LCD萬用接口電路設計,示波器如何來控制LCD驅動?

　　LCD接口都有哪些？

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

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/367409.htm

　　但應用比較多的就是MUC模式和RGB模式，區別有以下幾點：

　　1.MCU接口：會解碼命令，由TIming generator產生時序信號，驅動COM和SEG驅器。

　　RGB接口：在寫LCD register setTIng時，和MCU接口沒有區別。區別只在於圖像的寫入方式。

　　2.用MCU模式時由於數據可以先存到IC內部GRAM後再往屏上寫，所以這種模式LCD可以直接接在MEMORY的總線上。

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

　　3.MPU接口方式：顯示數據寫入DDRAM，常用於靜止圖片顯示。

　　RGB接口方式：顯示數據不寫入DDRAM，直接寫屏，速度快，常用於顯示視頻或動畫用。

　　MCU接口和RGB接口主要的區別是：

　　MCU接口方式：顯示數據寫入DDRAM，常用於靜止圖片顯示。

　　RGB接口方式：顯示數據不寫入DDRAM，直接寫屏，速度快，常用於顯示視頻或動畫用。

　　MCU模式

　　因為主要針對單片機的領域在使用，因此得名。後在中低端手機大量使用，其主要特點是價格便宜的。MCU-LCD接口的標準術語是Intel提出的8080總線標準，因此在很多文檔中用I80 來指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序的區別。數據位傳輸有8位，9位，16位，18位，24位。連線分為：CS/，RS（寄存器選擇），RD/，WR/，再就是數據線了。優點是：控制簡單方便，無需時鐘和同步信號。缺點是：要耗費GRAM，所以難以做到大屏（3.8以上）。對於MCU接口的LCM，其內部的晶片就叫LCD驅動器。主要功能是對主機發過的數據/命令，進行變換，變成每個象素的RGB數據，使之在屏上顯示出來。這個過程不需要點、行、幀時鐘。

　　MCU接口的LCD的Driver IC都帶GRAM，Driver IC作為MCU的一片協處理器，接受MCU發過來的Command/Data，可以相對獨立的工作。對於MCU接口的LCM（LCD Module），其內部的晶片就叫LCD驅動器。主要功能是對主機發過的數據/命令，進行變換，變成每個象素的RGB數據，使之在屏上顯示出來。這個過程不需要點、行、幀時鐘。

　　M6800模式

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

　　I8080模式

　　I80模式連線分為：CS/，RS（寄存器選擇），RD/，WR/，再就是數據線了。優點是：控制簡單方便，無需時鐘和同步信號。缺點是：要耗費GRAM，所以難以做到大屏（QVGA以上）。

　　MCU接口標準名稱是I80，管腳的控制腳有5個：

　　CS 片選信號

　　RS （置1為寫數據，置0為寫命令）

　　/WR （為0表示寫數據） 數據命令區分信號

　　RESET 復位LCD（ 用固定命令系列 0 1 0來復位）

　　VSYNC模式

　　該模式其實就是就是在MCU模式上加了一個VSYNC信號，應用於運動畫面更新，這樣就與上述兩個接口有很大的區別。該模式支持直接進行動畫顯示的功能，它提供了一個對MCU接口最小的改動，實現動畫顯示的解決方案。在這種模式下，內部的顯示操作與外部VSYNC信號同步。可以實現比內部操作更高的速率的動畫顯示。但由於其操作方式的不同，該模式對速率有一個限制，那就是對內部SRAM的寫速率一定要大於顯示讀內部SRAM的速率。

　　RGB模式

　　大屏採用較多的模式，數據位傳輸也有6位，16位和18位，24位之分。連線一般有：VSYNC，HSYNC，DOTCLK，CS，RESET，有的也需要RS，剩下就是數據線。它的優缺點正好和MCU模式相反。

　　MCU-LCD屏它與RGB-LCD屏主要區別在於顯存的位置。RGB-LCD的顯存是由系統內存充當的，因此其大小隻受限於系統內存的大小，這樣RGB-LCD可以做出較大尺寸，象現在4.3「只能算入門級，而MID中7」，10「的屏都開始大量使用。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。然後軟體通過專門顯示命令來更新顯存，因此MCU屏往往不能做得很大。同時顯示更新速度也比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。啟動顯示後，LCD-DMA會自動把顯存中的數據通過RGB接口送到LCM。而MCU屏則需要發送畫點的命令來修改MCU內部的RAM（即不能直接寫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。

　　對於RGB接口的LCM，主機輸出的直接是每個象素的RGB數據，不需要進行變換（GAMMA校正等除外），對於這種接口，需要在主機部分有個LCD控制器，以產生RGB數據和點、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接口主要用於12.1寸一下的小尺寸TFT屏，LVDS接口主要用於8寸以上的大尺寸TFT屏。TTL接口線多，傳輸距離短；LVDS接口傳輸距離長，線的數量少。大屏採用較多的模式，控制腳是VSYNC，HSYNC，VDEN，VCLK， S3C2440最高支持24個數據腳，數據腳是VD［23-0］。

　　CPU或顯卡發出的圖像數據是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，由於ＴＴＬ信號在高速率的長距離傳輸時性能不佳，抗幹擾能力比較差，後來又提出了多種傳輸模式，比如LVDS、TDMS、GVIF、PD、DVI和DFP等。他們實際上只是將CPU或顯卡發出的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行解碼得到ＴＴＬ信號。

　　但是不管採用何種傳輸模式，本質的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是正負兩個對應波形，用兩個波形的差值來表示當前是1還是0

　　SPI模式

　　採用較少，有3線和4線的，連線為CS/，SLK，SDI，SDO四根線，連線少但是軟體控制比較複雜。

　　MDDI模式（MobileDisplayDigitalInterface）

　　高通公司於2004年提出的接口MDDI，通過減少連線可提高行動電話的可靠性並降低功耗，這將取代SPI模式而成為移動領域的高速串行接口。 連線主要是host_data，host_strobe，client_data，client_strobe，power，GND幾根線。

　　DSI模式

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

　　怎樣從LCD電極看出單片機的種類：

　　通過測量儀表拾取被測信號是單片機前向通道設計中常用的數據採集方式。通常，接口電路從儀表電路中取得相關的模擬信號，經過A／D轉換或V／F轉換送入單片機；或者取得一個頻率信號，經整形後送入單片機。然而，有些測量儀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，儘管從其振蕩電路中可以取得一個與壓強成線性關係的頻率信號，送入單片機測得壓強，但這個壓強並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有智能儀表那樣的通信接口與單片機通信。顯然，要想通過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。

　　本文以一個全自動血壓計為例，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個公共電極COM0～COM3，每位數碼各有2個段電極Sx-0、Sx-1，其等效電路為一個4行&TImes;2列的矩陣，如圖l（c）所示。

　　1.2 LCD的工作波形

　　用雙蹤示波器觀察血壓計LCD的工作波形，如圖2所示。它採用時分割驅動法驅動，偏比1／3，佔空比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與後半周期t5～t8大小相等，極性相反。COM0～COM3信號電壓依次在t1～t4四個時間內達到峰值。時間t1為第1行上f、a兩段的掃描時間，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兩段均處於選擇狀態，顯示。其餘各段在其掃描時間內的電壓和顯示狀態如表1所列。7段中只有g段上的電壓為V0／3，處於非選擇狀態，不顯示。其餘6段均處於選擇狀態，顯示。因此，顯示數字「O」。

　　由此可見，只要依次檢查在t1～t4四個時間內f、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，然後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個段電極、4個COM電極，GND為血壓計的接地端。805l的PC口為805l的擴展並行口。

　　2.1 顯示狀態讀取電路

　　由CD4067、CD3405l、LM324（UA、UB）組成顯示狀態讀取電路，讀取LCD數碼各段的顯示狀態。CD41367多路模擬開關從LCD的13個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多路模擬開關從LCD的4個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調節於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，高電平說明該段顯示，低電平不顯示。顯示狀態送入8051的P1.6腳。R1、C1組成RC濾波器，濾除高頻幹擾。

　　比如，要讀取0號數碼的a段顯示狀態，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UA減法器相減，然後再經UB電壓比較後得到a段的顯示狀態，8051從P1.6腳讀取此最示狀態。

　　2．2 INT0中斷信號產生電路

　　UC和UD組成INT0中斷信號產生電路。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，濾除高頻幹擾。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調節於2V0／3～V0。電壓比較器將COM0信號轉換為INT0負脈衝信號，工作波形如圖4所示。負脈衝的下降沿為LCD驅動信號周期T的起始時刻。此負脈衝接至8051的INT0腳，在負脈衝的下降沿產生外部中斷0。

　　3 程序設計

　　啟用外部中斷0和定時器T0，以中斷方式讀取LCD各位數碼的字形碼。主程序以查詢方式讀取該字形碼，然後經過讀數校驗、字形碼到BCD碼的解碼、讀數識別等，將字形碼轉換為讀數。

　　3.1 讀取字形碼

　　通過外部中斷O和定時器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負脈衝在周期T的起始時刻引起外部中斷O，由INT0中斷服務程序啟動T0定時器，依次在t1～t4半個周期內的f、a、g、b、e、c、d各時刻產生T0中斷，讀取各段的顯示狀態，獲得字形碼。T0定時器設為工作方式2，自動再裝入定時時間為T/16，初始定時時間為T/32。INT0和T0中斷服務程序流程如圖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

　　主程序以查詢方式分別讀取由中斷服務程序採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碼轉變為數值。

　　3．3 讀數校驗

　　讀取一位數碼的字形碼需要1個周期T（實際只用前半個周期），經測量，T=16．318ms。讀取全部位數碼至少需要用7個周期，約114ms。考慮到在單片機讀數的過程中，LCD的讀數有可能發生變化而導致讀數錯誤，程序中採用連續兩次讀數的方法來校驗讀數的正確性。如果連續兩次讀數相同，則說明讀數是正確的；如果連續兩次讀數不同，則說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、放氣時的瞬時壓強以及一些狀態信息。LCD中間的半位（6號）用於顯示待機（Reay to measure）、充氣（CUFF Inf1aTIng）、放氣（CUFF Deflating）以及更換電池（Replace Battcries）四個符號。另外，4號數碼顯示「E」時表示測量出錯，顯示「P」時，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，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。主程序通過這些信息來識別LCD所顯示的內容。

　　4 結論

　　使用此接口電路採集數據，不必考慮與拾取信號的測量相關的細節問題和技術規範。這樣，當拾取信號的測量比較複雜時，可以有效地縮短開發周期。同時，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採集數據與儀表讀數不完全一致的問題。

　　程序設計用1個驅動信號周期讀取1位數碼，這樣的讀取速度對於讀數變化不是很快的血壓計來說已經足夠了。如果測量儀表LCD讀數變化很快，可以修改編程，在1個周期內同時讀取幾位數碼，甚至修改電路設計，將後半周期也用於進行讀數，實現在1個信號周期內讀取所有數碼。

　　如何用萬用表判定LCD管腳？

　　打開萬用表，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，表筆要不離開總是長鳴的說明那個針就是地（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.三針的其餘兩針就是RX和TX了。同樣四針的其餘兩針也是RX和TX了。五針的判斷是把萬用表轉到20V檔，一筆接GND，一筆逐步量電壓。這個時候有兩種情況，第一種：有可能幾乎沒電壓，這個時候看板，發現針腳座子附近有兩個貼片三級管，就考慮用RS232串口的2-3-5來接就可以了。第二種，測量電壓五針的就去掉電壓最高和最低的兩針，其餘的就是RX和TX。因為電壓最高的是VCC低的是BT

　　/RD （為0表示讀數據）