LCD萬(wàn)用接口電路設計,示波器如何來(lái)控制LCD驅動(dòng)？

　　LCD接口都有哪些？

　　LCD的接口有多種，分類(lèi)很細。主要看LCD的驅動(dòng)方式和控制方式，目前手機上的彩色LCD的連接方式一般有這么幾種：MCU模式，RGB模式，SPI模式，VSYNC模式，MDDI模式，DSI模式。MCU模式（也寫(xiě)成MPU模式的）。只有TFT模塊才有RGB接口。

　　但應用比較多的就是MUC模式和RGB模式，區別有以下幾點(diǎn)：

　　1.MCU接口：會(huì )解碼命令，由TIming generator產(chǎn)生時(shí)序信號，驅動(dòng)COM和SEG驅器。

　　RGB接口：在寫(xiě)LCD register setTIng時(shí)，和MCU接口沒(méi)有區別。區別只在于圖像的寫(xiě)入方式。

　　2.用MCU模式時(shí)由于數據可以先存到IC內部GRAM后再往屏上寫(xiě)，所以這種模式LCD可以直接接在MEMORY的總線(xiàn)上。

　　用RGB模式時(shí)就不同了，它沒(méi)有內部RAM，HSYNC，VSYNC，ENABLE，CS，RESET，RS可以直接接在MEMORY的GPIO口上，用GPIO口來(lái)模擬波形。

　　3.MPU接口方式：顯示數據寫(xiě)入DDRAM，常用于靜止圖片顯示。

　　RGB接口方式：顯示數據不寫(xiě)入DDRAM，直接寫(xiě)屏，速度快，常用于顯示視頻或動(dòng)畫(huà)用。

　　MCU接口和RGB接口主要的區別是：

　　MCU接口方式：顯示數據寫(xiě)入DDRAM，常用于靜止圖片顯示。

　　RGB接口方式：顯示數據不寫(xiě)入DDRAM，直接寫(xiě)屏，速度快，常用于顯示視頻或動(dòng)畫(huà)用。

　　MCU模式

　　因為主要針對單片機的領(lǐng)域在使用，因此得名。后在中低端手機大量使用，其主要特點(diǎn)是價(jià)格便宜的。MCU-LCD接口的標準術(shù)語(yǔ)是Intel提出的8080總線(xiàn)標準，因此在很多文檔中用I80 來(lái)指MCU-LCD屏。主要又可以分為8080模式和6800模式，這兩者之間主要是時(shí)序的區別。數據位傳輸有8位，9位，16位，18位，24位。連線(xiàn)分為：CS/，RS（寄存器選擇），RD/，WR/，再就是數據線(xiàn)了。優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單方便，無(wú)需時(shí)鐘和同步信號。缺點(diǎn)是：要耗費GRAM，所以難以做到大屏（3.8以上）。對于MCU接口的LCM，其內部的芯片就叫LCD驅動(dòng)器。主要功能是對主機發(fā)過(guò)的數據/命令，進(jìn)行變換，變成每個(gè)象素的RGB數據，使之在屏上顯示出來(lái)。這個(gè)過(guò)程不需要點(diǎn)、行、幀時(shí)鐘。

　　MCU接口的LCD的Driver IC都帶GRAM，Driver IC作為MCU的一片協(xié)處理器，接受MCU發(fā)過(guò)來(lái)的Command/Data，可以相對獨立的工作。對于MCU接口的LCM（LCD Module），其內部的芯片就叫LCD驅動(dòng)器。主要功能是對主機發(fā)過(guò)的數據/命令，進(jìn)行變換，變成每個(gè)象素的RGB數據，使之在屏上顯示出來(lái)。這個(gè)過(guò)程不需要點(diǎn)、行、幀時(shí)鐘。

　　M6800模式

　　M6800模式支持可選擇的總線(xiàn)寬度8/9/16/18-bit（默認為8位），其實(shí)際設計思想是與I80的思想是一樣的，主要區別就是該模式的總線(xiàn)控制讀寫(xiě)信號組合在一個(gè)引腳上（/WR），而增加了一個(gè)鎖存信號（E）數據位傳輸有8位，9位，16位和18位。

　　I8080模式

　　I80模式連線(xiàn)分為：CS/，RS（寄存器選擇），RD/，WR/，再就是數據線(xiàn)了。優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單方便，無(wú)需時(shí)鐘和同步信號。缺點(diǎn)是：要耗費GRAM，所以難以做到大屏（QVGA以上）。

　　MCU接口標準名稱(chēng)是I80，管腳的控制腳有5個(gè)：

　　CS 片選信號

　　RS （置1為寫(xiě)數據，置0為寫(xiě)命令）

　　/WR （為0表示寫(xiě)數據） 數據命令區分信號

　　RESET 復位LCD（ 用固定命令系列 0 1 0來(lái)復位）

　　VSYNC模式

　　該模式其實(shí)就是就是在MCU模式上加了一個(gè)VSYNC信號，應用于運動(dòng)畫(huà)面更新，這樣就與上述兩個(gè)接口有很大的區別。該模式支持直接進(jìn)行動(dòng)畫(huà)顯示的功能，它提供了一個(gè)對MCU接口最小的改動(dòng)，實(shí)現動(dòng)畫(huà)顯示的解決方案。在這種模式下，內部的顯示操作與外部VSYNC信號同步?？梢詫?shí)現比內部操作更高的速率的動(dòng)畫(huà)顯示。但由于其操作方式的不同，該模式對速率有一個(gè)限制，那就是對內部SRAM的寫(xiě)速率一定要大于顯示讀內部SRAM的速率。

　　RGB模式

　　大屏采用較多的模式，數據位傳輸也有6位，16位和18位，24位之分。連線(xiàn)一般有：VSYNC，HSYNC，DOTCLK，CS，RESET，有的也需要RS，剩下就是數據線(xiàn)。它的優(yōu)缺點(diǎn)正好和MCU模式相反。

　　MCU-LCD屏它與RGB-LCD屏主要區別在于顯存的位置。RGB-LCD的顯存是由系統內存充當的，因此其大小只受限于系統內存的大小，這樣RGB-LCD可以做出較大尺寸，象現在4.3“只能算入門(mén)級，而MID中7”，10“的屏都開(kāi)始大量使用。而MCU-LCD的設計之初只要考慮單片機的內存較小，因此都是把顯存內置在LCD模塊內部。然后軟件通過(guò)專(zhuān)門(mén)顯示命令來(lái)更新顯存，因此MCU屏往往不能做得很大。同時(shí)顯示更新速度也比RGB-LCD慢。顯示數據傳輸模式也有差別。RGB屏只需顯存組織好數據。啟動(dòng)顯示后，LCD-DMA會(huì )自動(dòng)把顯存中的數據通過(guò)RGB接口送到LCM。而MCU屏則需要發(fā)送畫(huà)點(diǎn)的命令來(lái)修改MCU內部的RAM（即不能直接寫(xiě)MCU屏的RAM）。所以RGB顯示速度明顯比MCU快，而且播放視頻方面，MCU-LCD也比較慢。

　　對于RGB接口的LCM，主機輸出的直接是每個(gè)象素的RGB數據，不需要進(jìn)行變換（GAMMA校正等除外），對于這種接口，需要在主機部分有個(gè)LCD控制器，以產(chǎn)生RGB數據和點(diǎn)、行、幀同步信號。

　　彩色TFT液晶屏主要有2種接口：TTL接口（RGB顏色接口）， LVDS接口（將RGB顏色打包成差分信號傳輸）。TTL接口主要用于12.1寸一下的小尺寸TFT屏，LVDS接口主要用于8寸以上的大尺寸TFT屏。TTL接口線(xiàn)多，傳輸距離短；LVDS接口傳輸距離長(cháng)，線(xiàn)的數量少。大屏采用較多的模式，控制腳是VSYNC，HSYNC，VDEN，VCLK， S3C2440最高支持24個(gè)數據腳，數據腳是VD［23-0］。

　　CPU或顯卡發(fā)出的圖像數據是TTL信號（0-5V、0-3.3V、0-2.5V、或0-1.8V），LCD本身接收的也是TTL信號，由于ＴＴＬ信號在高速率的長(cháng)距離傳輸時(shí)性能不佳，抗干擾能力比較差，后來(lái)又提出了多種傳輸模式，比如LVDS、TDMS、GVIF、PD、DVI和DFP等。他們實(shí)際上只是將CPU或顯卡發(fā)出的TTL信號編碼成各種信號以傳輸，在LCD那邊將接收到的信號進(jìn)行解碼得到ＴＴＬ信號。

　　但是不管采用何種傳輸模式，本質(zhì)的TTL信號是一樣的。

　　注意：TTL/LVDS分別是兩種信號的傳輸模式，TTL是高電平表示1，低電平表示0的模式，LVDS是正負兩個(gè)對應波形，用兩個(gè)波形的差值來(lái)表示當前是1還是0

　　SPI模式

　　采用較少，有3線(xiàn)和4線(xiàn)的，連線(xiàn)為CS/，SLK，SDI，SDO四根線(xiàn)，連線(xiàn)少但是軟件控制比較復雜。

　　MDDI模式（MobileDisplayDigitalInterface）

　　高通公司于2004年提出的接口MDDI，通過(guò)減少連線(xiàn)可提高移動(dòng)電話(huà)的可靠性并降低功耗，這將取代SPI模式而成為移動(dòng)領(lǐng)域的高速串行接口。 連線(xiàn)主要是host_data，host_strobe，client_data，client_strobe，power，GND幾根線(xiàn)。

　　DSI模式

　　該模式串行的雙向高速命令傳輸模式，連線(xiàn)有D0P，D0N，D1P，D1N，CLKP，CLKN。

　　怎樣從LCD電極看出單片機的種類(lèi)：

　　通過(guò)測量?jì)x表拾取被測信號是單片機前向通道設計中常用的數據采集方式。通常，接口電路從儀表電路中取得相關(guān)的模擬信號，經(jīng)過(guò)A／D轉換或V／F轉換送入單片機；或者取得一個(gè)頻率信號，經(jīng)整形后送入單片機。然而，有些測量?jì)x表電路中可能找不到這樣的信號。以電容式壓力傳感器血壓計為例，盡管從其振蕩電路中可以取得一個(gè)與壓強成線(xiàn)性關(guān)系的頻率信號，送入單片機測得壓強，但這個(gè)壓強并不是所要拾取的收縮壓、舒張壓和心率；面普通的血壓計又沒(méi)有智能儀表那樣的通信接口與單片機通信。顯然，要想通過(guò)這樣的儀表拾取被測信號只有直接讀取其顯示屏的讀數了。

　　本文以一個(gè)全自動(dòng)血壓計為例，介紹將LCD顯示器讀數讀入單片機的接口電路。該血壓計顯示器為61／2位段式LCD顯示器，3位顯示收縮壓，3位顯示舒張壓。l／2位在兩組數碼中間，顯示4個(gè)指示符號。

　　1 LCD的電極連接結構和工作波形

　　1．1 LCD的電極連接結構

　　圖1為血壓計LCD的電極連接結構及等效電路。其中，圖l（a）為公共電極連接排列，圖l（b）為段電極連接排列。它共有4個(gè)公共電極COM0～COM3，每位數碼各有2個(gè)段電極Sx-0、Sx-1，其等效電路為一個(gè)4行&TImes;2列的矩陣，如圖l（c）所示。

　　1.2 LCD的工作波形

　　用雙蹤示波器觀(guān)察血壓計LCD的工作波形，如圖2所示。它采用時(shí)分割驅動(dòng)法驅動(dòng)，偏比1／3，占空比l／4，B型。公共電極COM0～COM3的信號波形始終保持不變，段電極Sx-0、Sx-1信號波形隨顯示數字的變化而變化。圖2中的Sx-1、Sx-1波形為顯示數字“O”時(shí)的工作波形。

　　由圖2可知，不考慮信號的直流分量，所有波形的前半周期t1～t4與后半周期t5～t8大小相等，極性相反。COM0～COM3信號電壓依次在t1～t4四個(gè)時(shí)間內達到峰值。時(shí)間t1為第1行上f、a兩段的掃描時(shí)間，公共電極COM0，Sx-0為f段的段電極，Sx-1為a段的段電極。在t1時(shí)間內，f段上的電壓COM0-Sx-0=V0，a段上的電壓COM0-Sx-1=V0，f、a兩段均處于選擇狀態(tài)，顯示。其余各段在其掃描時(shí)間內的電壓和顯示狀態(tài)如表1所列。7段中只有g(shù)段上的電壓為V0／3，處于非選擇狀態(tài)，不顯示。其余6段均處于選擇狀態(tài)，顯示。因此，顯示數字“O”。

　　由此可見(jiàn)，只要依次檢查在t1～t4四個(gè)時(shí)間內f(wàn)、a、g、b、e、c、d各段上的電壓COMx-Sx-y（x=0，1，…，6；y=O，1）是V0還是V0／3即可獲得LCD各位數碼的字形碼，然后再將字形碼轉換為測量結果。

　　2 單片機讀數接口電路

　　圖3為根據上述工作原理設計的805l單片機讀數接口電路，圖中，LCD為血壓計的液晶顯示器，6位數碼從右到左依次編號O～5，中間半位的編號為6。它有13個(gè)段電極、4個(gè)COM電極，GND為血壓計的接地端。805l的PC口為805l的擴展并行口。

　　2.1 顯示狀態(tài)讀取電路

　　由CD4067、CD3405l、LM324（UA、UB）組成顯示狀態(tài)讀取電路，讀取LCD數碼各段的顯示狀態(tài)。CD41367多路模擬開(kāi)關(guān)從LCD的13個(gè)段電極信號中選擇一路Sx-x輸出到LM324（UA）的反相輸入端2腳。CD405l多路模擬開(kāi)關(guān)從LCD的4個(gè)COM信號中選擇一路COMx輸出到LM321（UA）的同相輸入端3腳。LM324（UA）接成模擬減法器，由1腳輸出信號COMx-Sx-x。UB作電壓比較器，參考電壓VR大小由電位器W1調節于V0／3～V0之間，將段電壓COMx-Sx-x與VR比較。比較結果為該段的顯示狀態(tài)，高電平說(shuō)明該段顯示，低電平不顯示。顯示狀態(tài)送入8051的P1.6腳。R1、C1組成RC濾波器，濾除高頻干擾。

　　比如，要讀取0號數碼的a段顯示狀態(tài)，由圖1知，0號數碼a段的段電極是S0-1，公共電極是COM0。由程序控制在t1時(shí)間內令PC1PC0=00，使CD405l選擇COM0，令PC5～PC2=0001，使CD4067選擇S0-1，COM0和S0-1兩信號電壓經(jīng)UA減法器相減，然后再經(jīng)UB電壓比較后得到a段的顯示狀態(tài)，8051從P1.6腳讀取此最示狀態(tài)。

　　2．2 INT0中斷信號產(chǎn)生電路

　　UC和UD組成INT0中斷信號產(chǎn)生電路。UC接成電壓跟隨器，減小電路對COM0信號的影響。R2、C2組成RC濾波器，濾除高頻干擾。UD作電壓比較器，參考電壓VR加在同相輸入端，VR大小由電位器W2調節于2V0／3～V0。電壓比較器將COM0信號轉換為INT0負脈沖信號，工作波形如圖4所示。負脈沖的下降沿為L(cháng)CD驅動(dòng)信號周期T的起始時(shí)刻。此負脈沖接至8051的INT0腳，在負脈沖的下降沿產(chǎn)生外部中斷0。

　　3 程序設計

　　啟用外部中斷0和定時(shí)器T0，以中斷方式讀取LCD各位數碼的字形碼。主程序以查詢(xún)方式讀取該字形碼，然后經(jīng)過(guò)讀數校驗、字形碼到BCD碼的譯碼、讀數識別等，將字形碼轉換為讀數。

　　3.1 讀取字形碼

　　通過(guò)外部中斷O和定時(shí)器T0以中斷方式讀取LCD某一編號數碼的字形碼。如圖5所示，INT0負脈沖在周期T的起始時(shí)刻引起外部中斷O，由INT0中斷服務(wù)程序啟動(dòng)T0定時(shí)器，依次在t1～t4半個(gè)周期內的f、a、g、b、e、c、d各時(shí)刻產(chǎn)生T0中斷，讀取各段的顯示狀態(tài)，獲得字形碼。T0定時(shí)器設為工作方式2，自動(dòng)再裝入定時(shí)時(shí)間為T(mén)/16，初始定時(shí)時(shí)間為T(mén)/32。INT0和T0中斷服務(wù)程序流程如圖6所示。

　　其中，PC口數據格式：PC5～PC3為要讀取的那位LCD數碼編號，PC2為段電極編號，PC1PC0為COM電極編號。

　　3.2 字形碼轉換

　　主程序以查詢(xún)方式分別讀取由中斷服務(wù)程序采集的各位數碼的字形碼，查表將字形碼轉換為BCD碼，再將幾位數碼的BCD碼轉變?yōu)閿抵怠?/p>

　　3．3 讀數校驗

　　讀取一位數碼的字形碼需要1個(gè)周期T（實(shí)際只用前半個(gè)周期），經(jīng)測量，T=16．318ms。讀取全部位數碼至少需要用7個(gè)周期，約114ms?？紤]到在單片機讀數的過(guò)程中，LCD的讀數有可能發(fā)生變化而導致讀數錯誤，程序中采用連續兩次讀數的方法來(lái)校驗讀數的正確性。如果連續兩次讀數相同，則說(shuō)明讀數是正確的；如果連續兩次讀數不同，則說(shuō)明讀數可能是錯誤的，應重新讀數。

　　3．4 讀數識別

　　血壓計顯示的內容除了收縮壓、舒張壓和心率以外還有充氣、放氣時(shí)的瞬時(shí)壓強以及一些狀態(tài)信息。LCD中間的半位（6號）用于顯示待機（Reay to measure）、充氣（CUFF Inf1aTIng）、放氣（CUFF Deflating）以及更換電池（Replace Battcries）四個(gè)符號。另外，4號數碼顯示“E”時(shí)表示測量出錯，顯示“P”時(shí)，右邊3位（0～2號）數碼顯示的數字為心率。左右兩邊顯示內容均是數字時(shí)，左邊3位（3～5號）是收縮壓，右邊3位是舒張壓．血壓與心率交替顯示。主程序通過(guò)這些信息來(lái)識別LCD所顯示的內容。

　　4 結論

　　使用此接口電路采集數據，不必考慮與拾取信號的測量相關(guān)的細節問(wèn)題和技術(shù)規范。這樣，當拾取信號的測量比較復雜時(shí)，可以有效地縮短開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)，它也不存在二次A／D轉換或V／F轉換方法所存在的單片機采集數據與儀表讀數不完全一致的問(wèn)題。

　　程序設計用1個(gè)驅動(dòng)信號周期讀取1位數碼，這樣的讀取速度對于讀數變化不是很快的血壓計來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。如果測量?jì)x表LCD讀數變化很快，可以修改編程，在1個(gè)周期內同時(shí)讀取幾位數碼，甚至修改電路設計，將后半周期也用于進(jìn)行讀數，實(shí)現在1個(gè)信號周期內讀取所有數碼。

　　如何用萬(wàn)用表判定LCD管腳？

　　打開(kāi)萬(wàn)用表，接到電阻檔，最好有蜂鳴器的那種。一表筆接觸機頂盒的天線(xiàn)外殼，一表筆逐步解除每一根針，當滴一聲出現，表筆要不離開(kāi)總是長(cháng)鳴的說(shuō)明那個(gè)針就是地（GND），繼續測量其它針，當表筆觸到的針角短暫的嘀一聲的就是VCC了。這樣就判斷出GND和VCC.三針的其余兩針就是RX和TX了。同樣四針的其余兩針也是RX和TX了。五針的判斷是把萬(wàn)用表轉到20V檔，一筆接GND，一筆逐步量電壓。這個(gè)時(shí)候有兩種情況，第一種：有可能幾乎沒(méi)電壓，這個(gè)時(shí)候看板，發(fā)現針腳座子附近有兩個(gè)貼片三級管，就考慮用RS232串口的2-3-5來(lái)接就可以了。第二種，測量電壓五針的就去掉電壓最高和最低的兩針，其余的就是RX和TX。因為電壓最高的是VCC低的是BT

　　/RD （為0表示讀數據）