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浅谈段码式LCD驱动电路的硬件设计原理

来源:LCD液晶模块定制  发布时间:2018-01-22   点击量:572

发光二极管(LED)和液晶显示器(LCD)。这两种显示器成本低廉,配置灵活,与单片机接口方便,而后者驱动电流小,功耗低、寿命长、字形美观、显示清晰、视角大、驱动方式灵活、应用广泛。但在控制上LCD较复杂,因为LCD电极之间的相对电压直流平均值必须为0,否则易引起LCD氧化,因此LCD不能简单地用电平信号控制,而要用一定波形的方波序列来控制。LCD显示有静态和时分割两种方式,静态简单,但是需要较多的口线;时分割复杂,但所需口线较少,这两种方式由电极引线的选择方式确定。下面以电子表的液晶显示为例,其显示面板如图(1)所示,小时的高位同时灭或亮,分钟的高位在显示数码1~5时,其顶部和底部也是同时灭或亮,两个dot点也是同时亮或灭,其驱动方式是偏置比为1/2的时分割驱动,共有11个段电极和两个公共电极。

段码式LCD驱动电路的硬件设计

二 、LCD的显示原理

一般物质可分为气体,液体及固体。但有些物质的特性不属于这3种,液晶就是其中的一种,它不是完全的液体,也不是完全的固体。它能像液体般流动,又具有固体状的结晶。在自然状态下,液晶分子放置于很细的凹曹内,液晶分子会依照凹槽方向排列【3】。LCD显示器就是利用液晶的这些性质工作的。在LCD显示器的上下两电极间加有液晶材料,液晶分子呈平行排列,具有旋光性,平时呈透明态,当上下电极间加上一定电压时,液晶分子转成垂直排列,失去旋光性而呈黑色【4】。为了防止液晶氧化,要求LCD电极之间的相对电压直流平均值必须为零【1】,因此LCD不能简单用电平信号驱动,而要用一定的方波序列来驱动。其驱动波形是很讲究的,以偏置比为1/2的时分割方式为例。 图(2)示出了欲使某一笔画亮或不亮在段极和公共电极上应该产生的波形。从图(2)中可以看出,B1与COM2的波形方向,所以B1亮;B3与COM1的波形同向,所以B3灭【5】。(其中,B1和B3共用一个SEG端口)

段码式LCD驱动电路的硬件设计

一般COM端口的波形总是固定的,对动态1/2时分割方式,COM1和COM2端的波形是反相的,要控制各笔画的显示与熄灭,就必须在相应电极上产生合适的波形。波形的实现有如下特点:1)、两根公共电极上看出,两根公共电极有3种电平,它们分别是0V,1。5V和3V三种电压;2)、两根公共电极COM1和COM2波形是方向的;3)、公共电极和段码的驱动波形的周期是相同的,其中公共电极每个周期变化4次,段码每个周期变化两次,是方波信号。因为公共电极的驱动波形的特点,在业界,大都采用单片机和相应的软件来产生公共电极的驱动波形,而对于ASIC的设计来说,如果采用上述方法,就占用了很大的芯片面积,增加了成本。因此,本文将要介绍一种实用的数字和模拟电路作为段码式LCD的驱动 。

三 、LCD显示驱动电路设计

1. COM1和COM2波形产生电路

设计要点:正如在显示原理部分所述,两个公共电极的波形是固定的,它有3种电平,分别是0V,1.5V,3V,每个周期变化4次,COM1和COM2的波形是方向的。图(3)给出了解决方案,该电路由NMOS管和3态控制门构成,DA的频率是d3的2倍,其中NMOS管接1.5V电压,3态门用3V电压,这样就能够产生每个周期变化4次,有3种电平的固定公共电极波形。为了能够被人眼识别,d3的频率采用了10Hz,由该电路产生的HSPICE波形如图(3-1)所示(用1.5V电源供电,3V的电压由外围的倍压电路产生)。达到这样的设计要求,图(3)中,N管的W/L=28uM/4uM,3态门的两个P管的W/L=8uM/3uM,两个N管的W/L=4uM/3uM。

段码式LCD驱动电路的硬件设计

段码式LCD驱动电路的硬件设计

2. SEG口电路和波形

技术要点:11个段极和2个公共电极共同驱动电子表的显示,段极和公共电极周期要保持相同。其解决方案如图(4)所示,图 (4)是段极驱动电路,它是由一个异或门和一个非门电路搭成,为了让公共电极和段极周期保持一致,输入信号d3和COM电路中的d3是同一个信号,都是频率为10Hz的周期方波;D1的信号是由译码电路产生,它决定电子表显示数码译码,产生的结果由三种类型,恒为高电平1,恒为电平0,周期方波(其频率为d3的2倍,周期为其1/2),图 (4-1),图( 4-2),图( 4-3)分别是上面3种情况对应的verilog_xl产生的波形。SEG口就是用数字电路来实现的,对于晶体管的尺寸没有要求。

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从公共电极和段码电极的仿真波形可以看出,设计的电路符合液晶显示原理的要求,公共电极每个周期变化4次和3种不同的电平,公共电极和段极的周期要保持一致,欲使某一笔划亮或者不亮,则段极(SEG)和(COM)口要满足一定关系,其关系如下表所示:当SEG口和COM1口反相的时候,对应的段极亮,同相时,对应的段极灭。

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