摘要：DMF5005N是日本東芝公司生產(chǎn)的點陣式圖形液晶顯示模塊。它具有體積小、重量輕、低電壓、低功耗等特點。文中介紹了它的整體結(jié)構(gòu)，并對控制器T6963C、行和列驅(qū)動器T6A40和T6A39的工作原理和功能進(jìn)行了詳細(xì)地分析和說明。

關(guān)鍵詞：液晶顯示

點陣圖形式DMF5005NT6963CT6A40T6A39

液晶顯示技術(shù)的普及應(yīng)用和發(fā)展，給儀器、設(shè)備的小型化及智能化帶來了光輝的前景，特別是點陣圖形式液晶顯示模塊，它具有體積小、重量輕、低電壓、低功耗之優(yōu)點，因而在顯示內(nèi)容和顯示功能等方面表現(xiàn)出了獨特的性能。由于液晶顯示器已成為日常工作和生活中各種顯示儀器、儀表和袖珍電子產(chǎn)品的重要組成部分，因此對于點陣圖形液晶顯示器件（模塊）的開發(fā)、設(shè)計、應(yīng)用和研究具有重要意義。本文將對DMF5005N點陣圖形式液晶顯示模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行討論和分析。并在此基礎(chǔ)上介紹了筆者選用東芝芯片設(shè)計的點陣圖形液晶顯示模塊。

1模塊結(jié)構(gòu)

DMF5005N模塊的整體結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。它主要由以下幾個單元電路組成：

●控制電路

主要由控制器T6963C組成，可提供與外部CPU的數(shù)據(jù)接口及對顯示存儲器的讀寫操作；并可控制行、列驅(qū)動電路的時序電路、數(shù)據(jù)格式和顯示格式等。

●行驅(qū)動電路

由行驅(qū)動器T6A40組成，用于把控制器的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD屏所需要的并行的行數(shù)據(jù)。

●列驅(qū)動電路

由三片列驅(qū)動器T6A39組成，可接受控制器的串行數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成LCD屏所需要的并行列數(shù)據(jù)。

●電源偏置電路

主要為行、列驅(qū)動器電路提供LCD屏所需的各種偏置電壓。

●顯示存儲器

由一塊8k的隨機存儲器（RAM）組成，可為模塊提供顯示數(shù)據(jù)的存儲空間。

●液晶顯示屏（LCD）

用于提供64行、240列的點陣顯示屏幕。

2控制器T6963C的原理及功能

圖2所示為控制器T6963C的原理框圖，它是DMF5005N的控制中心。

2.1時序電路

T6963C的時序電路用于為芯片自身以及LCD行、列驅(qū)動器產(chǎn)生各種所需時序。首先由芯片內(nèi)置振蕩器與外加晶振構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生主頻信號，此信號經(jīng)時序控制器多次分頻后再產(chǎn)生各種時序信號。CDATA為行同步信號；LP為行驅(qū)動器的移位時鐘脈沖，同時又是列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)鎖存脈沖信號，HSCP及LSCP分別是雙屏模式時的上屏和下屏的移位時鐘脈沖信號。T6963C的主時鐘頻率為2.0～5.5MHz，顯示占空比的調(diào)節(jié)可由引腳編程解決：并可在1/16到1/128之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。在DMF5005N中選用5.0MHz的晶振并接于XI與X0端可將其占空比定為1/64。

2.2指令處理功能

T6963C有十條基本指令，主要有：數(shù)據(jù)的讀/寫、顯示存貯器的寄存器指針設(shè)置、控制字設(shè)置、工作模式設(shè)置、顯示模式、光標(biāo)形狀選擇、位設(shè)置、屏幕拷貝以及屏幕搜索等功能。這些指令通常通過CPU由8位數(shù)據(jù)總線（D0～D7）輸入[1]。

2.3顯示存貯器RAM的控制和管理

T6963C通過ad0～ad15共16根地址線可導(dǎo)址64k字節(jié)的存貯空間，在DMF5005N模塊中內(nèi)置了一片8k的低功耗靜態(tài)存儲器，所以僅用了13根地址線。數(shù)據(jù)由d0～d7共8位并行口與顯示存貯器RAM進(jìn)行傳遞。片內(nèi)設(shè)置有文本指針、圖形指針、用戶字符發(fā)生器指針及地址指針等寄存器。可通過軟件指令對這些寄存器進(jìn)行設(shè)置，并可將顯示存貯器劃分成文本顯示區(qū)、圖形顯示區(qū)、以及由用戶自定義的字符存貯區(qū)，用戶所要顯示的文本、圖形或自定義圖符的數(shù)據(jù)將被存放到相應(yīng)的存貯區(qū)內(nèi)。內(nèi)置的RAM數(shù)據(jù)鎖存器及RAM緩沖器可為與外接RAM之間數(shù)據(jù)的傳遞提供保障。

2.4顯示內(nèi)容及模式控制電路

在顯示時，顯示數(shù)據(jù)分別經(jīng)圖形數(shù)據(jù)鎖存器以及文本數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，再由顯示根據(jù)顯示模式設(shè)置控制選擇所要顯示的是文本還是圖形，或者是二者的組合模式。當(dāng)選定后，即可對選定數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行掃描，對應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)經(jīng)串行變換后轉(zhuǎn)化成LCD串行數(shù)據(jù)并串行輸出到列驅(qū)動器。ED、HOD和LON引腳為數(shù)據(jù)輸出端子。可根據(jù)采用單屏驅(qū)動還是雙屏驅(qū)動來選定這三個引腳中的其中一個或兩個引腳。DMF5005N模塊采用單屏驅(qū)動，因此選定ED引腳。

3T6A40芯片的工作原理及功能

行驅(qū)動器T6A40驅(qū)動器芯片具有68個通道輸出（01～068），并有兩個可用來傳遞數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)輸入端子，通過此兩端與其它引腳的編程組合，可以改變輸出數(shù)據(jù)的流向。T6A40芯片的內(nèi)部電路原理框圖如圖3所示。

將控制器的FR接T6A40的FR端，并將VLC1、VLC4、VLC5接到電源偏置電路的對應(yīng)端子，即可保證驅(qū)動器輸出的是LCD屏的行驅(qū)動電平。

T6A40片內(nèi)有兩個34位雙向移位寄存器，串行數(shù)據(jù)可從DI01與/或DI02兩個端子輸入。由移位寄存器產(chǎn)生的并行輸出數(shù)據(jù)澈同可分三種：第一種為01～068；第二種是068～01；第三種流向是01～034和068～035，具體輸出哪一種取決于來自數(shù)據(jù)流向控制和移位時鐘極性控制電路的信號，數(shù)據(jù)流向控制電路根據(jù)單/雙屏選擇端子DUAL和流向選擇端子DIR的邏輯電平產(chǎn)生流向控制信號。移位時鐘的極性控制信號由控制器的移位時鐘脈沖SCP（控制器的LP信號）和觸發(fā)方式選擇端子TSW的邏輯電平來產(chǎn)生。兩個34位雙向移位寄存器產(chǎn)生的兩個34位并行數(shù)據(jù)將輸出到兩個LCD驅(qū)動電路中，并在CLD電源偏置電壓作用下產(chǎn)生68位并行LCD行輸出信號，最后加到LCD屏的行輸入端。

在DMF5005N模塊中，由于DUAL=DIP=L；因此選擇DI02為同步數(shù)據(jù)信號的輸入端（控制器的CDATA信號），而將DI01懸空。這樣，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流向為068～01。因此模塊是240×64點陣液晶顯示屏，且只用到64行輸出，所以將065～068四個輸出懸空。

4列驅(qū)動電路T6A39的原理功能

利用列驅(qū)動電路可把控制器提供的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD屏所需的并行數(shù)據(jù)。一般列驅(qū)動芯片都是80個輸出端子，模塊為240列輸出，DMF5005N模塊采用三片T6A39芯片相聯(lián)，正好能構(gòu)成240列輸出，T6A39芯片的內(nèi)部電路原理框圖如圖4所示。

T6A39可以接收一位串行或兩位及四位并行數(shù)據(jù)，可由DF1及DF2引腳輸入數(shù)據(jù)位選擇器確定并控制輸入數(shù)據(jù)具體格式以及串/并數(shù)據(jù)變換的管理控制。該電路內(nèi)含兩個40位輸出的雙向移位寄存器，它們將根據(jù)數(shù)據(jù)流向控制器及驅(qū)動時序控制器把接收到的串行數(shù)據(jù)變換成符合要求的并行數(shù)據(jù)，并傳遞給兩組LCD驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的作用是在LCD電壓偏置電路供給的偏置電壓下，將得到的80位并行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD所需的并行輸出（001～080）數(shù)據(jù)信號（電平）。

5電源偏置電路

DMF5005N模塊電源采用雙電源方式：一個是VDD（+5伏）；另一個是VEE（-12伏）。為了得到LCD驅(qū)動電壓信號，該模塊在采用電阻分壓加上射極跟隨穩(wěn)壓時可得到VLC1～VLC5五個輸出電壓。為了得到LCD顯示的清晰度，負(fù)電源VEE應(yīng)該經(jīng)過可調(diào)電位器調(diào)節(jié)后施加到模塊上。其可調(diào)范圍為：-6～-12伏。對應(yīng)的LCD各驅(qū)動電壓為：

VLC1=VDD-(VDD-VEE)/9(V);

VLC2=VDD-2（VDD-VEE）/9（V）；

VLC3=VDD-7(VDD-VEE)/9(V);

VLC4=VDD-8（VDD-VEE）/9（V）；

VLC5=VEE(V)。

電源偏置電路由四運算放大電路組成的射極跟隨器構(gòu)成。此外，其它的輔助電路如存儲器RAM、振蕩電路等都比較簡單，而控制器、行和列驅(qū)動器之間的連接可參考DMF5005N模塊的整機電路原理圖來進(jìn)行。

6結(jié)束語

根據(jù)上述原理，筆者選用日本東芝公司的上述芯片，并在DMF5005N的基礎(chǔ)上設(shè)計制作了兩塊顯示模塊。經(jīng)測試表明：筆者制作的顯示模塊的各種電氣性能和輸入輸出信號波形都達(dá)到了同類進(jìn)口產(chǎn)品的技術(shù)要求。經(jīng)與8031單片機聯(lián)機運行演示，各種顯示功能與DMF5005N完全一致。