液晶顯示模塊驅動(dòng)調試技術(shù)

摘要： 本文通過(guò)對液晶顯示原理、LCM液晶顯示控制器內部架構及工作原理的闡述，著(zhù)重詳述其軟件設計技巧及在調試過(guò)程中如何對其電壓、頻率、有效值等進(jìn)行操作，使LCD呈現最佳的顯示效果。

關(guān)鍵詞： 晶振；上電順序；偏壓；倍壓

引言

如何使液晶顯示器獲得良好、穩定的顯示效果，成為驅動(dòng)開(kāi)發(fā)人員值得探討的話(huà)題。LCD依靠外場(chǎng)(包括光、熱、電等)作用于初始排列不規則的液晶分子上，使其排列發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現對外界光的調制，使液晶顯示器件發(fā)生明、暗、遮、透、變色等效果，達到顯示目的。
  
以STN為例，在被寫(xiě)入象素前后電極之間施加上一個(gè)大于閾值的交變電場(chǎng)，使電極間原來(lái)呈180-170沿玻璃表面扭曲排列的液晶分子層中間部分的液晶分子變?yōu)閮A斜垂直排列，從而使透過(guò)該處的線(xiàn)偏振光變?yōu)闄E圓偏光，并在檢偏處形成干涉色，實(shí)現顯示。

液晶顯示控制器原理

液晶顯示控制器基本結構如圖1，各廠(chǎng)商會(huì )加上一些特色設計(如無(wú)顯示緩沖區，增加電容釋放電路等)。

圖1  液晶顯示控制器基本結構

從圖1可以看到，數據緩沖器和指令寄存器用于接收MPU發(fā)來(lái)的指令和數據，以及向MPU反饋所需的數據信息，同時(shí)以狀態(tài)字寄存器表示控制器內部的操作狀態(tài)?？刂撇繉邮盏降男畔⑦M(jìn)行處理。它具有獨立的時(shí)序振蕩器和邏輯控制線(xiàn)路，可對顯示緩沖區RAM的管理和對字符發(fā)生器的管理，實(shí)現對指令代碼的譯碼并生成相應的邏輯控制信號以及完成對各參量寄存器的設置，同時(shí)還可實(shí)現對液晶顯示驅動(dòng)器的各種時(shí)序脈沖信號的產(chǎn)生，并可根據參量寄存器的某些狀態(tài)將不同顯示緩沖區的數據進(jìn)行某種規律的組合，發(fā)送到驅動(dòng)部；驅動(dòng)部提供液晶顯示模塊所需的各種輸出信號以及顯示數據。這些信息包括幀掃描信號(FLM)，數據移位脈沖(CP)，數據鎖存脈沖(LP)，驅動(dòng)器交流驅動(dòng)波形信號(M)以及顯示數據(D)等。在刷新地址指針的尋址下，顯示數據被送入顯示混合電路，在并/串電路中轉換成串行顯示數據形式輸出到液晶屏上。
  
這里，特別闡述一下晶振與液晶顯示控制器的上電順序。

晶振產(chǎn)生工作時(shí)鐘，提供給時(shí)序發(fā)生器以生成控制時(shí)序和顯示時(shí)序?？刂茣r(shí)序將驅動(dòng)邏輯電路以管理和操作各功能電路。它負責顯示存儲器的管理與操作，字符發(fā)生器的操作，將參數寄存器的內容轉換成相應的顯示功能邏輯，以及將顯示數據和指令參數傳輸到位。顯示時(shí)序提供給顯示時(shí)鐘電路以生成液晶顯示驅動(dòng)系統所需的驅動(dòng)時(shí)序列脈沖序列，并實(shí)現顯示數據向液晶顯示驅動(dòng)系統的傳送。晶振的頻率可通過(guò)寄存器進(jìn)行設置。若頻率過(guò)低，反映到液晶屏上會(huì )出現屏閃及水波紋現象；頻率過(guò)高，會(huì )加大LCM功耗。

LCD的倍壓、偏壓由專(zhuān)門(mén)的電路供給。該電路會(huì )根據各廠(chǎng)商的設計思路影響LCM軟件調試。以AR3302為例，其內部關(guān)系調節原理如圖2。

圖2  AR3302內部調節原理

倍壓電路產(chǎn)生出的高電壓經(jīng)電壓轉換器加載到V0-V4端口用于驅動(dòng)LCD。芯片內部寄存器可調節2-7倍倍壓值，1/5-1/13的偏壓比，以及128級電壓設定值。AR3302內部設有分級倍壓設置寄存器，軟件設置時(shí)可置為一次倍壓到位。而一些液晶顯示控制器如PCF8835(或S6B33B2)，則無(wú)此設計，一次倍壓會(huì )因基板無(wú)法提供足夠電流，造成因倍壓不到位，LCM不顯示或花屏。因此針對該類(lèi)芯片，在軟件編寫(xiě)中應采取分步倍壓設置。

液晶顯示控制器上電會(huì )根據其內部電路設計有先后次序。一般而言，LCD邏輯系統電源應先于驅動(dòng)電源供電，否則會(huì )造成空機上電池靜置后開(kāi)機白線(xiàn)等預想不到的情況，嚴重時(shí)會(huì )造成芯片永久性損壞。所以，芯片上電應嚴格按照以下步驟進(jìn)行：

使用外部電源供電
上電時(shí)，應先打開(kāi)邏輯系統電源，并進(jìn)行復位操作；加載外部電壓到相應的引腳(V0，V1，V2，V3，V4)；

關(guān)閉電源順序：進(jìn)行復位操作；切斷外部LCD驅動(dòng)電壓；關(guān)閉邏輯系統電源。

使用內置電源供電

打開(kāi)電源的順序是先開(kāi)邏輯系統電源(VDD)--倍壓電路系統(VEE)，執行復位操作，倍壓、電壓轉換電路使能；如果VDD/VEE電壓不是同時(shí)預置，則VDD先上電；

關(guān)閉電源順序：進(jìn)行復位操作；關(guān)閉倍壓電路系統(VEE)，關(guān)閉邏輯系統電源(VDD)。

指令系統

圖3  指令流程圖

液晶顯示控制器通過(guò)指令系統調整施加到象素上的電壓、相位、頻率、峰值、有效值、時(shí)序、占空比等一系列參數、特性來(lái)建立起一定的驅動(dòng)條件，使顯示變化多端。如何調整寄存器值使液晶達到較好的顯示效果，需參考液晶顯示的參數以及多實(shí)踐。一般而言，電壓設定值、偏壓、倍壓寄存器三者的結合，可調整LCD的顯示亮度、色澤飽和度。電壓越高顯示亮度越亮，顯示會(huì )泛白，色彩飽和度較差。倍壓輸出應盡量與液晶工作電壓(VOP)一致，VOP值過(guò)低，液晶無(wú)法工作；VOP值過(guò)高，會(huì )縮短液晶壽命，顯示泛白。偏壓決定了液晶扭轉的角度，在對比度和灰度的控制中起著(zhù)重要作用。液晶對比度是透過(guò)率之比，透過(guò)率又正比于施加有效電壓值，因此，液晶的選通電壓有效值與非選通電壓有效值之比決定了對比性能好壞。電壓設定值寄存器可輔助偏壓的設定，進(jìn)行微調。手機為用戶(hù)提供的顯示屏色彩調節即為此參數的應用。晶振頻率調整刷屏速度，可改善屏水波紋現象；需要注意的是刷屏頻率越快，LCM的功耗也會(huì )增加。因交流電才能使液晶顯示，因此需設置N行翻轉寄存器，即N行后加在液晶上的電壓正負極翻轉一次。交流電的正負電壓有效值若不一致，則會(huì )造成顯示亮暗不均，也就是常見(jiàn)的屏橫紋。對于STN，為實(shí)現象素點(diǎn)的顯示，須在Y列與X行上同時(shí)施加電壓，這就存在選通點(diǎn)、半選通點(diǎn)和未選通點(diǎn)。若半選通點(diǎn)上的電壓超過(guò)或接近VOP值，都會(huì )造成顯示混亂，即交叉效應。N行翻轉寄存器的調整可改善此類(lèi)問(wèn)題的出現。此外，還需注意初始化及開(kāi)關(guān)機的順序。未經(jīng)過(guò)正常的開(kāi)機程序，可能造成電壓不穩，或倍壓上不去，造成LCD顯示花屏甚至無(wú)法正常初始化。同時(shí)，建議所有的液晶顯示控制器都實(shí)行分步倍壓至液晶VOP值，以避免出現開(kāi)機/開(kāi)蓋花屏(開(kāi)機時(shí)，基板對LCM初始化；開(kāi)蓋時(shí)，LCM退出休眠狀態(tài)，恢復正常供電，液晶顯示控制器倍壓電路開(kāi)始工作)。

結語(yǔ)

在平板顯示器件空前發(fā)展的情況下，液晶顯示器件以其輕、薄、小、耗電低等優(yōu)點(diǎn)而一枝獨秀。本文通過(guò)對液晶模塊的顯示、工作原理的闡述，對軟件的設計、調試方法以及出現的問(wèn)題進(jìn)行了詳細講解，并總結出通用切實(shí)的調試方法。該方法已實(shí)踐于多項FSTN、CSTN、TFT產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)量產(chǎn)，為公司贏(yíng)得了中興、奧盛、中電通信等客戶(hù)。這里介紹給廣大工程師，希望能以此快捷地開(kāi)發(fā)出液晶顯示器件，使其達到良好、穩定的顯示效果，從而做到理論與實(shí)踐相結合，縮短整機開(kāi)發(fā)周期，為產(chǎn)品快速上市贏(yíng)得寶貴時(shí)間。

參考文獻：

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