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第 6 章 液晶显示模块的应用

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第 6 章 液晶显示模块的应用. 6.1 液晶应用一览 6.2 笔段型液晶显示模块的应用 6.3 字符点阵型液晶显示模块的应用 6.4 内置控制器型图形点阵型液晶显示模块的应用 6.5 液晶显示器件故障的简易查询及排除方法. 6.1 液晶应用一览 6.1.1 液晶应用之树. 液晶的应用大体简化为四大类: 显示、光学、传感和其他类. 液晶应用分类. 6.1.2 液晶在显示技术上的应用.

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Presentation Transcript
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第6章 液晶显示模块的应用
  • 6.1 液晶应用一览
  • 6.2 笔段型液晶显示模块的应用
  • 6.3 字符点阵型液晶显示模块的应用
  • 6.4 内置控制器型图形点阵型液晶显示模块的应用
  • 6.5 液晶显示器件故障的简易查询及排除方法
6 1 6 1 1
6.1 液晶应用一览6.1.1 液晶应用之树

液晶的应用大体简化为四大类:

显示、光学、传感和其他类

6 1 2
6.1.2 液晶在显示技术上的应用
  • 液晶显示器件是液晶应用的主体,发展很快。我们知道,液晶显示器件显示的图像并不醒目,视角又小,有很强的温度特性,显示质量也不算高,但为什么有那么大的魅力呢?这是和液晶显示器件的综合优点分不开的。液晶显示器件具有以下几大特点:
  • ①低压工作、微功耗。
  • ②与集成电路匹配性能好,配套驱动简单、直接。
  • ③平板型、装配体积小。
  • ④被动显示、不怕光冲刷。
  • ⑤彩色化容易,效果逼真。
  • ⑥显示面积可大可小。
  • ⑦设计、改型容易。
  • ⑧易于大批量生产。
  • ⑨工艺不断更新、成本还会降低。

这些特点,使液晶显示器件综合性能比其他显示器件都具有更大优势。随着液晶显示器件本身技术的成熟,产品的更新换代,一些原有的缺陷被不断克服,使得其应用领域还会进一步扩大。

6 1 3
6.1.3 液晶在光学器件方面的应用
  • 由于液晶具有受外场引起的分子排列变化可以调制外界光的基本特性,使液晶可以加工成各式各样的电控光学器件。其实显示器件也可以广义地被看作各类液晶光阀制作的光学器件。
  • 但是与显示器件不同的是,作为光学器件我们更关心的是液晶因电压作用而引起的折射率、双折射特性的变化,双折射波长色散特性等等。

这一方面的应用主要有:

  • 液晶电子光阀、液晶调光器件、光调制器及相位衍射光栅和光路切换和光束偏转器等。
6 1 4
6.1.4 液晶在计量和传感方面的应用
  • 液晶分子排列极容易受外场,如电、热、磁,压力等的影响,一旦受外场作用,分子排列发生变化将随之引起光学特性以及其他参数的改变。利用这一特性可以在检测、测量和传感技术方面得到广泛的应用。
  • 向列相液晶在传感和检测方面的应用主要有:无损检测集成电路、高灵敏度温度传感器、加速度传感器、物体位置测定、超声波检测和电压测量等。
  • 胆甾液晶在传感和检测方面的应用主要是利用胆甾液晶在外场作用下螺距变化而呈现的干涉光颜色。其应用主要有:示温变色温度计、非破坏性试验的检测探查、流速检测、压敏元件、场测量、多种临床医疗用检查膜、装饰用品、印刷和防伪商标等。
6 1 5
6.1.5 液晶聚合物的应用
  • 有一类聚合物在溶融时,由于分子具有液晶的各向异性而呈液晶态,我们称之为热致变液晶聚合物,简称LCP。这类物质既有液晶光学异性又有聚合物的易于加工良好的成膜性和成型性,有更加广泛的应用价值。
  • 1 侧链型液晶聚合物的应用
  • 侧链型液晶聚合物主要用于制作各种新型功能性材料,如记忆、记录元件、光调制器件、光学元件、偏振片等。
  • 另一类是所谓直链型和复合型液晶聚合物。它主要是用于制作一些高性能材料,如高强度、高弹性、耐高温,耐老化等特殊材料。
  • 2 胆甾液晶聚合物的应用
  • 胆甾液晶聚合物是由胆甾液晶与高分子聚合物聚合、固化而成。其中以侧链液晶聚合物为重点,通常是致晶功能团直接或间接与聚合物骨架连接。常见骨架以聚丙烯酸盐和聚丙烯酸脂为主。
  • 由于它是由胆甾液晶与聚合物聚合而成,保留了胆甾液晶的所有光学特性,好象将这些特性“凝固”在聚合物中一样,而且,一般不随温度等外界条件而改变。
  • 适当的改变聚合物中手性液晶浓度,改变聚合温度,以及注入不同的添加剂,将可以方便地调节胆甾液晶聚合物的光学特性。因此,这种胆甾液晶聚合物具有广泛的应用前景。其中,在光学信息存储、强激光技术及显示上都有极重要的应用。
6 2 6 2 1
6.2 笔段型液晶显示模块的应用6.2.1 笔段型液晶显示模块简介
  • 笔段型液晶显示模块是指以长条状显示像素组成一位显示类型的液晶显示模块,简称段型液晶显示模块。
  • 专业的液晶显示模块归于此类,如空调上,游戏机上用液晶显示模块等。
  • 段型显示模块主要用于数字显示,或围绕数字显示。在形状上总是围绕数字“8”的结构变化。在显示数字的基础上,也可以显示西文字母、某些专用符号或固定图形,还可以将一个汉字或一个汉字组作为一段显示。
  • 从显示形状上分类,段型显示可分为六段显示,七段显示,八段显示,九段显示,十四段显示和十六段显示等。其中以七段显示最为常用,被广泛应用于各种数字仪表、计时器、计数器等。段型显示还包含了为专业显示而设计的固定图形和字符。
  • 从段型液晶显示模块的驱动方式上分类,可分成静态驱动和动态驱动两种。由于段型动态液晶显示模块寻址路数一般不超过4路,所以对段型液晶显示模块而言,动态驱动通常被称为是多路寻址驱动法。一个段型液晶显示模块的驱动方式主要取决于该模块各显示像素外引线的引出与排布方式。
  • 静态液晶显示模块引线排布与结构如本书第三部分第一篇(上)驱动知识篇中第二节图5-1所示。
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多路寻址驱动的液晶显示模块引线排布和结构示例多路寻址驱动的液晶显示模块引线排布和结构示例

(a)4×2驱动 (b)3×3驱动

(c)3×3驱动 (d)2×4驱动

由于引线电极排布不同,故其驱动方式也就不同。所以在使用液晶显示器件时首先要弄清楚这点。不同的电极排布要配不同的驱动器,使用不同的控制方法。

静态驱动方法的应用电路/多路寻址驱动方法的应用电路

6 2 2
6.2.2 静态驱动法及其应用电路
  • 举例:集成电路HEF4543的应用电路
  • HEF4543是一位BCD——七段译码带数据锁存功能的驱动器,它可以驱动发光二极管的七段数码管,也可以驱动七段液晶显示器件。

当锁存端LD=1时,锁存器输出随数据输入端DCBA的变化而变化,当LD=0时,锁存器保存最近数据,并禁止锁存器接受数据。HEF4543还设置了显示开关信号BI。当BI=1时关闭显示。PH为驱动相位控制端,它连接驱动器中异或门的输入端,控制着驱动器输出的相位。

HEF4543原理框图

HEF4543的真值表和译码表

HEF4543只有背电极BP的同步信号输入端PH,为了实现静态驱动波形,PH需要外部振荡电路提供脉冲信号,液晶显示器件背电极BP所需的驱动脉冲序列也由此电路提供。

hef4543 4
HEF4543驱动4位液晶显示器件的驱动电路

通常使用的液晶显示器件都是多位数字显示结构,比如4位液晶显示器件。这就需要多片HEF4543组成驱动器组

从图中可以看出:

555集成电路组成了振荡器,振荡频率在(32~200)Hz范围内调整。振荡器的输出经D触发器整形后产生出占空比为50%的脉冲序列。这个脉冲序列提供给HEF4543的PH和液晶显示器件的背电极BP,从而形成完整的静态液晶显示驱动系统。

由于HEF4543数据输入接口处具有数据锁存器,并有锁存信号LD控制,所以HEF4543可以直接挂在计算机的总线上,LD信号可以看成是显示数据的写入信号由地址线和写操作信号合成产生。

6 2 3
6.2.3 多路寻址液晶显示器件驱动应用电路
  • 以下将介绍几种段型液晶显示器件的多路驱动器。这种IC电路的特点是驱动路数不大于4路。
  • 1 动态段型液晶显示驱动控制器PCF8576C
  • PCF8576C是具有I2C总线接口的液晶显示驱动控制器
  • PCF8576C为40路段驱动输出,最大能驱动40×4路共160段液晶显示器件。
  • 可以级联以适应驱动较大规模的LCD 显示器。
  • 不仅可以通过I2C总线接口与具有I2C总线接口的MCU 相连,也可以通过I2C 总线的模拟,与MCU 的通用I/O 口相连。其内部设置的显示RAM 以及子地址的自动增量和显示方式自动切换使其通讯控制量减少到最小。
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1)引脚分布
  • 液晶显示驱动控制器的应用原理(以PCF8576C为例)
  • 引脚定义:
  • SDA I2C总线数据输入/输出
  • SCL I2C总线时钟输入/输出
  • /SYNC 级联同步输入/输出
  • CLK 外部时钟输入/输出
  • VDD 电源正端
  • OSC 振荡器输入
  • A0、A1、A2 I2C总线器件的引脚地址端
  • SA0 I2C总线从地址位0输入
  • VSS 逻辑地
  • VLCD LCD电源电压
  • BP0~BP3 LCD背极输出(即COM输出)
  • S0~S39 LCD段输出(即SEG输出)

PCF8576 的引脚分布

2 pcf8576 3
2)PCF8576的电路结构3)驱动能力
  • 从PCF8576的原理图可知,PCF8576C具有4路背电极输出BP0~BP3,它们直接与LCD 相连,驱动方式可在静态、2路、3路或4路驱动之中选一。如果少于4 个背极输出时,不使用的背极可空出。
  • 在三路驱动方式中,BP3与BP1的输出信号相同;在二路驱动方式中,BP0 和BP2、BP1和BP3 输出信号相同;在静态驱动方式中所有4个背极输出相同的信号。对于输出信号相同的背极可以并联起来,以增加LCD 的驱动能力。
  • PCF8576C有40路段驱动输出S0~S39。它们应与LCD 直接相连。段输出信号是根据背极输出及显示锁存器中锁存的数据生成的。当少于40 段输出时,不用的段输出可空。
  • PCF8576C最大可以驱动40×4段液晶显示器件。
  • 显示偏压由液晶显示电压选择器提供,电压由VDD和VLCD提供,偏压方式由偏压发生器产生,可以生成静态、1/2偏压和1/3偏压三种。

PCF8576 的电路结构原理

4 pcf8576
4)PCF8576的显示存储器
  • PCF8576的显示数据是通过输出单元选择器从显示存储器中取出,串行地移入移位寄存器内;移位寄存器将显示数据并行输出锁存入锁存器;再由锁存器输出给显示段驱动器。
  • PCF8576C具有40×4位的显示存储器。它用于存储显示数据。存储单元与液晶显示段有着对应的关系。显示数据为“1”相当于液晶显示段为显示状态;显示数据为“0”相当于液晶显示段为不显示状态。显示存储器实为双端口存储器。

显示存储器的结构

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显示数据写入BP0行的格式
  • 显示数据的驱动输出由输出单元选择器选择同一背电极的显示位传送给显示数据移位寄存器内,然后锁存人数据锁存器内。输入单元选择器根据所设置的驱动方式将接收的显示数据写入显示存储器内。数据写入的顺序是一字节的最高位D7在先,最后为最低位D0。每写入一个字节的数据后,地址指针将按照所选的驱动方式的地址增值自动修正,以指定下一个字节数据的存储器单元。
  • 在静态驱动方式下,仅有背电极BP0使用,显示数据仅可以传送给BP0行或BP2行的各位,地址指针增值为8。

静态驱动方式数据写入顺序

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二路驱动方式数据写入顺序
  • 在二路驱动方式下,背电极BP0、BPl使用,显示数据以先BP0后BPl的次序传送给BP0和BPl行的各位,或者以先BP2后BP3的次序传送给BP2和BP3行的各位,地址指针增值为4,图6-9给出显示数据写入BP0,BP1行的格式。

二路驱动方式数据写入顺序

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三路驱动方式数据写入顺序
  • 在三路驱动方式下,背电极BP0、BPl、BP2被使用,显示数据以先BP0,再BPl,后BP2的次序传送给BP0,BPl和BP2各行,地址指针增值为3,如图6-13所示。此时要注意的是8位数据的传输给BP2的第三位制造出一位的死位,这一位在下一字节传送时是不会补充的,所以在使用时要考虑段电极结构的设计和段电极驱动引线的连接。

三路驱动方式数据写入顺序

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四路驱动方式数据写入顺序
  • 在四路驱动方式下,背电极BP0~BP3都使用,显示数据依次BP0至BP3传送,地址指针增值为2,如图所示。

四路驱动方式数据写入顺序

5 pcf8576
5)PCF8576的时序
  • PCF8576C内部具有振荡器和定时器,用以产生PCF8576C的工作时钟和显示脉冲序列。
  • 振荡器由OSC端状态控制。在定时器上有两个输入/输出端,它们是时钟输入/输出端CLK和级联同步输入/输出端/SYNC,它们用在PCF8576C的级联上。当使用内部振荡器工作时,OSC端对地(Vss)端跨接一个电阻ROSC。CLK和/SYNC作为输出提供其他芯片的工作时钟和同步信号;当使用外部时钟时,将OSC接VDD停止内部振荡器的工作,接收从CLK输入的时钟信号。
  • PCF8576C的时钟频率fCLK约为34M/Rosc(Hz 。为了允许I2C总线在最大传输速率100kHz工作,fCLK应大于125kHz。
  • PCF8576C有正常运行方式和节电运行方式两种。在节电运行方式下时钟频率比正常运行方式要减至1/6。在这两种方式下要保持液晶显示驱动帧频64Hz不变,振荡器的电阻Rosc的取值为180kΩ和1.2MΩ。
6 pcf8576
6)PCF8576的接口
  • PCF8576C的I2C总线接口由输入滤波器、I2C总线控制器和子地址计数器组成。输入滤波器为I2C总线接口的连接部,它有两个输入/输出端:SDA为总线数据输入/输出端,SCL为总线时钟输入/输出端,它们作为数据的传输接口类同串行接口。
  • I2C总线控制器有一端SA0作为PCF8576C的总线从地址最低位的设置端。PCF8576C在I2C总线上的从地址被指定为011100A(7位),A=SA0,或为“1”,或为“0”,也就是说在I2C总线上给PCF8576C提供了两个从地址。
  • 在子地址计数器中有三个输入端A0、A1、A2。这是PCF8576C作为级联使用时的子地址的设置端。这样在I2C总线上一个从地址上可以挂8个PCF8576C,一共可以使用16个PCF8576C。
7 pcf8576
7)PCF8576的级联工作
  • 在大规模的LCD显示结构中,通过3位(A2、A1、A0)子地址和已编程的I2C总线从地址(SA0),I2C总线能识别16个PCF8576。因此PCF8576最多可级联16个。
  • 当级联时,各个PCF8576是同步的,因此,级联中的PCF8576可从一个器件分享背极信号。这种布局对于大规模的LCD驱动控制是十分方便的,因为只需要一个器件输出背极驱动,级联中其他的PCF8576只分配其余的段驱动输出而断开其背极驱动,即用多个PCF8576实现显示段的扩展。
  • 同步信号线/SYNC将保证所有级联的PCF8576间正确的同步。实际上在上电复位后就实现了同步,但是由于偶然因素(如噪声环境的破坏作用)失去同步时,需要通过/SYNC同步。/SYNC是输入输出引脚,其输出为带有内部上拉电阻的开漏驱动结构。一个PCF8576保证/SYNC线在有效背极信号最后开始并在所有的其他时间内监视SYNC线。当级联中的PCF8576 失去同步,将通过第一个PCF8576维持的SYNC 复原。
8 pcf8576
8)PCF8576的指令集
  • PCF8576C具有五条简单的控制指令,每条指令的最高位C确定了下一传输的数据性质。C=1表示下一字节为指令代码,C=0表示下一字节为显示数据。
  • ●方式选择指令(MODE SET)
  • 方式选择指令格式如下:

M1、M0 驱动方式选择:

B液晶驱动偏置电压选择:

0 1/3偏压

1 1/2偏压

E 显示状态控制:

0 显示禁止(暗)

1 显示允许

LP 工作方式选择:

0 正常工作方式

1 节电工作方式

load data pointer
●数据指示器装载指令(LOAD DATA POINTER)
  • 数据指示器装载指令格式如下:

P5~P0取值在0~39(0~27H)范围内。

该数值写入地址指针内,用以确定显示存储器内40个单元之一。在读写显示数据操作后,地址指针将根据驱动方式自动修改。当地址指针修改已满,则自动修改子地址值,使下一显示数据写入级联的下一级的PCF8576C中。

device select
●器件选择指令(DEVICE SELECT)
  • PCF8576多片使用时,器件选择指令用来选择0111000或0111001从地址中的8 个PCF8576地址,其格式如下:

A2、A1、A0为三位二进制值(0~7),该三位(A2、A1、A0)立即数传送给子地址计数器以确认8个硬件子地址。每个从地址下级联的8片PCF8576C的识别是通过对各片子地址计数器的地址设置端A0~A2电平状态的判别来实现。该指令通过写入所需PCF8576C的子地址值与各片PCF8576C的子地址计数器的A2~A0的状态比较,相等值的PCF8576C即开始接收计算机下面发送的指令或数据。当单片使用时将A0~A2端电平置“0”,不需要使用这条指令。

bank select
●存贮体选择指令(BANK SELECT)
  • 存贮体选择指令用于选择输入存贮体和输出存贮体,在三路和四路驱动方式中该指令无效。指令格式如下:

O 输出存贮体选择(LCD 显示数据的检索):

静态驱动方式下BP0为背电极驱动输出

0 显示区0 BP0行位

1 显示区l BP2行位

二路驱动方式下BP0、BPl为背电极驱动输出

0 显示区0 BP0、BPl行位

1 显示区l BP2、BP3行位

I 输入存贮体选择接收到的显示数据存放:

静态驱动方式下BP0为背电极驱动输出

0 显示区0 BP0行位

1 显示区1 BP2行位

二路驱动方式下BP0、BPl为背电极驱动输出

0 显示区0 BP0、BPl行位

1 显示区1 BP2、BP3行位

PCF8576C在静态驱动方式和二路驱动方式下可以将显示存储器分成两个显示区,显示数据的写入与显示都可以指定显示区,这与写入操作无关,也与显示扫描驱动无关,也就是说,当写数据时,数据写到何区仅与该指令的设置有关,至于何区的显示数据输出,也仅与该指令的设置有关,而背电极的驱动端不变。

该指令的意义在于可以制造出两个显示区用于选择显示或交替闪烁显示。

blink
●闪烁选择指令(BLINK)
  • 闪烁选择指令用以选择闪烁频率及闪烁方式,指令格式如下:

BF1、BF0 用以选择闪烁频率:

BF1 BF0

0 0 不闪烁

0 1 2Hz频率闪烁

1 0 1Hz频率闪烁

1 1 0.5Hz频率闪烁

A 用以选择闪烁方式:

0 正常闪烁

1 交替闪烁,由显示RAM 体交替闪烁,在三路和四路驱动方式中不会出现。

显示控制器执行由指令译码器所识别的指令,它包括PCF8576 的状态寄存器并协调它们的作用。如有需要,显示控制器也能可靠地将显示数据按填充规则装载到显示RAM 中。

9 pcf8576
9)PCF8576与计算机的连接
  • PCF8576C在与具有I2C总线的计算机连接时操作是非常容易的。但与不具备I2C总线控制的计算机而言就需要使用软件实现I2C总线的规范。
  • 目前使用的比较广泛的51系列单片机一般不具有I2C总线,为了更好的说明PCF8576C的应用,首先将I2C总线的传输时序及有关规范简单地叙述下,如图所示。

I2C总线的数据传输格式

slide29
时序解释
  • 起始信号S:是在SCL线是高电平时,SDA线从高电平向低电平切换,如图6-11所示。
  • 数据传输:计算机以一字节为单位传输,最高位在先。
  • 应答信号:在一字节数据传输完成后,计算机释放数据线SDA在SCL发送一个脉冲,从SDA线上读取电平信号。信号为“0”表示接收器已接收到所传输的数据,信号为“1”表示接收器正忙无法传输数据。
  • 终止信号P:当SCL 是高电平时,SDA 线由低电平向高电平切换,如图6-12所示。

图6-11 I2C总线的起始信号S 图6-12 I2C总线的停止信号P

I2C总线的传输频率为100kHz。

需要注意的是,I2C总线要求在数据线和时钟线上必须接上拉电阻。

slide30
10)上电复位
  • 上电后,PCF8576复位到以下状态
  • ● 所有背极及段输出为VDD
  • ● 选择1/3偏压四路驱动方式
  • ● 闪烁开关断开
  • ● 输入、输出存贮单元选择器为复位状态
  • ● I2C总线接为初始化状态
  • ● 数据指针和子地址控制器被清除
  • 在PCF8576上电后的1ms期间内应避免进行I2C总线的数据传送,以完成复位过程。
11 pcf8576
11)PCF8576的使用
  • 从上图中可以看出:
  • AT89C51的通用并行口P1.0和P1.1与PCF8576的I2C总线相连,P1.0连接SDA,P1.1连接SCL,同时按照I2C总线的规范设置上拉电阻。因为AT89C51不支持I2C总线,所以编写显示驱动程序的时候必须在时序上满足I2C总线的传输格式。
  • 在OSC端上接180kΩ的振荡电阻。
  • 在VLCD端接一个电位器用以调节液晶显示的对比度。
  • A2、A1、A0与SA0直接接地,此应用中PCF8576的从地址为70H(0x70),器件的地址为A2A1A0=000。

PCF8576的典型应用

slide32
驱动显示
  • 该典型应用中使用的液晶显示器件为四路驱动,使用了所有的段电极,可以实现160段的显示。即至少可以驱动显示20个7段数字字符,如图(a)所示。其电极连接、显示RAM装填顺序与发送的显示字节如图(b)所示。

图(a)

图(b)

根据上图所示,可以得到0~9这十个数的显示字模数据如表所示

slide33
12)显示驱动程序
  • 当AT89C51接的晶振为12MHz时,指令周期为1μs。显示驱动程序要实现100kHz的传输速率。本显示驱动程序主要完成的功能就是如上图所示的20位数字的液晶显示模块从0~9的循环显示。谨供读者参考,读者可以自行修改源代码来实现更多的功能。
slide34
SDA EQU P1.0
  • SCL EQU P1.1
  • COUNT EQU 40h
  • ORG 0000h
  • LCALL Delay1ms
  • PCF8576SET:
  • LCALL START ;启动I2C总线
  • MOV A,#70h ;送器件从地址0111 000
  • ;写操作信号为0
  • LCALL SentByte
  • MOV A,#0C8h ;工作方式选择
  • ;四路驱动,1/3偏压,正常工作,开显示,下一数据为指令
  • LCALL SentByte
  • MOV A,#0E0h ;器件选择
  • LCALL SentByte
  • MOV A,#0F0h ;闪烁方式选择
  • LCALL SentByte
  • LCALL STOP ;关闭I2C总线
  • PCF8576Disp:
  • MOV DPTR,#TAB ;送字模表首址
  • MOV B,#10 ;0~9,10个数
  • LCALL START ;启动I2C总线
slide35
Disp1:
  • MOV A,#00h ;写入地址指针设置指令
  • ;将地址指针设在00H上,下一数据为显示数据
  • LCALL SentByte
  • MOV R4,#20
  • Disp2:
  • MOV A,#00h
  • MOVC A,@A+DPTR
  • LCALL SentByte
  • DJNZ R4,Disp2 ;每个数字送20次
  • LCALL STOP ;关闭I2C总线
  • LCALL Delay200ms
  • LCALL Delay200ms
  • INC DPTR
  • DJNZ B,Disp1
  • AJMP PCF8576Disp
  • SentByte:
  • MOV COUNT,#08H ;要传送的数据长度为8位
  • SentB:
  • RLC A ;要发送的数据左移,发送位入C
  • JC Sent1 ;C为“1”,跳到发送“1”的子程序
  • CLR SDA ;C为“0”,发送“0”
  • SJMP Sent
  • Sent1:
  • SETB SDA
  • NOP
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Sent:
  • NOP
  • SETB SCL ;置时钟线为高通知被控器开始接收数据位
  • NOP ;保证时钟高周期大于4us
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • CLR SCL ;钳住总线准备接收下一个数据位
  • DJNZ COUNT,SentB ;8位没发送完继续发送
  • NOP
  • SETB SDA ;8位发送完后释放数据线准备收应答位
  • NOP
  • AckEnd:
  • SETB SCL ;开始接收应答信号
  • NOP ;保证时钟高周期大于4us
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • JB SDA,AckEnd ;判断是否接收到应答信号
  • CLR SCL ;发送结束钳住总线准备下一步
  • RET
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START:
  • SETB SDA ;发送起始条件的数据信号
  • NOP
  • SETB SCL ;发送起始条件的时钟信号
  • NOP ;起始条件建立时间大于4.7us
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • CLR SDA ;发送起始信号
  • NOP ;起始条件锁定时间大于4us
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • CLR SCL ;钳住I2C 总线准备发送或接收数据
  • RET
  • STOP:
  • CLR SDA ;发送停止条件的数据信号
  • NOP
  • SETB SCL ;发送停止条件的时钟信号
  • NOP ;起始条件建立时间大于4us
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • SETB SDA ;发送I2C 总线停止信号
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • NOP
  • RET
slide38
Delay1ms:
  • MOV R7,#100 ;延时1ms左右
  • D1:
  • MOV R6,#10
  • D2:
  • DJNZ R6,D2
  • DJNZ R7,D1
  • RET
  • Delay200ms:
  • MOV R5,#200 ;延时200ms左右
  • DJNZ R5,Delay1ms
  • RET
  • TAB: DB 0EDh,60h,0A7h,0E3h,6Ah,0CBh,4Fh,0E0h,0EFh,0EBh
  • END
2 ht1621
2 动态段型液晶显示驱动控制器HT1621
  • HT1621是台湾合泰(Holtek)公司推出的128点内存映象和多功能的LCD驱动控制器,目前,在段式液晶显示模块中得到了广泛的应用。因此,在本节中,将对HT1621的特性、功能和使用做一个介绍。
  • (1)HT1621的概述
  • HT1621是128点内存映象和多功能的LCD驱动器,HT1621的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合,包括LCD模块和显示子系统。用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条,HT1621还有一个节电命令用于降低系统功耗。
3 ht1621 4 ht1621
(3)HT1621的电路结构(4)HT1621的驱动能力
  • HT1621是一个128(32×4)点的LCD驱动器,它可由软件配置成1/2或1/3的LCD驱动器偏压和2、3或4个公共端口。这一特性使HT1621适用于多种LCD应用场合。
5 ht1621
(5)HT1621的控制部
  • 显示内存(RAM)
  • 静态显示内存(RAM)以32×4位的格式储存所显示的数据。RAM的数据直接映象到LCD驱动器,即显示数据为“1”相当于液晶显示段为显示状态;显示数据为“0”相当于液晶显示段为不显示状态。

图 RAM映射图

slide43
系统振荡器与声音输出
  • 系统振荡器
  • HT1621系统时钟用于产生时基/看门狗定时器(WDT)时钟频率、LCD驱动时钟和声音频率。片内RC振荡器(256KHz)、晶振(32.768KHz)或一个外接的由软件设定的256KHz时钟可以产生时钟源。当系统时钟停止工作时,LCD将显示空白,时基/看门狗定时器功能也将失效。
  • 声音输出
  • HT1621内嵌一个简单的声音发生器,可以在管脚BZ和/BZ上输出一对驱动信号,用于产生一个单音。管脚BZ和/BZ是声音输出管脚也是一对差动驱动管脚,用于驱动蜂鸣器。当系统失效或禁止声音输出时,管脚BZ和/BZ将保持低电平的输出。
slide44
(6)接口
  • HT1621只有四根管脚用于接口。
  • 管脚/CS用于初始化串行接口电路和结束主控制器与HT1621之间的通讯。管脚/CS设置为“1”时主控制器和HT1621之间的数据和命令无效并初始化。在产生模式命令或模式转换之前必须用一个高电平脉冲初始化HT1621的串行接口。
  • 管脚DATA是串行数据输入/输出管脚,读/写数据和写命令通过管脚DATA进行。
  • 管脚/RD是读时钟输入管脚。在/RD信号的下降沿时数据输出管脚DATA上,在/RD信号上升沿和下一个下降沿之间,主控制器应读取相应的数据。
  • 管脚/WR是写时钟输入管脚。在/WR信号上升沿时,管脚DATA上的数据地址和命令被写入。
8 ht1621
(8)HT1621的使用

从上图中可以看出:

  • 在VLCD端接一个电位器用以调节液晶显示的对比度。
  • 该典型应用中使用的液晶显示器件为四路驱动,使用了所有的段电极,可以实现128段的显示。即至少可以驱动显示16个7段数字字符,可以参考HT1621的典型应用的说明。
slide47
(9)显示驱动程序
  • 当AT89C51接的晶振为12MHz时,指令周期为1μs。本显示驱动程序主要完成的功能就是16位数字的液晶显示模块从0~9的循环显示。
  • 驱动程序

CS EQU P1.0

W EQU P1.1

DAT EQU P1.2

COUNT EQU 40h

ORG 0000h

INIT: ;初始化总线

SETB CS

SETB W

SETB DAT

CLR CS

slide48
HT1621INIT:
  • MOV A,80H
  • LCALL WR3 ;先送命令代码100
  • MOV A,#01H ;打开系统振荡器
  • LCALL WR8
  • MOV A,80H
  • LCALL WR3 ;先送命令代码100
  • MOV A,#18H ;片内RC振荡
  • LCALL WR8
  • MOV A,80H
  • LCALL WR3 ;先送命令代码100
  • MOV A,#29H ;1/3偏压比,4个COM
  • LCALL WR8
  • MOV A,80H
  • LCALL WR3 ;先送命令代码100
  • MOV A,#03H ;打开LCD偏压发生器
  • LCALL WR8
  • SETB CS
  • NOP
  • CLR CS
  • HT1621Disp:
  • MOV DPTR,#TAB ;送字模表首址
  • MOV B,#10 ;0~9,10个数
slide49
Disp1:
  • MOV A,#0A0H ;送数据代码101
  • LCALL WR3
  • MOV A,#00H ;将地址指针设在00H上
  • LCALL WR6
  • MOV R4,#16
  • Disp2:
  • MOV A,#00h
  • MOVC A,@A+DPTR
  • LCALL WR8
  • DJNZ R4,Disp2 ;每个数字送16次
  • LCALL Delay200ms
  • LCALL Delay200ms
  • INC DPTR
  • DJNZ B,Disp1
  • AJMP HT1621Disp
  • WR3: ;送代码
  • MOV COUNT,#03H
  • WR3SENT:
  • CLR W
  • RLC A ;要发送的数据左移,发送位入C
  • JC WR3SENT1 ;C为“1”,跳到发送“1”的子程序
  • CLR DAT ;C为“0”,发送“0”
  • SJMP WR3SENT2
slide50
WR3SENT1:
  • SETB DAT
  • WR3SENT2:
  • NOP
  • SETB W
  • NOP
  • DJNZ COUNT,WR3SENT ;3位没发送完继续发送
  • RET
  • WR6: ;送代码
  • MOV COUNT,#06H
  • WR6SENT:
  • CLR W
  • RLC A ;要发送的数据左移,发送位入C
  • JC WR6SENT1 ;C为“1”,跳到发送“1”的子程序
  • CLR DAT ;C为“0”,发送“0”
  • SJMP WR6SENT2
slide51
WR6SENT1:
  • SETB DAT
  • WR6SENT2:
  • NOP
  • SETB W
  • NOP
  • DJNZ COUNT,WR6SENT ;6位没发送完继续发送
  • RET
  • WR8:
  • MOV COUNT,#08H
  • WR8SENT:
  • CLR W
  • RLC A ;要发送的数据左移,发送位入C
  • JC WR8SENT1 ;C为“1”,跳到发送“1”的子程序
  • CLR DAT ;C为“0”,发送“0”
  • SJMP WR8SENT2
  • WR8SENT1:
  • SETB DAT
slide52
WR8SENT2:
  • NOP
  • SETB W
  • NOP
  • DJNZ COUNT,WR8SENT ;8位没发送完继续发送
  • RET
  • Delay1ms:
  • MOV R7,#100 ;延时1ms左右
  • D1:
  • MOV R6,#10
  • D2:
  • DJNZ R6,D2
  • DJNZ R7,D1
  • RET
  • Delay200ms:
  • MOV R5,#200 ;延时200ms左右
  • DJNZ R5,Delay1ms
  • RET
  • TAB: DB 0EDh,60h,0A7h,0E3h,6Ah,0CBh,4Fh,0E0h,0EFh,0EBh
  • END
slide53
6.3 字符点阵型液晶显示模块的应用
  • 字符点阵型模块简介
  • 字符型液晶显示模块是一类专用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。之所以称字符型液晶显示模块是因为其液晶显示器件的电极图形是由若干个5×8或5×11点阵块组成的字符块集,其液晶显示器件的电极排布可以参阅本书第一部分第二篇(上)的第二节中的图2-6。从图2-6可以看出:每一个字符块是一个字符位,每一位都可以显示一个字符,字符位之间空有一定距离的间隔起着字符间距和行距的作用。同时,这类模块使用的是专用于字符显示控制与驱动的IC芯片。
  • 字符型液晶显示驱动控制器广泛应用于字符型液晶显示模块上。目前最常用的字符型液晶显示驱动控制器是日本HITACHI公司的HD44780U,液晶显示驱动器为日本HITACHI公司的HD44100及其替代品。
  • 字符型液晶显示模块在世界上是比较通用的,而且接口格式也是比较统一的,其主要原因是各制造商所采用的模块控制器都是HD44780U及其兼容品,所以会使用一种字符型液晶显示模块,就会通晓所有的字符型液晶显示模块。
  • 本节将以使用HD44780U作为显示驱动控制芯片的字符型液晶显示模块为例,介绍字符点阵型液晶显示模块的电路特性、软件特性,重点介绍接口技术和应用软件。
6 3 1hd44780u
6.3.1HD44780U的特性
  • 考察液晶显示模块的电路特性主要就是考察其控制器的特性,在本节就是考察HD44780U的特性。
  • HD44780U是HD44780的低电压电源改进型,它兼容HD44780的硬件及软件特性,也属于行列合一型内含字符发生器的驱动控制器,仅是在电源上它比HD44780有更宽的选择,它可以在2.7~5.5V范围内选择。

原理框图

slide55
1 接口部
  • HD44780U接口部是HD44780U与计算机的接口。它含有I/O缓冲器、指令寄存器和译码器、数据寄存器以及“忙”标志BF触发器等。
  • (1)接口部的功能
  • I/O缓冲器是接口部以及控制部中的寄存器和存储器与计算机连接的结合部。其作用在于将两个不同时钟下工作的系统连接起来,实现通讯。
  • 指令寄存器和译码器是将计算机发来的指令代码转译成控制逻辑信号,实现对控制器的设置。
  • 数据寄存器包括数据输入寄存器和数据输出寄存器用于暂存写入和读取的DDRAM和CGRAM的数据。
  • HD44780U与计算机的“握手”为忙标志BF信号,它反映了控制器的内部运行状态。当BF=1时表示控制器内部正在处理计算机的指令或正在传输计算机送来的显示数据,不能接收计算机对控制器的写操作和读数据操作,此时控制器将封锁I/O缓冲器。BF=0时表示控制器已处理完计算机发来的信息,打开I/O缓冲器等待计算机的操作。计算机可以在任何时候在数据总线上DB7位读取控制器的BF标志,并且同时将地址指针计数器AC当前值在数据总线的DB6~DB0位上读出。地址指针计数器AC的输出中的一路直接输出给I/O缓冲器供计算机读取。
2 hd44780u
(2)HD44780U与计算机的连接信号
  • 控制器与计算机的连接信号都在接口部中,它们是:
  • DB7~DB4 三态 8位数据总线的高4位或4位数据总线
  • DB3~DB0 三态 8位数据总线的低4位
  • RS 输入 寄存器选择信号
  • R/W 输入 读/写选择信号
  • E 输入 读写使能信号
  • 可以看出:HD44780U的接口形式可以有两种。一种为8位数据总线形式,一种为4位数据总线形式。前者适应8位计算机的数据接口,而后者适应4位计算机的数据接口。由于控制器内部总线起8位形式,所以在8位数据总线形式下,数据总线DB7~DB0有效,数据及指令代码一次操作完成;在4位数据总线形式下,数据总线DB7~DB4有效,DB3~DB0呈高阻态无用,数据及指令代码要分两次操作完成,首先读/写高4位数据或指令代码,然后读/写低4位数据或指令代码。
  • HD44780U的接口形式由计算机写入指令代码设置。
3 hd44780u
(3)HD44780U的接口时序
  • HD44780U的接口时序为M6800时序,其特点是读/写操作时序是由使能信号E完成,
  • E信号是正脉冲信号,不操作时为低电平状态,操作时产生一个正脉冲:
  • ● 在读操作时,E信号在高电平时,控制器将所需数据送入数据总线上,供计算机读取。
  • ● 在写操作时,E信号的下降沿处将数据总线上的数据写入控制器接口部的寄存器内。
  • ● HD44780U对读/写操作的识别是判断R/W信号端上的电平状态,R/W=1为读操作选择,R/W=0为写操作选择。
  • ● R/W信号的宽度要大于E信号的宽度才能保证计算机的操作正确。
  • ● RS信号是HD44780U识别数据总线上的数据是属于指令代码还是属于显示数据。RS=0选通指令寄存器通道,数据总线传输的是指令代码或标志位;RS=1选通数据寄存器通道,数据总线传输的是显示数据或自定义字符的字模数据。
  • HD44780U接口部的总线操作时序图如图6-22所示,其时序参数如表6-6和表6-7所示,电特性如表6-8所示。
slide60
2 驱动部
  • HD44780U不仅具有液晶显示驱动电路,而且具有扩展驱动的能力。
  • (1)驱动部的基本结构与驱动程式
  • 从HD44780U的原理框图可见,驱动部由并/串数据转换电路、16路行驱动器和16位移位寄存器、40路列驱动器和40位锁存器、40位移位寄存器以及液晶显示驱动信号输出和液晶显示驱动偏压等组成。
  • 在时序发生器所产生的显示时序的作用下HD44780U将DDRAM的字符代码数据和当前行扫描计数器的输出作为CGROM或CGRAM的地址指针选择其中相应的字模库单元,然后将该单元内的数据传输给并/串转换电路以转换成相应的串行数据格式输出,这就是HD44780U的驱动程式。
  • (2)行、列驱动能力
  • HD44780U的驱动器功能由以下输出/输入端实现:
  • COM 1~COM l6 行驱动输出端
  • SEG 1~SEG 40 列驱动输出端
  • VCC、V5 组成行、列驱动选择电压波形的高电平与低电平
  • V1、V4 组成行驱动未选电压波形的高电平与低电平
  • V2、V3 组成列驱动未选电压波形的高电平与低电平
  • HD44780U的行驱动是由驱动部控制的,不具备扩展能力。驱动部有16位移位寄存器和16路行驱动器。HD44780U行驱动占空比系数为1/8、1/11或1/16三种,可以通过计算机写入指令来设置。
  • 液晶显示驱动偏压有两种选择。在占空比为1/8或1/11时偏置电压为1/4偏压,在占空比为1/16时偏置电压为1/5偏压。V1~V5的关系如表6-10所示。
slide61
解释
  • 由于DDRAM容量的有限(80×8位),HD44780U只能控制80个字符,每个字符为5点列,所以HD44780U的固定驱动输出能力为400路。之所以使用“固定”一词,是因为不管HD44780U控制及驱动多大的液晶显示器件,它都输出这么多位,多余的位在传输过程中被溢出。
  • 在一行显示方式下,不管是5×7或5×10点阵字符,一行所传输的数据位固定为400位。
  • 在两行显示方式下,DDRAM单元平分为每行为40个单元,所以驱动部传输的数据位固定为200位。
  • 驱动部具有40位数据锁存器、列驱动器和40路列驱动输出。它们负责DDRAM前8个单元的字符显示的驱动任务,其余的字符显示的驱动由驱动部显示数据输出端D输出给扩展的液晶显示驱动器如HD44100类完成。
slide62
(3)列驱动扩展能力
  • HD44780U的列驱动扩展能力是由40位移位寄存器的外输出端D和由时序发生器直接输出的显示时序脉冲信号CLl、CL2及M组合实现的。这些信号的定义如下:
  • D 串行列显示数据输出端
  • CL2 列数据位移时钟信号输出端
  • CLl 列数据锁存时钟信号输出端
  • M 液晶显示交流驱动波形信号输出端
  • 这些信号的时序关系如图所示。
4 hd44780u
(4)HD44780U与液晶显示器件的连接方式
  • HD44780U与液晶显示器件连接方式如下列几幅图所示。

图6-26 5×8点阵8×1字符显示模块结构

slide64

图6-27 5×11点阵8×1字符显示模块结构

以上两图所示的两种连接方式是HD44780U的最基本的用法。是一行字符结构的液晶显示器件连接方式。电路通过扩展驱动接口连接液晶显示驱动器就可以扩展成16×1、20×1、24×1以及40×1等多种形式。

slide65
右图所示的是16×1字符型液晶显示模块最经济的连接结构,它是以两行显示方式连接一行结构的液晶显示器件,前8个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COMl~COM8控制,后8个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COM9~COMl6控制。第一行DDRAM的前8个单元控制着前8个显示字符,第二行DDRAM的前8个单元控制着后8个显示字符。右图所示的是16×1字符型液晶显示模块最经济的连接结构,它是以两行显示方式连接一行结构的液晶显示器件,前8个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COMl~COM8控制,后8个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COM9~COMl6控制。第一行DDRAM的前8个单元控制着前8个显示字符,第二行DDRAM的前8个单元控制着后8个显示字符。

图6-28 5×8点阵16×1字符显示模块结构

slide66
上图所示的为两行字符结构的液晶显示器件连接方式。电路通过扩展驱动接口连接液晶显示驱动器就可以扩展成16×2、20×2、24×2以及40×2。图6-30给出了扩展方式的结构图。上图所示的为两行字符结构的液晶显示器件连接方式。电路通过扩展驱动接口连接液晶显示驱动器就可以扩展成16×2、20×2、24×2以及40×2。图6-30给出了扩展方式的结构图。

图6-29 5×8点阵8×2字符显示模块结构

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右图所示的为两行字符结构的液晶显示器件扩展连接方式。这是HD44780U的最典型的使用方法。右图所示的为两行字符结构的液晶显示器件扩展连接方式。这是HD44780U的最典型的使用方法。
  • 图6-30 5×8点阵16×2~40×2字符显示模块结构
slide68
右图所示的为四行字符结构的液晶显示器件连接方式。它是以两行显示方式连接四行结构的液晶显示器件,显示屏上第一行和第三行上的4个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COMl~COM8控制,显示屏上第二行和第四行上的4个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COM9~COMl6控制。右图所示的为四行字符结构的液晶显示器件连接方式。它是以两行显示方式连接四行结构的液晶显示器件,显示屏上第一行和第三行上的4个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COMl~COM8控制,显示屏上第二行和第四行上的4个字符的行驱动由控制器的行驱动输出COM9~COMl6控制。
  • 第一行DDRAM的1到4单元控制着显示屏上第一行的4个显示字符,5到8单元控制着显示屏上第三行的4个显示字符;第二行DDRAM的1到4单元控制着显示屏上第二行的4个显示字符,5到8单元控制着显示屏上第四行的4个显示字符。
  • 电路通过扩展驱动接口连接液晶显示驱动器就可以扩展成16×4和20×4。
  • 图6-31 5×8点阵4×4字符显示模块结构
slide71
6.4 内置控制器型图形点阵型液晶显示模块的应用
  • 本节介绍图形点阵式液晶显示模块的结构、参数和基本特点,重点介绍:内置SED1520驱动控制器的图形点阵液晶显示模块的应用;内置T6963C显示控制器的图形点阵液晶显示模块的应用。
  • 6.4.1 内置SED1520驱动控制器的图形点阵液晶显示模块的应用
  • 1.SED1520液晶显示驱动控制器
  • SEDl520系列液晶显示驱动控制器是由EPSON公司设计、生产的。
  • SEDl520系列属于行列驱动及控制合一的液晶显示驱动控制器。在这个系列中有六种型号,如表6-17所示。
sed1520f0a
SED1520F0A原理框图
  • 应用在液晶显示模块上最广的是SEDl520F0A
2 sed1520
2.内置SED1520图形液晶显示模块的电路特性
  • 内置SEDl520图形液晶显示模块的驱动控制系统是由两片SEDl520组成。所以内置SEDl520图形液晶显示模块的电路特性实际上是SEDl520的电路特性。
  • 由于在液晶显示模块上常用SEDl520F0A,所以下面按照控制器结构的“三部一集”来分析SEDl520F0A的工作原理。
  • 1 接口部
  • SEDl520的接口部主要作用是衔接计算机与片内功能寄存器和显示存储器数据通道的联系,实现计算机对SEDl520的控制。它包括I/O缓冲器、复位电路、指令译码器和状态字寄存器等。
slide74
(1)接口部的功能
  • I/O缓冲器是SEDl520内部各功能寄存器和显示存储器与计算机连接的结合部。其作用在于将两个不同时钟下工作的系统连接起来,实现通讯。I/O缓冲器直接与显示存储器的数据输入/输出缓冲器连接,以实现计算机对显示存储器的数据存取。为了使计算机操作与SEDl520内部操作在时序上匹配,所有计算机写入的数据(包括指令代码和显示数据)都在I/O缓冲器内被锁存,转换成由内部控制时序处理。计算机的读显示数据的操作是读取当前I/O缓冲器内当前锁存数据,因此在计算机读显示数据时,要有一个周期的延时“空读”。即在第一次读数据时读出的是当前I/O缓冲器内锁存的数据,即最近写入的指令代码,而不是所需的显示存储器单元的内容,而在这次的读操作周期,SEDl520将显示存储器单元的内容送入I/O缓冲器内锁存,在下一个读操作时读出的数据才是所需的显示数据。
  • 当计算机对显示存储器进行存取操作时,内部的存取时序由内部系统周期Tcyc决定,而不是计算机的存取时间。所以在计算机与SEDl520之间进行较快的时间传输时,如果计算机存取频率接近时,就需要在操作之间加入“NOP”指令。
  • 指令译码器是实现各种显示功能的逻辑控制电路,它接收计算机发来的指令代码,并将其转译成相应的逻辑电平去设置各功能寄存器和触发器。
  • 状态字寄存器提供了SEDl520与计算机的“握手”信号,它有4个状态位,表示着控制器当前的工作状态,尤其是忙标志(BUSY)位。计算机要想实现与SEDl520的通讯,必须首先读其状态字以判断当前SEDl520是否可以接收计算机发来的操作指令或显示数据。
  • 复位电路在接口部起着很重要的作用,其一对内部电路复位;其二设置与计算机的总线接口时序。复位电路由外引脚/RES控制。复位电路是边沿触发,当/RES从高电平变到低电平的过程或从低电平变到高电平的过程都触发复位电路复位,即上升沿和下降沿都可以触发复位。不过两种复位方式所对应的接口时序是不一样的:
  • 当复位脉冲为“”时,即在下降沿复位,之后保持高电平,SED1520的接口时序为M6800时序。
  • 当复位脉冲为“”时,即在上升沿复位,之后保持低电平,SED1520的接口时序为8080时序。
  • 复位后SEDl520内部状态如下:
  • 关显示状态时:显示起始行寄存器清零(即为第一行)
  • 正常工作状态时:列地址指针清零
  • 页面地址指针为3即为第4页面设置
  • 占空比为1/32设置
  • ADC为正向排序
  • 改写方式无效
2 sed15201
(2)SED1520与计算机的连接信号
  • SEDl520与计算机的接口信号为:
  • DB0~DB7 三态 数据总线
  • A0 输入 通道选择信号
  • A0=1为数据通道,A0=0为指令通道
  • /RES 输入 复位端和接口时序类型的设置端
  • 在系统需要硬件复位时,在/RES端产生一个沿信号。当内部电路复位后,RES端所保持的电平状态将确定SEDl520接口的时序类型:
  • 当/RES=1时,接口适配M6800系列时序,操作信号为E、R/W
  • 当RES=0时,接口适配8080系列时序,操作信号为/RD、/WR
  • /RD(E) 输入 作为8080时序接口,该引脚为读信号/RD,低电平有效;
  • 作为M6800时序接口,该引脚为使能信号E。该信号为一个正脉冲,在下降沿处为写操作时,在高电平时为读操作。
  • /WR(R/W) 输入 作为8080时序接口,该引脚为写信号/WR,低电平有效;
  • 作为M6800时序接口,该引脚为读/写选择信号R/W:
  • R/W=1为读状态,R/W=0为写状态。
  • SEDl520与计算机的接口时序可以通过在/RES端设置的电平来选择,可以适配8080时序,也可以适配M6800时序。这是SEDl520的灵活之处,但是SEDl520F0A没有片选端,因此限制了SEDl520在液晶显示模块上接口时序上的这种灵活选择。
3 sed1520 8080
(3)SED1520在8080时序条件下的特性
  • 在8080时序下,SEDl520的接口操作信号为读操作信号/RD,写操作信号/WR。接口的8080时序图如图所示,其时序参数特性如表所示。
sed1520 8080
SED1520的8080时序特性表

注1:当VDD-VSS=3.0V时所有项目值均增加200%。

注2:所有信号的上升时间和下降时间的最小值均为15ns。

4 sed1520 m6800
(4)SED1520在M6800时序条件下的特性
  • 在M6800时序下,SEDl520的接口操作信号为读/写选择信号R/W、使能信号E。接口的M6800时序图如图所示,其时序参数特性如表所示。
sed1520 m6800 ta 20 75 vdd vss 4 5v 5 5v
SED1520的M6800时序特性表(Ta=﹣20~75 ℃ VDD-VSS=4.5V~5.5V)

注1:Tcyc是E为高电平的周期时间,不是E的脉冲周期。

注2:当VDD-VSS=3.0V时所有项目值均增加200%。

注3:所有信号的上升时间和下降时间的最小值均为15ns。

5 sedl520 ta 20 75 vss 0v
(5)SEDl520的直流特性(Ta=﹣20~75 ℃ VSS=0V)

注:振荡器外接振荡电阻Rf=1.0MΩ。

slide81
2 驱动部
  • (1)驱动部的基本结构
  • SEDl520的驱动部具有16路行驱动输出和61路列驱动输出。单片SEDl520可以驱动61×16点阵的液晶显示器件,级联两片SEDl520可以驱动122×32点阵的液晶显示器件,如图所示。

驱动部是由扫描行计数器、显示数据锁存器、液晶显示行驱动电路、液晶显示列驱动电路以及相关的外引脚组成。驱动部的行、列驱动器的工作时序由显示时序发生器提供。

驱动部各引脚功能如下:

COM0~COMl5 输出 16路行驱动输出

SEG0~SEG60 输出 61路列驱动输出

V1~V5 输入 液晶显示驱动电源,有VDD≥V1≥V2≥V3≥V4≥V5

VDD、V5:行,列选择电压的高、低电平;

V1、V4:行未选电压的高、低电平;

V2、V3:列未选电压的高、低电平。

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(2)扫描行计数器及行驱动器
  • SEDl520的扫描行计数器在显示时序发生器的作用下产生液晶显示驱动的帧信号,从而控制行驱动器的输出。
  • 行驱动器具有16路输出端COM0~COMl5。扫描行计数器是5位二进制计数器,可以由计算机设置为16次计数循环或32次计数循环,即1/16占空比或1/32占空比。在如图6-42所示的两片SEDl520级联使用时,主工作方式的SEDl520控制上16行的行驱动功能,从工作方式的SEDl520控制下16行的行驱动功能,在交流驱动波形信号FR的作用下实现同步运行。扫描行计数器还控制着显示存储器的显示行地址指针的计数,以实现列驱动数据的同步输出。
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(3)显示数据锁存器和列驱动器
  • 显示数据锁存器是用于锁存当前显示行的列显示数据的。该锁存器的输出直接控制列驱动器的驱动输出状态。
  • 列驱动器具有61路驱动输出端SEG0~SEG60。它只能实现显示存储器驱动数据传输侧所提供的80位驱动显示数据中的61位的显示状态。列驱动输出与列地址计数器输出的对应关系为如下:
  • ADC=0时,正向对应关系,列地址计数器地址0对应SEG0,列地址计数器地址60对应SEG60。
  • ADC=1时,逆向对应关系,列地址计数器地址13对应SEG60,列地址计数器地址79对应SEG0。
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(4)驱动程式
  • SEDl520驱动部的驱动程式是这样的:
  • 在显示时序发生器的作用下,扫描行计数器被清零,行驱动器为第一行扫描输出COM0。
  • 显示起始行寄存器的内容被置入显示行计数器作为其初始值,通过显示行地址译码器进行译码后选通显示存储器中初始行,该行显示数据被传入显示数据锁存器内,锁存器输出给列驱动器输入,列驱动输出与行驱动输出同步输出相应的驱动波形。
  • 在显示时序发生器的计数脉冲和FR的作用下,扫描行计数器加一,显示行地址计数器同步加一,实现下一行的驱动输出。
  • 循环16次或32次(1/16或1/32占空比),SEDl520将完成液晶显示的一帧的驱动功能。
  • 在单片SEDl520工作时,列驱动输出对应着该片的行驱动输出。在两片级联工作时,主工作方式的SEDl520完成第1行至第16行的行驱动和左半屏显示的列驱动输出;从工作方式的SEDl520则承担第17行至第32行的行驱动和右半屏显示的列驱动输出。
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3 控制部
  • 控制部是由显示时序发生器和显示存储器以及管理电路两大部分组成。
  • (1)显示时序发生器
  • 它内含一RC振荡器(仅SEDl520F0A),由外引脚OSC1和OSC2接入振荡因子Rf,产生18kHz的振荡脉冲,进而产生片内工作时钟和显示驱动时序脉冲,同时还提供同步脉冲信号和同步工作时钟脉冲信号。这个振荡器也可以被屏蔽,从OSC2端直接引入一个时钟源作为振荡脉冲。
  • 在时序发生器的外引脚中,M/S端为SEDl520的工作方式设置端。
  • 当M/S端接电源VDD时,SEDl520为主工作方式。此时显示时序发生器通过OSC1和OSC2两端外接一个振荡电阻Rf,就会产生18kHz的振荡时钟,并同时通过OSC2端向外提供该振荡时钟的同步时钟信号,通过FR端向外提供一个交流驱动波形信号。
  • 当M/S端接电源VSS时,该片SEDl520为从工作方式。在此方式下显示时序发生器将从OSC2端接收由主工作方式工作的SEDl520的OSC2端提供的同步时钟信号作为其工作时钟,同时FR端作为输入端接收主工作方式工作的SEDl520的FR端发送的交流驱动波形信号,以保持主/从两片SEDl520显示驱动的同步与协调。
  • SEDl520主/从两工作方式的实现,使得SEDl520可以级联使用,从而充分发挥了SEDl520的内部资源。使得SEDl520可以级联控制和驱动122列×32行点阵规模的液晶显示器件。
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OSC1、OSC2为振荡因子的接口。
  • 在主工作方式下(M/S=“1”),此两端接入振荡电阻Rf(=1.0MΩ)使SEDl520工作;同时,OSC2端又作为输出将此时钟信号提供给从工作方式的SEDl520。
  • 在从工作方式下(M/S=“0”),OSCl端浮空,OSC2端作为外部时钟信号的输入端接收主工作方式SEDl520发来的时钟信号。
  • FR为液晶显示交流驱动波形信号的输入输出端。它产生一周期为两帧的交流驱动波形信号,并作为同步信号启动扫描行计数器和显示行计数器,如图6-43所示。

图6-43 FR波形信号与行驱动的关系(1/32占空比)

当M/S=“1”时,FR为输出端。

当M/S=“0”时,FR为输入端。

表6-21 SED1520显示时序发生器的外引脚

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(2)显示存储器
  • 显示存储器部分是SEDl520的核心部分。显示存储器的管理电路是由页地址指针、列地址指针、数据输入/输出缓冲器,显示行地址指针等组成。
  • SEDl520具有2560位显示存储器。其结构是以一个80×32位的方阵形式排布。显示存储器为双端口存储器结构,结构原理示意图如图所示。
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数据总线侧:
  • 显示存储器从数据总线侧看有32位,按8位数据总线长度(1个字节)分成4个页面,每个页面都有80个字节。这一侧是提供给计算机操作的,是双向传输形式。
  • 页地址指针选择计算机所要操作的显示存储器的页面,列地址指针确定了页面上80个单元之一。
  • 页地址指针是一个两位的寄存器,其输出控制着显示存储器的4个页面的选择,也就是控制着数据传输通道的四选一选择器。页地址指针可以由计算机以指令形式设置。
  • 列地址指针由列地址寄存器、列地址计数器和列地址译码器组成。它确定了显示存储器的操作地址,并具有自动加一计数器,可以使计算机连续存取显示存储器。列地址计数器是双向加一计数器,从图6-55看出它可以从左向(正向)加一,加至80(ADC=0)。也可以从右向(逆向)加一,加至80(ADC=1)。但列地址计数器加至80后不会自动归零再继续加1,超过80的地址没有单元与之对应,所写入的数据将被视为无效。列地址指针可以由计算机以指令形式设置,它和页地址指针结合唯一选通显示存储器的一个单元。
  • 数据输入/输出缓冲器是显示存储器的存取通道,它与接口部的数据总线连接,传输着计算机存取的显示数据。
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驱动数据传输侧:
  • 显示存储器从驱动数据传输侧看有80位,共32行。这一侧是提供给驱动器使用的,仅有输出形式。在SEDl520系列中专用于配合SEDl520使用的列驱动器SEDl521为80列驱动输出,正好与显示存储器单元一一对应。而SEDl520列驱动仅有61路驱动输出,所以在一行80位中仅有61位传输给驱动器使用。
  • 显示行地址指针是用来选择当前要传输的数据行。
  • 为了在驱动输出与液晶显示器件列电极连接布线方便,SEDl520把显示存储器列地址计数器设计为双向加一功能。即可以设置成图6-55所示自左向右加一,地址$0对应驱动输出SEG0,也可以设置成自右向左加一,地址$79(4FH)对应驱动输出SEG0。但是要注意的是尽管地址加一的方向有变化,但显示存储器单元与驱动输出的对应关系不变。这种显示存储器的排序功能由软件指令专门设置。
  • 显示行地址指针包括有显示起始(首)行寄存器、显示行地址计数器和显示行地址译码器等。
  • 计算机可以对显示起始行寄存器设置,显示行地址计数器将以显示起始行寄存器的内容为显示第一行的行地址,在显示时序发生器的行扫描脉冲的作用下加一,形成循环计数,然后由显示行地址译码器唯一选通当前显示存储器输出的显示数据行。
  • 显示数据锁存器是显示存储器与驱动部连接的接口,它将当前显示行地址指针所指的显示行的数据锁存保持,以提供列驱动器的驱动信号。并保证在显示的过程中不因显示存储器的被操作而影响显示的效果。
3 sedl520
(3)SEDl520的工作状态
  • SEDl520的工作有两种状态,一种为正常工作状态,一种为休闲(STAND-BY)状态。
  • 这里着重说明休闲状态的功能。当SEDl520选择了休闲状态,SEDl520处于如下状态:
  • 行驱动器和列驱动器输出为VDD。
  • 振荡器间歇,OSC2为三态。
  • 显示数据和当前工作设置被保存。
  • 在休闲状态下SEDl520把内部损耗降至为最小,接近静态损耗。休闲状态由进入休闲状态的指令和关显示指令共同来实现,由休闲状态退出指令和开显示指令解除。
  • 进退休闲状态时的顺序是:
  • 进入休闲状态先关显示再进入休闲状态。
  • 退出休闲状态先退出休闲状态再开显示。
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4 模块特性
  • 由SEDl520组成的小规模液晶显示器件驱动控制系统,电路简练,经济实用。SEDl520最大仅能驱动32行点阵,所以应用SEDl520作驱动控制系统的液晶显示模块都在32行扫描上。由于SEDl520F0A内部具有振荡器,只需接入振荡电阻即可工作,所以在液晶显示模块上应用最为有利。
  • 本节以市面比较常见的12232这种型号的液晶显示模块为例,说明此类模块的特性。由于SEDl520F0A没有片选信号,为了减化接口信号,两片SEDl520F0A都采用了M6800时序,复位电阻R2接VCC。这样在模块的接口上,使用使能信号E1、E2来区分和控制各一片SEDl520F0A,而其他信号全部是共用的。模块的接口定义如表6-22所示,模块的电特性就是SEDl520F0A的电路特性,这里就不再重复了。
  • 表12232型液晶显示模块的接口定义
sedl520
三、内置SEDl520图形液晶显示模块的软件特性
  • 了解了内置SEDl520图形液晶显示模块的电路特性后,要使用内置SEDl520图形液晶显示模块还需要熟悉其软件特性,即SEDl520的指令功能,才能很好地应用内置SEDl520图形液晶显示模块。SEDl520指令一览表如表所示。
sedl520 13
SEDl520的13条指令
  • 从作用上分可分为两大类:一类为显示方式的设置指令,前6条指令为这一类指令,它们只需在初始化程序中写入一次就可以了。另一类为显示数据读/写操作的指令,从第7条往下(包括读状态字)都是这类指令,它们需要经常地使用。

1 读状态字(Read Status)

状态字是计算机了解SEDl520当前状态,或是SEDl520向计算机提供其内部工作状态的唯一信息渠道或称握手信号。状态字为一个字节,有4个状态位。

BUSY表示当前与计算机接口电路的运行状态:

BUSY=1 SEDl520正在处理上一次计算机发来的指令或数据,接口电路被封锁,此时不能接受计算机的访问;

BUSY=0 SEDl520已准备好接受计算机的访问,等待计算机的访问。

ADC表示显示存储器列地址计数器所选通的单元与列驱动器输出端的对应的关系:

ADC=1 正向顺序对应,即列地址计数器的地址对应着列驱动的输出,列地址(00D)对应列驱动输出SEG0,(60D)对应SEG60;

ADC=0 逆向顺序对应,即列地址计数器的地址对应着列驱动的输出,列地址(13D)对应驱动输出SEG60,(79D)对应驱动输出SEG0。

ON/OFF表示当前显示状态:

ON/OFF=1 显示关状态;

ON/OFF=0 显示开状态。

RESET表示当前SEDl520的工作状态:

RESET=1 SEDl520正在执行复位指令,处于复位状态;

RESET=0 SEDl520在正常工作状态下。

状态字是计算机访问SEDl520时所必须读出的。计算机读状态字是可以随时进行的,不受SEDl520接口状态的影响,即使接口电路处于“忙”(BUSY=1)状态下,计算机也能随时读出这个状态字。在状态字中重要的标志位是“BUSY”位。计算机在每次对SEDl520的访问,无论是写指令代码,还是读/写数据,在操作之前都必须确认一下“BUSY”标志位是否为0,为“0”则访问将会有效,为“1”则需要等待,直到BUSY位为“0”为止。

2 reset
2 复位(Reset)

该指令实现SEDl520的软件复位,该指令执行:

显示起始行寄存器清零。

列地址指针清零。

页地址寄存器置为“3”。

该指令的执行不影响显示存储器的内容。该指令的执行状态可以从状态字的D4位读出判断。一般在系统上电后,计算机对SEDl520第一次操作时写入。

3 display on off
3 显示开/关设置(Display ON/OFF)

该指令控制着显示驱动器的输出。

Di=0时,SEDl520将显示数据锁存器屏蔽,使显示列驱动器输出不受显示存储器的显示数据影响,输出波形全部为未选驱动波形,从而使显示屏上无显示。

Di=1时,SEDl520的驱动电路正常工作,驱动器受显示存储器的显示数据所控制,显示屏上呈现所需的显示效果。该指令的操作状态可以从状态字中D5位读出。该指令的执行将不影响显示存储器的内容。

4 adc selet adc
4 ADC选择指令(Selet ADC)

该指令设置了显示存储器中单元的地址对应显示驱动输出的顺序。SEDl520显示存储器的80个单元对应列驱动器的61路输出。

A=0 正向顺序对应,即列地址计数器的地址对应着列驱动的输出,列地址(00D)对应列驱动输出SEG0,(60D)对应SEG60;

A=1 逆向顺序对应,即列地址计数器的地址对应着列驱动的输出,列地址(13D)对应驱动输出SEG60,(79D)对应驱动输出SEG0。

该指令的设置状态可以从状态字D6位读出判别。

5 statis drive on off
5 休闲状态设置(Statis drive ON/OFF)

SEDl520在正常工作状态下,驱动输出总是有信号输出的,即使它正处在关显示状态下。因为所谓关显示状态仅是将列输出全部置为未选波形(即显示数据为0)的状态。为了降低功耗,SEDl520增加了休闲状态功能,该功能在关显示时启用将停止SEDl520的驱动输出,从而使关显示状态下驱动器成休眠状态,进一步降低了SEDl520的功耗。该指令就是休闲状态的软件开关。

S=1 SEDl520进入休闲状态;

S=0 SEDl520将中止或退出休闲状态。

要注意的是进入休闲状态要在关显示指令输入后才能写入。在退出时要在开显示指令写入之前输入退出休闲状态指令。

6 slect duty
6 占空比设置(Slect duty)

SEDl520允许工作在两种占空比下,一种为1/16占空比,即一帧为16行扫描,此时一片SEDl520即能实现。另一种为1/32占空比,即一帧为32行扫描,此时需要两片SEDl520级联使用了。该指令设置了SEDl520的占空比。

Du=0 1/16占空比;

Du=1 1/32占空比。

7 display start line
7 显示起始行设置(Display start line)

该指令设置了在显示屏上第一行(行驱动输出COM0所对应的显示行)所对应的显示存储器的行号。由此行顺序下延可得到对应显示屏上的显示效果。L=0~31(1FH),表示显示存储器的第1~32行。定时间隔地有规律地修改显示起始行的内容,将会产生显示屏显示的上下滚动的效果。

8 set page address
8 页面地址设置(Set page address)

SEDl520将显示存储器分为4个页面:0~3页,每个页面都有80个字节。页面管理是由2位的页地址寄存器控制。该指令就是设置页地址寄存器的内容,以选择相应的显示存储器的页面。P=0~3,代表0~3页。

9 set segment address3
9 列地址设置(Set segment address3)

SEDl520的显示存储器的每个页面上都有80个字节,每个字节中的8位数据都对应着显示屏上同一列的8点行。列地址指针就是管理这80个字节单元的。列地址指针是一个7位加一计数器。由它和页地址寄存器组合唯一指定了显示存储器的某一个单元。列地址指针在计算机对显示存储器的每次操作后都将自动加一。该指令就是设置列地址指针内容的。CY=0~4FH,对应1~80单元的地址。

10 read modify write
10 启动改写方式(Read-Modify-Write)

该指令将启动或进入SEDl520显示存储器的改写方式。所谓改写方式是计算机在读显示存储器某单元数据时,列地址指针不变,只有在写入显示存储器数据时,列地址指针才加一。这种方式可以使用户得以先检验显示存储器单元的内容,再由此来决定所要修改的内容,尤其适应图形的绘制。在改写方式中,只允许显示数据的读写操作。

11 end
11 结束改写方式(End)

该指令将结束或称退出SEDl520的改写方式。

12 write display data
12 写数据(Write display data)

该操作将8位数据写入由先前已确定的显示存储器地址的单元内。操作结束时将列地址指针加一。

13 read display data
13 读数据(Read display data)

该操作将当前页地址寄存器和列地址指针组合确定的显示存储器单元的内容读出来。除了改写方式操作以外,读操作结束时将列地址指针加一。

sedl5202
四、内置SEDl520图形液晶显示模块的接口技术
  • 由于SEDl520F0A没有片选信号引出,为了方便计算机对其控制,所以模块的接口时序都采用了M6800时序,这样每一片都引出一个独立使能信号E。只要E信号由计算机的选通逻辑控制即可控制该类模块的工作。
  • 计算机控制内置SEDl520图形液晶显示模块有两种连接方式。一种为直接访问方式,一种为间接控制方式。本节将以AT89C51单片机为样机描述这两种方式的实用电路及驱动程序。
  • 1 直接访问方式
  • 直接访问方式是计算机把图形液晶显示模块作为存储器或I/O设备直接挂在计算机的总线上。
  • 在这种方式下,控制信号由AT89C51的读操作信号RD和写操作信号WR与地址信号合成产生。
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直接访问方式的实用接口电路
  • 右图所示的电路,对于完成液晶显示模块的显示来说,所用的硬件是相对比较少的,但是如果计算机需要进行扩展的话,使用上图的话不是很经济(浪费了太多的地址空间)。这个时候,可以考虑使用全地址译码或者部分地址译码的方式。
  • 在上图所示的电路中:
  • 8位数据总线与AT89C51的数据总线连接。
  • E1信号由WR和RD信号逻辑与非后产生,然后由地址A15选通控制。
  • E2信号由WR和RD信号逻辑与非后产生,然后由地址A14选通控制。
  • R/W由地址A13提供。
  • RS信号由地址A12提供。
  • 这样就确定了AT89C51操作字符型液晶显示模块的唯一地址选择。
  • 图中的电位器为V0提供了可调的驱动电压,用以实现显示对比度的调节。
  • 直接访问方式的驱动程序(略)。
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2 间接控制方式
  • 间接控制方式是计算机把图形液晶显示模块作为终端与计算机的并行接口连接,计算机通过对该并行接口的操作间接的实现对字符型液晶显示模块的控制。本文以AT89C51的P1和P2接口为并行接口与字符型液晶显示模块连接,下图给出了本文推荐的实用接口电路。

图中的电位器为V0提供了可调的驱动电压,用以实现显示对比度的调节。

在编制驱动函数的时候,要注意时序的配合,根据M6800时序的规范:

在写操作时,使能信号E1、E2的下降沿有效,在软件设置顺序上,先设置RS、R/W状态,再设置数据,然后产生E1、E2信号的脉冲,最后复位RS和R/W状态。

在读操作时,使能信号E1、E2的高电平有效,所以在软件设置顺序上,先设置RS,R/W状态,再设置E1、E2信号为高,这时从数据口读取数据,然后将E1、E2信号置低,最后复位RS和R/W状态。

间接控制方式通过软件执行产生操作时序,所以在时间上是足够满足要求的。因此间接控制方式能够实现高速计算机与字符型液晶显示模块的连接。

sedl5203
五、内置SEDl520图形液晶显示模块的应用软件(略)五、内置SEDl520图形液晶显示模块的应用软件(略)
  • 内置SEDl520图形液晶显示模块的应用是随应用系统的性质而定,本节将提供一些实用程序并作为示例进一步对SEDl520指令的应用作一说明。
  • 接口电路为前两图所示的实用电路,驱动程序采用前面所提供的程序。
6 4 2 t6963c
6.4.2 内置T6963C显示控制器的图形点阵液晶显示模块的应用
  • 一、T6963C液晶显示控制器
  • T6963C液晶显示控制器是日本东芝公司的产品。其原理图如图所示。

T6963C的最大特点是具有独特的硬件初始值设置功能,显示驱动所需的参数如占空比系数,驱动传输的字节数/行及字符的字体选择等均由引脚电平设置,这样T6963C的初始化在上电时就已经基本设置完成,软件操作的主要精力就可以全部用于显示画面的设计上了。

t6963c
二、内置T6963C图形液晶显示模块的电路特性
  • 内置T6963C控制器型液晶显示模块的驱动控制系统是由液晶显示控制器T6963C及其周边电路、行驱动器组、列驱动器组以及液晶驱动偏压电路组成。从模块的外接口考察模块的电路特性,实际上就是T6963C的电路特性。
  • 下面按照控制器的三部结构分解T6963C,详细介绍T6963C的电路原理。
  • T6963C保留了四个测试用引脚,它们是测试信号输入端T1、T2;检测信号输出端CHl、CH2。在T6963C的应用时,这四个引脚不必考虑。
  • 1 接口部
  • T6963C与计算机接口部由指令锁存器、数据锁存器、数据缓冲器、状态寄存器以及数据控制电路、数据栈区等组成.
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(1)接口部的功能
  • 接口部用于接收计算机信息以及向计算机发送信息和显示数据。
  • 接口部实现了计算机与T6963C的内部寄存器及其所管理的显示存储器的存取操作,实现了计算机操作时序与T6963C内部工作时序的转换。计算机对T6963C的每次操作时,接口部的锁存器保留了计算机发来的指令代码或显示数据,并立即封锁了接口部的对外电路,将后续的处理过程转换到T6963C控制部的工作时序上,直到处理完成后,方释放接口部的对外电路,等待计算机的下一次的访问。在接口部的状态寄存器中存在着当前T6963C接口部的工作状态,在接口部对外封锁时,工作状态设置为“忙”状态,此时计算机对T6963C的访问是无效的(读状态字除外)。因此计算机在每一次访问T6963C之前都要读出该寄存器的内容加以判断,以确定当前对T6963C的访问是否合宜。
  • 接口部设计了一个数据栈,其特点是:
  • 要求计算机在写带有参数的指令时,先向数据通道写入参数,接口部将其暂存在数据栈中,然后再向指令通道写入指令代码。
  • T6963C将根据指令代码的含义将数据栈内最近写入的数据作为其参数一同进行处理。读显示数据时也是如此,先写入读操作的指令代码,T6963C将所需的显示数据放人数据栈中,然后计算机的读数据操作将数据栈中的数据读出。
2 t6963c
(2)T6963C与计算机的连接信号
  • T6963C的接口部适配Intel8080系列计算机的操作时序,其引脚功能为:
  • DB0~DB7 三态 数据总线
  • CE 输入 T6963C的片选信号,低电平有效
  • C/D 输入 通道选择信号,C/D =0为数据通道,C/D =1为指令通道
  • /RD 输入 作为8080时序接口,该引脚为读信号/RD,低电平有效
  • /WR 输入 作为8080时序接口,该引脚为写信号/WR,低电平有效
  • T6963C接口部对计算机提供了两个复位信号,以便计算机在硬件电路上能控制T6963C的工作。这两个复位端是/RESET和HALT。
  • /RESET 输入 复位信号,将驱动用的计数器和寄存器清零,并且关显示。在/RESET复位作用结束后,使用开显示指令将完整的恢复原有的显示内容,低电平有效
  • /HALT 输入 休眠控制信号。它不仅具有/RESET的所有功能,而且还将中止内部时钟振荡器的工作,彻底停止T6963C的工作,使其处于低功耗的休眠状态,低电平有效
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2 驱动部
  • 驱动部是T6963C控制液晶显示驱动系统的接口。它由液晶显示时序发生器、图形数据锁存器、文本数据锁存器、显示选择器、串行传输电路以及液晶显示数据输出接口等组成。
  • (1)驱动部的功能
  • 驱动部在时序发生器的时序控制下将图形数据锁存器和文本数据锁存器的内容在显示选择器中合成,然后通过并/串转换器转换成串行格式的数据输出给液晶显示驱动系统。同时驱动部还向液晶显示驱动系统提供液晶显示驱动所需的工作时序脉冲序列。
  • (2)驱动部的输出引脚
  • T6963C驱动部的控制时序输出端和显示数据输出端定义如下:
  • CDATA 输出 帧信号输出端,即行扫描数据信号
  • LP 输出 锁存脉冲序列,用于列显示数据锁存信号和行扫描数据的移位信号
  • FR 输出 液晶显示交流驱动波形信号
  • HSCP 输出 上半屏显示数据的移位脉冲序列
  • HOD 输出 上半屏显示数据的偶位数据输出端(2位数据格式时)
  • LSCP 输出 下半屏显示数据的移位脉冲序列
  • LOD 输出 下半屏显示数据的偶位数据输出端(2位数据格式时)
  • ED 输出 上下屏显示数据输出端(1位数据格式时)或显示数据奇位数据输出端(2位数据格式时)
  • DSPON 输出 液晶显示驱动电源控制端
  • DSPON=1为显示工作,DSPON=0为关闭显示电源
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3 控制部
  • 控制部是T6963C控制器的核心,它由振荡器、时序控制电路、工作方式设置寄存器及电路、内部字符库CGROM及光标控制电路、显示存储器管理电路以及运算电路和各种功能电路组成。
  • (1)控制部的功能
  • 控制部通过振荡器外接晶体振荡器产生振荡脉冲,经时序控制电路调制产生T6963C的工作时钟脉冲序列,根据工作方式设置电路生成各路控制及驱动时序脉冲,从而实现T6963C的工作控制。
  • (2)控制部工作状态的设置
  • 控制部提供了使用引脚电平设置内部工作状态的功能,使T6963C上电后就开始对所连接的液晶显示驱动系统进行正常的控制及驱动。这将避免因上电时控制器尚未进行初始化而使液晶显示驱动系统不能正常工作,导致液晶显示屏上出现不希望的显示状态。
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引脚设置功能
  • ① 驱动方式的设置
  • 驱动方式是指T6963C向液晶显示驱动系统传输显示数据的格式。它根据所要控制的液晶显示驱动系统的数据传输格式的要求而定。T6963C可以实现四种数据传输格式,它由引脚/DUAL和SDSEL的电平状态设置。
  • /DUAL 液晶显示器件电极排列形式的设置
  • /DUAL=1 液晶显示器件为单屏结构
  • /DUAL=0 液晶显示器件为双屏结构
  • SDSEL 数据传输格式设置。
  • SDSEL=1时,数据传输格式为2位并行同步传输
  • SDSEL=0时,数据传输格式为1位串行传输
  • 这两个设置引脚的电平状态组合确定了驱动部中数据传输的输出端,如表所示。
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② 显示窗口长度设置
  • 显示窗口长度是指T6963C所要控制的液晶显示器件水平方向最大的像素点数。显示窗口长度的设置将确定了驱动部向液晶显示驱动系统发送的显示数据的个数,不管实际控制的显示屏的点阵数如何,它已固定了驱动信号的时序关系。
  • 该设置由引脚MD3和MD2(显示数据传输量设置端)的电平组合实现,如表所示。
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③ 显示窗口宽度设置
  • 显示窗口宽度是指T6963C所要控制的液晶显示器件垂直方向最大的像素点数。显示窗口宽度的设置将确定了驱动部向液晶显示驱动系统发送的帧信号时序和占空比系数。
  • 该设置由引脚MDS、MDl和MD0(显示帧信号设置端)与/DUAL设置端组合来实现,如表所示。

占空比系数(

注:上表中“/”为单屏和双屏的分隔线。“/”前数据为单屏,后数据为双屏。

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④ 显示字符的字体设置
  • 显示字符的字体选择实际上是选择字符间距。T6963C内部字符库是5×8点阵字符字模,在垂直方向字模数据中留有一行的间距,是不可变动的;但在水平方向字模数据将一字节的高三位作为字间距处理,即字间距可以为一点距、两点距或三点距,也可以没有。T6963C可以根据需要通过引脚FSl和FS0(字体选择端)的电平组合来设置字符间距,这里表示为字符的字体。组合设置如表所示。

字体选择的实现是在显示数据传输过程中将一字节的8位字模数据有选择地传输几位:

取8位数据中低5位作为显示数据传输而舍弃高3位,显示为5×8点阵字体的字符。

取8位数据中低6位作为显示数据传输而舍弃高2位,显示为6×8点阵字体的字符。

取8位数据中低7位作为显示数据传输而舍弃高1位,显示为7×8点阵字体的字符。

8位数据全部作为显示数据传输,那么显示为8×8点阵字体的字符。

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⑤ 振荡器的晶体振荡器的选择

振荡器时钟与控制器所控制的液晶显示驱动系统的驱动帧频N(行数)和数据传输量M(列数)有关。晶振的频率Fosc可以由下式计算求得:

Fosc=FR×64×2×M×N

其中:

M的值由MD3和MD2的组合确定的。

N的值由MDS、MD1和MD0的组合确定的。

FR为帧频,一般取60Hz或70Hz;当FR=60Hz时的Fosc值可以通过查找下表求得。

3 t6963c1
(3)T6963C的显示功能
  • ① 文本属性显示功能
  • 这是T6963C控制器的独特的功能。文本属性显示功能是将文本显示由通常的单字节数据(字符代码)处理扩大成双字节数据(字符代码+属性数据)处理。
  • 在这种功能下把显示存储器区划分为文本代码区和文本属性区。文本代码区是用于存储作为字符显示的字符代码;文本属性区是用于存储作为相应字符显示的字符属性,这种属性由文本属性区单元中一字节数据的低4位表示,有6种属性
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② 显示合成功能
  • T6963C具有显示合成功能。它可以将文本显示与图形显示通过某种合成逻辑同时在显示屏上显示。这种合成逻辑有逻辑“与”,逻辑“或”以及逻辑“异或”等,是通过显示选择器实现的。
  • ③ “屏读”和“屏拷贝”功能
  • T6963C还可以将显示屏上显示内容“屏读”或“屏拷贝”,这也是T6963C所独特的功能。T6963C将传送给液晶显示驱动系统的合成数据反馈给复制电路,再由其送到数据栈或图形显示区。
  • ④ 光标控制器和光标指针寄存器
  • T6963C还具有光标控制器和光标指针寄存器。它用于在文本显示方式下光标的显示控制。光标数据是在文本数据锁存器处与文本字符数据合成后一起送入液晶显示驱动系统的。
4 t6963c
(4)T6963C的显示存储器及其管理
  • T6963C控制部具有管理显示存储器和字符发生器的能力。
  • T6963C内置有128种5×8点阵的ASCII字符字模库CGROM,字符代码为00H~7FH,如图所示。
4 t6a39
4 列驱动器T6A39的电路原理
  • (1)T6A39的原理框图
  • T6A39是80路列驱动器。常用于内置T6963C控制器的液晶显示模块的驱动系统中。它由两路双向数据移位寄存器和驱动电路组成,数据输入有多种形式的选择。在数据输入接口处有4位并行数据输入端和串/并转换电路。T6A39原理框图如图所示。
2 t6a39
(2)T6A39的引脚及其功能
  • ●SCP(数据移位脉冲输入端)、FR(交流驱动波形信号输入端)和LP(数据锁存脉冲输入端)提供了T6A39的工作时钟信号。
  • ●DI1、DI2、DI3和DI4为T6A39的数据输入端。
  • ●T6A39的数据接收形式与数据流动形式受设置端DUAL(单/双路应用方式设置端)、DIR(数据移位传输方向选择端)和DFl、DF2(数据接收方式设置端)的电位组合的控制。
  • T6A39的数据接收形式有三种:一位串行,二位并行和四位并行方式。

●T6A39其他引脚作用如下:

ol~o40、o41~o80 输出 液晶驱动输出端

VDD 逻辑电源+5V

VSS 电源地

Vlc2/Vlc3/Vlc5 液晶驱动电源,VDD>Vlc2>Vlc3>Vlc5

5 t6a40
5 行驱动器T6A40的电路原理
  • (1)T6A40的原理框图
  • T6A40是68路行驱动器。常用于内置T6963C控制器的液晶显示模块的驱动系统中。它由两路双向数据移位寄存器和驱动电路组成,数据输入为一位串行传输形式。T6A40原理框图如图所示。
2 t6a40
(2)T6A40的引脚及其功能
  • SCP(数据移位脉冲输入端)和FR(交流驱动波形信号输入端)提供T6A40的工作时钟信号。
  • SCP脉冲有效触发沿由TSW端控制:
  • TSW=0 数据在SCP的上升沿输出至驱动输出端
  • TSW=1 数据在SCP的下降沿输出至驱动输出端
  • T6A40内两路双向数据移位寄存器可以合成为一路使用(DUAL=0),也可以分别使用 (DUAL=1)。
  • 数据流方向的设置由DIR端控制。在数据移位寄存器中数据流的方向直接与驱动输出端的排序有关。
6 t6963c
6 内置T6963C控制器型液晶显示模块的接口
  • 模块的对外接口实质上是T6963C与计算机的接口,所以模块的电特性主要是T6963C与计算机接口的电特性。
  • 在接口的第一脚为FG,意思是压框地。在线路板上它直接接至用于压置和固定液晶显示器件的压框上。
t6963c2
三、内置T6963C控制器型图形液晶显示模块的软件特性三、内置T6963C控制器型图形液晶显示模块的软件特性
  • 由于T6963C使用了硬件始化设置,所以使得其指令功能集中于显示功能的设置上,从而加强了T6963C的显示控制能力。

T6963C指令一览表(略)

T6963C指令的运行时间有些是不能确定的,这是因为有些指令的运行要受到当时控制部的状态影响。

在T6963C指令中有的指令需要参数的补充,如地址指针的设置。T6963C指令参数的输入是在指令代码写入之前,如在上一节的接口部中所述。

t6963c3
T6963C的指令写入的流程图

如果在带有参数的指令代码写入之前,写入多于该指令参数的数据,那么T6963C认可最近写入的数据为该指令的参数。

T6963C指令的详细说明(略)

t6963c4
四、内置T6963C控制器的液晶显示模块的接口技术四、内置T6963C控制器的液晶显示模块的接口技术
  • 内置T6963C控制器的液晶显示模块与计算机的接口时序为Inter8080时序。本节以常用的单片机AT89C51为实验样机,以模块128128为显示样片叙述计算机与内置T6963C控制器的液晶显示模块的接口技术。
  • 1 直接访问方式
  • 直接访问方式是把内置T6963C控制器的液晶显示模块作为存储器或I/O设备直接挂在计算机的总线上。模块的数据线接计算机的数据总线上,片选及寄存器选择信号线由计算机的地址总线提供,读和写操作由计算机的读写操作信号控制。
t6963c5
计算机直接访问方式下与内置T6963C控制器的液晶显示模块的实用接口电路
  • 左图所示的电路,对于完成液晶显示模块的显示来说,所用的硬件是相对比较少的,但是如果计算机需要进行扩展的话,使用上图的话不是很经济(浪费了太多的地址空间)。这个时候,可以考虑使用全地址译码或者部分地址译码的方式。
  • 在上图所示的电路中:
  • 8位数据总线与AT89C51的数据总线连接。
  • 地址线A15作为模块操作的片选线。
  • 地址线A14作为模块的寄存器选择线C/D。
  • 这样就确定了AT89C51操作字符型液晶显示模块的唯一地址选择。
  • 图中的电位器为V0提供了可调的驱动电压,用以实现显示对比度的调节。

直接访问方式的驱动程序(略)

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2 间接控制方式
  • 间接控制方式是将内置T6963C控制器的液晶显示模块与计算机系统中的某个并行I/O接口连接,计算机通过对该I/O接口的操作间接的实现对模块的控制。本文以AT89C51的P1和P2接口为并行接口与字符型液晶显示模块连接。

图中的电位器为V0提供了可调的驱动电压,用以实现显示对比度的调节。

在编制驱动函数的时候,要注意时序的配合,根据Intel8080时序的规范,间接控制方式通过软件执行产生操作时序,所以在时间上是足够满足要求的。因此间接控制方式能够实现高速计算机与字符型液晶显示模块的连接。

驱动程序(略)

t6963c6
五、内置T6963C控制器型图形液晶显示模块的应用软件五、内置T6963C控制器型图形液晶显示模块的应用软件
  • 内置T6963C图形液晶显示模块的应用是随应用系统的性质而定,本节将提供一些实用程序并作为示例进一步对T6963C指令的应用作一说明。
  • 接口电路为前两图所示的实用电路,驱动程序也为上一节所提供的。
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6.5 液晶显示器件故障的简易查询及排除方法
  • 本节介绍使用指针式万用表的R*10kΩ电阻档进行查询和使用感应市电进行检测的方法,针对性地介绍“字迹”、隐约显示、对比度差、混乱显示、全部显示、缺笔画显示、无规律不正常显示、断续显示的成因和排除方法。
  • 一、使用中的故障排除
  • 一个合格的液晶显示器件在使用时,有时也会由于不合理的使用、不适宜条件及配件不合格或安装方法不当而出现故障。其原因和排除方法如下:
  • 1 “字迹”排除
  • 使用几小时或几天后,电极变色出现黑、棕色“字迹”,液晶盒产生气泡,以致不能显示。这是由于驱动电压直流成分过大,从而引起电化学反应造成的。检查电路,排除过大直流成分后,换上新的液晶显示器件即可。
  • 当刚刚出现“字迹”时,可将液晶显示器件加热至保存温度以上,即使液晶显示器件显示面全部变黑时,停止升温,自然冷却后,一般可除掉“字迹”。
  • 2 隐约显示的排除
  • 装配后出现不该显示的笔段也隐约显示,以致不能读出,其原因可能是:
  • (1)引线间不清洁。用千细布擦净即可。
  • (2)天气太潮,玻璃表面导电。室内干燥后即可恢复。
  • (3)公用电极或段电极悬空,重新安装可靠后,即可消除。
  • (4)交流方波上下幅度不对称,造成熄灭时截止不清,调整方波幅度即可解决。
  • (5)导电橡胶条纹不正、不平行、绝缘性能较差,更换导电橡胶条即可。
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3 对比度差的排除
  • 对比度很差,或出现负像,或显示混乱,或全部显示,一般是由于背电极悬空造成,排除即可。
  • 4 混乱显示的排除
  • 外界干扰也可能引起显示混乱,排除干扰即可。
  • 5 全部显示的排除
  • 译码器正常,但全部像素显示。一般是背电极未接好,悬空或背电极接入直流。
  • 6 缺笔划显示的原因及其排除
  • (1)电极引线沾污,导致装配接触不良。
  • (2)导电橡胶沾污,导致装配接触不良。
  • 以上两项只需要进行清洁处理后重新装配即可。装配时不能用手触摸清洁处理后的部位。
  • (3)玻璃边缘破损,划伤外引线导电层。
  • (4)装配压框不合适。
  • 7 无规律不正常显示的排除
  • 造成混乱显示的原因可能是:背电极悬空、驱动为直流、电源波动、接触不良、电池耗尽等。可根据不同原因进行排除。
  • 8 断续显示的排除
  • 功能紊乱,不能调校,显示时断时续。其原因为电源电压不正常,电池耗尽,此时需要换电池。
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二、简易故障查寻
  • 为了查寻液晶显示器件在使用中的故障,可以使用指针式万用表的R×10kΩ电阻挡进行寻查。这是一个高阻挡,可以查测出影响显示的各种通、断情况。又由于它具有9~15V直流电压,因此可以驱动液晶显示器件显示,从显示状态上判断显示器件是否正常。但是由于万用表输出的是直流电压,故最好在检测时不要拖长时间,以免发生电化学反应。可以用以下窍门减少直流破坏作用,即将一支表笔握于手中,然后用手指握住液晶显示背电极,再用另一表笔探测其余段电极,此时,外电源内阻会大大增加,从而减少了直流成分的破坏作用。
  • 另一种使用感应市电进行检测的窍门也很实用。取一表笔线或普通电线,将一端扰在台灯或其他电器的电源线外面,约2~5绕即可。此时,该电线中即会感应产生微弱的交流电压。这个感应电压内阻很大,具有50Hz的交流感应电压对一般用电器虽然没用,但用于驱动液晶显示器件却正好适用。此时,只要用手指捏住液晶显示器件的背电极,用该电线末端触碰段电极引线,该段像素即可显示。用这种方法检测液晶显示器件的好坏非常方便,不过,由于感应电的电流虽然很小,但电压还是很高的,因此,有时用这种方式检测会发现未触及的像素也一起出现串扰显示,这是因为其他外引线悬空造成的,此时用手指轻触串扰显示的电极外引线端,串扰显示即会消失。
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基本要点
  • 1 液晶作为一种特殊的功能材料,具有极其广泛的应用价值。液晶的应用大体为四大类,即:显示、光学、传感和其他类。液晶显示器件是液晶应用的主体,发展很快。
  • 2 笔段型液晶显示模块是指以长条状显示像素组成一位显示类型的液晶显示模块,简称段型液晶显示模块。段型显示模块主要用于数字显示,或围绕数字显示。从段型液晶显示模块的驱动方式上分类,可分成静态驱动和动态驱动两种。
  • 3 字符点阵型液晶显示模块是一类专用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。每一个字符块是一个字符位,每一位都可以显示一个字符,字符位之间空有一定距离的间隔起着字符间距和行距的作用。这类模块使用的是专用于字符显示控制与驱动的IC芯片。
  • 字符型液晶显示模块在世界上是比较通用的,而且接口格式也是比较统一的,其主要原因是各制造商所采用的模块控制器都是HD44780U及其兼容品。
  • 4 由于图形点阵型液晶显示模块的控制器的生产厂商众多,因此图形点阵型液晶显示模块的使用也比较多变、复杂。
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基本要求
  • 1 熟悉液晶的应用。
  • 2 掌握动态驱动段式液晶显示模块的使用(内置控制器为PCF8576、HT1621)。
  • 3 掌握字符点阵型液晶显示模块的使用。
  • 4 掌握内置SED1520控制器的图形点阵型液晶显示模块的使用。
  • 5 掌握内置T6963C控制器的图形点阵型液晶显示模块的使用。
  • 6 掌握液晶显示模块常见故障的排除。
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问题探讨
  • 1 笔段型液晶显示模块主要能进行什么内容的显示?主要用途是什么?
  • 2 字符点阵型液晶显示模块主要能进行什么内容的显示?在显示画面有什么特点?字符点阵中点数的规格常见的有几种?
  • 3 字符点阵型液晶显示模块为什么可以通用?它的驱动系统是如何进行工作的?怎样进行显示驱动的扩展?
  • 4 图形点阵型液晶显示模块主要能进行什么内容的显示?在显示画面有什么特点?
  • 5 图形点阵型液晶显示模块可以通用吗?为什么?
  • 6 图形点阵型液晶显示模块的显示数据可以通用吗?为什么?