵ就可以用 读、写指令读出该单元中的内容或该单元写进一个字节数据。 （4）显示开关指令 显示开关指令为 0 0 1 1 1 1 1 1/0，当DB0=1（3FH）时，LCD显示RAM中内容；DB0=0（3EH）时，关闭显示。 微机控制技术

  36. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 （5）读状态指令 读状态指令各位的意义如下： 微机控制技术

  37. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 该指令用来查询ＨＤ61202的状态，各参量含义如下： BUSY: 1——内部在工作 0——正常状态 ON/OFF: 1——显示关闭 0——显示打开 REST： 1——复位状态 0——正常状态 在BUSY和REST状态时，除读状态指令外，其它指令均不对HD61202产生作用。 在对HD61202操作之前要查询BUSY状态，以确定是否可以对HD61202进行操作。 微机控制技术

  38. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 （6）写数据指令 写数据指令就是把要写的数据取出来，写入HD61202的RAM。注意，此时R/W=0，D/I=1。 （7）读数据指令 读数据指令就是把HD61202RAM中的数据取出来。注意，此时R/W=1，D/I=1。 读、写数据指令每执行完一次读、写操作，列地址就自动加一。必须注意的是进行读操作之前，必须有一次空读操作，紧接着再读才会读出所要读的单元数据。 HD61202显示RAM的地址结构如图3-26所示。 微机控制技术

  39. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 图3-60 HD61202显示RAM的地址结构图 微机控制技术

  40. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 3．显示驱动子程序的编写及其应用 MGLS-12864使用HD61202作为行、列驱动器，因此，其显示程序的设计与具体电路有关。下面举说明MGLS-12864点阵式LCD显示程序的设计方法。 （1）电路联接 在本设计中的电路联接图如图3-61所示。 微机控制技术

  41. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 图3-61 MGLS-12864显示模块控制图 微机控制技术

  42. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 该图采用直接访问方式，单片机通过高位地址P2.4控制CS1和CS2，以选通液晶显示屏上各区的控制器HD61202；同时MCS-51单片机用P2.3作为R/W信号控制数据总线的数据流向；用P2.2作为D/I信号控制寄存器的选择；E信号由单片机的读信号RD和写信号WR合成产生；另外单片机的复位引脚经反相器后连接到液晶显示器复位引脚,当单片机上电复位或手动复位时, 液晶显示器同时也复位；从而实现了单片机对内置HD61202图形液晶显示器模块的电路连接。电路中LCD电源控制端VO是用来调节显示屏灰度的，调节该端的电压，可改变显示屏字符、图形的颜色深浅。 微机控制技术

  43. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 （2） 确定控制字 如上图所示，P2口各控制引脚功能如下： P2.7，P2.6，P2.5，P2.1，P2.0——没用 P2.4——0选通左，1选通右 P2.3——0写，１读 P2.2——0指令，１数据 故，确定的控制字如下文程序中所示。 （3）子程序编写及其应用 ①液晶显示驱动子程序 微机控制技术

  44. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 ;-------------------------------------------------------------------- COM EQU 10H ；指令寄存器 DAT EQU 11H ；数据寄存器 COLUMN EQU 12H ；列地址寄存器,列地址寄存器(0-127)01XXXXXXX PAGEn EQU 13H ；页寄存器,10111XXX （D2 D1 D0）page.5=0左；=1右 ；显示RAM共64行,分8页,每页8行 CODEn EQU 14H ；字符代码寄存器 COUNT EQU 15H ；计数器 微机控制技术

  45. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 ；p2.5是片选信号，p2.5=0是选通左，p2.5=1是选通右 ；P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 CWADD1 EQU 0e000H；写指令代码地址(左) 1 1 1 0 0 0 0 0 CRADD1 EQU 0e800H；读状态字地址(左) 1 1 1 0 1 0 0 0 DWADD1 EQU 0e400H；写显示数据地址(左) 1 1 1 0 0 1 0 0 DRADD1 EQU 0ec00H；读显示数据地址(左) 1 1 1 0 1 1 0 0 CWADD2 EQU 0f000H；写指令代码地址(右) 1 1 1 1 0 0 0 0 CRADD2 EQU 0f800H；读状态字地址(右) 1 1 1 1 1 0 0 0 DWADD2 EQU 0f000H；写显示数据地址(右) 1 1 1 1 0 1 0 0 DRADD2 EQU 0fc00H；读显示数据地址(右) 1 1 1 1 1 1 0 0 微机控制技术

  46. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 ；1.左半屏写指令子程序 PRL0: PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR,#CRADD1；状态字口地址 PRL01: MOVX A,@DPTR ；读状态字 JB ACC.7,PRL01 ；判忙标志BF,如BF=1，忙，等待 MOV DPTR,#CWADD1；写指令字口地址 MOV A,COM ；取指令代码 MOVX @DPTR,A ；写指令代码 POP DPH POP DPL RET ；----------------------------------------------------------------------------- 微机控制技术

  47. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 ；2. 左半屏写显示数据子程序 PRL1: PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR,#CRADD1；读状态字口地址 PRL11: MOVX A,@DPTR ；读状态字 JB ACC.7,PRL11 ；判忙标志BF,如BF=1，忙，等待 MOV DPTR,#DWADD1；写数据口地址 MOV A,DAT ；取数据 MOVX @DPTR,A ；写数据 POP DPH POP DPL RET ;----------------------------------------------------------------- 微机控制技术

  48. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 ；3. 左半屏读显示数据子程序 PRL2: PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR,#CRADD1；读状态字口地址 PRL21: MOVX A,@DPTR ；读状态字 JB ACC.7,PRL21 ；判忙标志BF,如BF=1，忙，等待 MOV DPTR,#DRADD1；读显示数据口地址 MOVX A,@DPTR ；读数据 MOV DAT,A ；存数据 POP DPH POP DPL RET 微机控制技术

  49. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 右半屏写指令子程序PRR0、右半屏写数据子程序PRR1和读显示数据子程序PRR2的编制同左半屏子程序相同，只是对应口地址不同。值得说明的是MGLS12864液晶显示屏由二片HD61202控制，LCD显示中应尽量避免一个字符一半在左半屏显示，另一半在右半屏显示的情况。 微机控制技术

  50. 3.5.4 点阵式LCD的接口技术 下面在介绍几个LCD显示常用的几个程序： ；4.1初始化程序 INIT: MOV COM,#0c0H;11000000B LCALL PRL0 LCALL PRR0 MOV COM,#3FH LCALL PRL0 LCALL PRR0 RET ；------------------------------------------------------------------- 微机控制技术

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