挑选最合适的LCD操控办法

LCD（很多种）现已运用30多年了，其驱动办法已为咱们所了解，并在曩昔的20年里一向坚持不变。但是，LCD资料的前进以及对密度调制新的知道，使得能够有新的数字办法，其能够升级到芯片进程，能够有更具本钱效益的规划。这篇文章将会介绍传统的完结办法，将介绍两种只需求数字信号来驱动LCD的办法。榜首种办法依赖于不同频率信号的相关与不相关性，而第二种办法是经过LCD玻璃的低通滤波特点答应它由密度调制信号驱动。咱们会介绍这两种技能的长处，如识别率、供电电压的开关电压极限，将会介绍多种电平，多种类型。咱们还会演示三种常用的类型。

传统上，LCD操控在微操控器中现已完结，首要经过两种不同办法，但只要是模仿办法完结。这些完结办法包含一个梯形电阻或电流泵，业界更常用的是梯形电阻。运用梯形电阻，一系列的电阻互相堆叠，构成一个很大的分压器，在这儿能够取得多个电平，然后在恰当的时刻集合到恰当的GPIO，然后发生所需的LCD操控波形，这取决于LCD的MUX值。梯形电阻阻值的选定由芯片完结，在功耗与图象显现质量上都很有用。

LCD是一种抱负的电容负载。经过挑选一个很大的电阻，由于电容负载不断的充放电，所以会发生失真波形。这或许导致生成不恰当的LCD操控波形，这会影响LCD的显现，由于某些segment或许显得可界说的比其他的多。经过削减电阻值，波形失真能够削减，但价值是添加了功耗。关键是要找到节能和LCD操控波形完整性之间的平衡点。此外，施行LCD驱动模仿子体系需求的本钱会变得十分贵重（由于片内人体系尺度）。以PSoC 3操控器为例， LCD架构会占用大约~350k平方微米。

当模仿LCD体系主导商场时，与新技能和LCD背面的制作进程相匹配的密度调制了解的添加，使得需求有一个有用驱动LCD的新办法。例如，纯数字LCD操控技能可应用于发生LCD操控信号，当观察LCD时，不能和模仿办法区别开来。与此一同，数字办法还可供给额定的优点。有两个不同但类似的完结办法，包含数字相关和密度调制。

传统上，LCD电流泵或电阻分压器能够发生多个偏置电压，如而发生如图1所示的梯形波形。

图1 ： 传统的模仿操控波形

切当的电压阶数取决于希望的偏置电平。偏置是适用于LCD的电压台阶数目。准确的数目依赖于Mux比率，即LCD中common数目的倒数。例如，一个4common的LCD mux比率是1/4。然后运用这些多重电压来坚持恰当的电平，以坚持某段的开或关。每common所需的偏置数量能够经过方程1核算出来。

方程1

这种办法的优势是能够发生高识别率，但它会形成潜在的功耗本钱和芯片完结本钱的进步。运用数字相关技能，不是运用多个模仿电平，而是运用规范数字逻辑电平， LCD操控波形在适宜的时分在Vdd和地之间切换。这种办法有两个首要优势。首要，运用这种技能，能够用十分有限的硬件完结（如定时器或PWM)，运用DMA或微操控器操控固件和ISR。现在商场上可用的微操控器和FPGA具有完结这种操控技能所需的资源。这种办法的第二个首要优势是，这种完结也能够很容易地在低功率形式下使操控体系驱动LCD。当器材由定时器ISR触发唤醒开端下一桢时，操控器材只需求调整GPIO到逻辑高电平或低电平，然后回来低功率形式。GPIO将会坚持进入低功耗形式时的引脚状况，因此在低电源形式不需求很多的内部部件处于active。由于数字相关的LCD操控所需的办理过程很简略，active形式需求的时刻就很少，所以能够最大极限地节约功耗。下图给出了使于数字相关操控波形的一个比如，见图2。

图2数字相关操控波形

操控波形是这样发生的，选中底板(common)时是segment波形相关信号，不选是不相关信号。在子桢周期完毕的时分，完结阻滞状况。与传统的模仿办法不同，能够用DAC发生各种偏置水平，需求调整LCD RMS的电压来发生恰当的开关电平。由于经过segment的电压与的segment and common(Seg-Com)的电压不同，经过驱动这两条线到相同的电平， 5 V或0 V，就会发生一段时刻的0 V，然后影响到经过segment的RMS电压。LCD的每一segment都有一个Von和Voff阈值电平。这些阈值电平能够经过下列方程核算，这儿“ d”代表阻滞状况数目，“ n ”代表common数。

方程2

方程3

识别率是很重要的参数，其界说为V_RMS(On) 和V­_{RMS(Off)­­­­}之间的比率。其距离较大，将会显现越多的界说了的开关segment。假如这两个参数太挨近，它就很难区别开和关的segment。核算数字相关识别率的方程如下。

方程4

从这个方程能够看出，跟着LCD common数量的添加，识别率会下降。在任何操控办法中识别率都是这样的。识别率并不像抱负的模仿操控办法那么有用率，不过关于当今的4common LCD来说现已足够了。

运用密度调制，由体系内PWM组成，能够发生类似传统模仿办法的波形。抱负情况下，LCD模型是一个%&&&&&%。但是，由于LCD玻璃的固有特性， LCD模型更像一个滤波器。LCD的这些固有特性在这种情况下是有利的。经过改动PWM参数，LCD的滤波器特性可用于出产直流电压。经过这种办法，发生的波形和图1所示的传统模仿办法十分类似。

该办法的最大优势是本钱。由于是数字硬件来发生波形，数字元件比模仿硬件占用的die要小。开端PSoC3给出的值是近似~ 350 k 平方微米。经过切换到朴实的数字体系，估量这个数字会下降到大约5.5 k平方微米。完结数字体系比相应模仿器材来说还会显着削减芯片规划危险。请注意，这一切随之而来的价值是更高的功率耗费，这是由于PWM需求更高速度的时钟。但是，在LCD管脚添加额定的外部电阻能够平衡这种完结的功耗。

方程5

方程6

这种办法的识别率比数字相关更高，能够发生更多的可界说的显现，如方程7所示。

方程7

下面的工程典范是运用PSoC 3/5在PSoC Creator环境中完结和装备的。这个项目装备为能够完结数字相关和密度调制两种办法，1/2 和1/3偏置。在工程文件中经过简略地改动一些参数，工程文件就能够完结任何LCD操控技能。有两个首要的LCD操控部分。榜首个驱动操控排序，如图3所示。第二部分是引脚驱动逻辑，见图4，其取得各种操控和驱动信号，并用恰当的逻辑结合来出产所需的驱动波形。

图 3数字LCD操控操控和驱动排序

序列器是用来指示正在生成操控波形子帧，一同决议波形信号是否需求倒置。这个模块扮演了一个接连循环的状况机人物。一旦整个LCD波形发生，它会翻转并重新开端。图3中所示为4 common 显现装备。但是，经过添加SubFrame[0..1]的尺度，这个序列器能够扩展到多达16common。

PWM的阻滞状况首要是用于操控差异，能够经过调整之前说到的RMS电压完结。经过改动PWM阻滞时刻参数，将common 和segment驱动为低的时刻添加，然后下降LCD操控的RMS电压。

PWM偏置发生了两个PWM信号：一个高电平信号和一个低电平信号。当说到LCD为1/2， 1/3，或1/4偏置时，指的是结合体系的高、低电平发生所需的终究电平。

图4 common 和segment驱动逻辑

如图4所示，显现RAM存储的是LCD的每一个像素的信息，是开或关。跟着序列器周期经过子帧，它将经过数字de-mux从显现RAM挑选一位，见图4。要添加显现器的common数，就需求添加操控寄存器以支撑希望的数值， de-mux 输入数目也是相同。在PSoC Creator工程中，有多页如图4所示的电路原理图，其供给了segment和 common必要的逻辑。区别segments和 common的部件是虚拟mux，设置为’ 0 ‘为common，设置为’ 1‘ 为segment。运用显现RAM，以及排序及操控元件，各种逻辑门一同作业来进行恰当的解码，以确认信号怎么表现在GPIO引脚。然后LCD作其他工作。

例如VIM-404 TN LCD。在固件中，一个按钮就可轻松完结各种操控切换，能够实时演示不同操控技能。图5为数字相关办法。

图5TN LCD数字相关办法

有了这种办法，咱们就能观察到识别率较低的影响。为了发生这样一个显现，在封闭像素的当地不亮，那么开电压有必要也下降到开像不显现像传统的LCD操控办法界说的那个点。但是，观察到的作用会依据LCD参数不同而不同，如LCD象素尺度，LCD电压，显现类型(STN或TN)。在STN LCD测验中，数字相关和传统操控办法没有显着不同。

图6和图7显现了PWM 1/2偏置和 1/3偏置驱动办法。能够显着观察到数字相关和PWM图画，但不论离的多近，都很难区别1/2仍是1/3偏置， 1/3偏置会有更多可界说的显现。

图6 .TNLCD1/2 PWM偏置

图7 . TN LCD 1/3 PWM偏置

如前所述，经过添加优先级逻辑，显现RAM，以及添加别的的数字逻辑就可支撑更多的common/segment，在CY8C-KIT006东西中，支撑更大的LCD，16 common STN LCD，如图8所示。

图8 .CY8C-KIT006 STNLCD ，¼ PWM偏置

运用电流泵和梯形电阻的模仿LCD操控规范现已在半导体职业存在20多年了，新一代数字操控办法将会证明其是一个可行的代替计划，由于它们完结的尺度小，功耗低。