【文章內(nèi)容簡介】 TNLCD、 STNLCD 和 DSTNLCD 之間的顯示原理基本相同 [15]，不同之處是液晶分子的扭曲角度有些差別。下面以典型的 TNLCD 為例，向大家介紹其結(jié)構(gòu)及工作原理。 在厚度不到 1 厘米的 TNLCD 液晶顯示屏面板中，通常是由兩片大玻璃基板，內(nèi)夾著彩色濾光片、配向膜等制成的夾板 ， 外面再包裹著兩片偏光板，它們可決定光通量的最大值與顏色的產(chǎn)生。彩色 濾光片是由紅、綠、藍三種顏色構(gòu)成的濾片，有規(guī)律地制作在一塊大玻璃基板上。每一個像素是由三種顏色的單元 (或稱為子像素 )所組成。假如有一塊面板的分辨率為 1280 1024，則它實際擁有 3840 1024 個晶體管及子像素。 每個子像素的左上角 (灰色矩形 )為不透光的薄膜晶體管，彩色濾光片能產(chǎn)生RGB 三原色。每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽，上下夾層中填充了多層液晶分子 (液晶空間不到 5 106m)。在同一層內(nèi)，液晶分子的位置雖不規(guī)則，但長軸 9 取向都是平行于偏光板的。另一方面，在不同層之間，液晶分子的長軸沿偏光板平 行平面連續(xù)扭轉(zhuǎn) 90 度。其中，鄰接偏光板的兩層液晶分子長軸的取向，與所鄰接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列，而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。最后再封裝成一個液晶盒，并與驅(qū)動IC、控制 IC 與印刷電路板相連接。 在正常情況下光線從上向下照射時，通常只有一個角度的光線能夠穿透下來，通過上偏光板導入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉(zhuǎn)排列的通路從下偏光板穿出，形成一個完整的光線穿透途徑。而液晶顯示器的夾層貼附了兩塊偏光板，這兩塊偏光板的排列和透光角度與上下夾 層的溝槽排列相同。當液晶層施加某一電壓時，由于受到外界電壓的影響，液晶會改變它的初始狀態(tài)，不再按照正常的方式排列，而變成豎立的狀態(tài)。因此經(jīng)過液晶的光會被第二層偏光板吸收而整個結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不透光的狀態(tài)，結(jié)果在顯示屏上出現(xiàn)黑色。當液晶層不施任何電壓時，液晶是在它的初始狀態(tài)，會把入射光的方向扭轉(zhuǎn) 90 度，因此讓背光源的入射光能夠通過整個結(jié)構(gòu)，結(jié)果在顯示屏上出現(xiàn)白色。為了達到在面板上的每一個獨立像素都能產(chǎn)生你想要的色彩，多個冷陰極燈管必須被使用來當作顯示器的背光源。 （ 2） 主動矩陣式 LCD 工作原理 TFTLCD液晶顯示器的結(jié)構(gòu)與 TNLCD液晶顯示器基本相同，只不過將 TNLCD上夾層的電極改為 FET 晶體管，而下夾層改為共通電極。 TFTLCD 液晶顯示器的工作原理與 TNLCD 卻有許多不同之處。 TFTLCD 液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當光源照射時，先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子來傳導光線。由于上下夾層的電極改成 FET 電極和共通電極，在 FET 電極導通時，液晶分子的排列狀態(tài)同樣會發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由于 FET 晶體管具有電容效應，能夠保持電位狀態(tài)，先 前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到 FET 電極下一次再加電改變其排列方式為止。 LCD 的主要技術(shù)參數(shù)及分類 （ 1） 對比度 LCD[13]制造時選用的控制 IC、濾光片和定向膜等配件，與面板的對比度有關(guān)，對一般用戶而言，對比度能夠達到 350:1 就足夠了，但在專業(yè)領(lǐng)域這樣的對比度平還不能滿足用戶的需求。相對 CRT 顯示器輕易達到 500： 1 甚至更高的對比度而言。只有高檔液晶顯示器才能達到這樣如此程度，由于對比度很難通過儀器準確測量，所以挑的時候還是要自己親自去看才行。 （ 2） 亮度 10 LCD 是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)，本身是不能發(fā)光的，需借助要額外的光源才行。因此，燈管數(shù)目關(guān)系著液晶顯示器亮度。最早的液晶顯示器只有上下兩個燈管，發(fā)展到現(xiàn)在，普及型的最低也是四燈，高端的是六燈。四燈管設(shè)計分為三種擺放形式：一種是四個邊各有一個燈管，但缺點是中間會出現(xiàn)黑影，解決的方法就是由上到下四個燈管平排列的方式，最后一種是“ U”型的擺放形式，其實是兩燈變相產(chǎn)生的兩根燈管。六燈管設(shè)計實際使用的是三根燈管，廠商將三根燈管都彎成“ U”型，然后平行放置，以達到六根燈管的效果。 （ 3） 信號響應時間 響應時間指 的是液晶顯示器對于輸入信號的反應速度，也就是液晶由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的反應時間 ,通常是以毫秒（ ms）為單位。要說清這一點我們還要從人眼對動態(tài)圖像的感知談起。人眼存在“視覺殘留”的現(xiàn)象，高速運動的畫面在人腦中會形成短暫的印象。動畫片、電影等一直到現(xiàn)在最新的游戲正是應用了視覺殘留的原理，讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續(xù)顯示，便形成動態(tài)的影像。人能夠接受的畫面顯示速度一般為每秒 24 張，這也是電影每秒 24 幀播放速度的由來，如果顯示速度低于這一標準，人就會明顯感到畫面的停頓和不適。按照這一指標計算，每張畫面顯示的時間 需要小于 40ms。這樣，對于液晶顯示器來說，響應時間 40ms 就成了一道坎，低于 40ms 的顯示器便會出現(xiàn)明顯的畫面閃爍現(xiàn)象，讓人感覺眼花。要是想讓圖像畫面達到不閃的程度，則就最好要達到每秒 60 幀的速度。 （ 4） 可視角度 LCD 的可視角度是一個讓人頭疼的問題，當背光源通過偏極片、液晶和取向?qū)又?，輸出的光線便具有了方向性。也就是說大多數(shù)光都是從屏幕中垂直射出來的，所以從某一個較大的角度觀看液晶顯示器時，便不能看到原本的顏色，甚至只能看到全白或全黑。為了解決這個問題，制造廠商們也著手開發(fā)廣角技術(shù)，到目前 為止有三種比較流行的技術(shù)，分別是： TN+FILM 、 IPS(INPLANE SWITCHING) 和MVA(MULTIDOMAIN VERTICAL alignMENT)。 TN＋ FILM 這項技術(shù)就是在原有的基礎(chǔ)上，增加一層廣視角補償膜。這層補償膜可以將可視角度增加到 150 度左右，是一種簡單易行的方法，在液晶顯示器中大量的應用。不過這種技術(shù)并不能改善對比度和響應時間等性能，也許對廠商而言，TN+FILM 并不是最佳的解決方案，但它的確是最廉價的解決方法，所以大多數(shù)臺灣廠商都用這種方法打造 15 寸液晶顯示 器。 IPS(INPLANE SWITCHING， 板內(nèi)切換 )技術(shù)，號稱可以讓上下左右可視角度達到更大的 170 度。 IPS 技術(shù)雖然增大了可視角度，但采用兩個電極驅(qū)動液晶分子，需要消耗更大的電量，這會讓液晶顯示器的功耗增大。此外致命的是，這種方式驅(qū)動液 晶 顯示器晶分子的響應時間會比較慢。 11 MVA(MULTIDOMAIN VERTICAL alignment[16]，多區(qū)域垂直排列 )技術(shù)，原理是增加突出物來形成多個可視區(qū)域。液晶分子在靜態(tài)的時候并不是完全垂直排列，在施加電壓后液晶分子成水平排列，這 樣光便可以通過各層。 MVA 技術(shù)將可視角度提高到 160 度以上，并且提供比 IPS 和 TN+FILM 更短的響應時間。這項技術(shù)是富士通公司開發(fā)的，目前臺灣奇美（在大陸奇麗是奇美的子公司）和臺灣友達獲得授權(quán)使用此技術(shù)。優(yōu)派的 VX2025WM 即是此類面板的代表作 ,水平 ,垂直可視角度均為 175 度 ,基本無視覺死角 ,并且還承諾無亮點 ?？梢暯嵌确譃槠叫泻痛怪笨梢暯嵌龋浇嵌仁且砸壕У拇怪敝休S線為中心，向左和向右移動，可以清楚看到影像的角度范圍。垂直角度是以顯示屏的平行中軸線為中心，向上和向下移動，可以清楚看到影像的角度范圍?？?視角度以“度”為單位，目前比較常用的標注形式是直接標出總水平、垂直范圍，如： 150/120 度，目前最低的可視角度為 120/100 度（水平 /垂直），低于這個值則不能接受，最好能達到 150/120 度以上。 RT12864M LCD 的選用及主要性能與特性 通過以上我們對 LCD 的了解后我選擇了 RT12864M 這款液晶顯示器 ，并 簡單介紹下這款顯示器。 簡單概述 RT12864M 漢字圖形點陣液晶顯示模塊 【 11】 ，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）。 主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性 : 電源： VDD ~+5V(內(nèi)置升壓電路，無需負壓 )； 顯示內(nèi)容： 128 列 64 行 顯示顏色：黃綠 顯示角度： 6： 00 鐘直視 LCD 類型： STN 與 MCU接口： 8 位或 4 位并行 /3 位串行 配置 LED 背光 多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等 外形尺寸 外觀尺寸： 9370 視域尺寸： 7339mm。 外形尺寸 ，如 圖 33 所示： 12 圖 33外形尺寸 模塊引腳說明 如表 31 所示 ： 13 表 31 模塊引腳 引腳號 引腳名稱 方向 功能說明 1 VSS — 模塊電源地 2 VDD — 模塊的電源正端 3 VO — LCD驅(qū)動電壓輸入端 4 RS(CS) H/L 并行的指令 /數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號 5 R/W(SID) H/L 并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口 6 E(CLK) H/L 并行的使能信號；串行的同步時鐘 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù) 0 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù) 1 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù) 2 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù) 3 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù) 4 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù) 5 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù) 6 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù) 7 15 PSB H/L 并 /串行接口選擇： H并行； L串行 16 NC — 空腳 17 /RET H/L 復位 低電平有效 18 Vout 負壓輸出 19 LED_K — 背光源負極（ LED— 0V） 20 LED_A — 背光源正極（ LED— 5V） 邏輯工作電壓 (VDD)： ～ 電源地 (GND)： 0V 工作溫度 (Ta)： 0～ 60℃ (常溫 ) / 20～ 75℃（寬溫 ） 接口時序 模塊有并行和串行兩種連接方法（時序如下）： 14 8 位并行連接時序圖 ： MPU 寫資料到模塊 ， 如圖 34 所示： 圖 34 八 位并行連接時序圖 MPU 從模塊讀出資料 ，如圖 35 所示： 圖 35 CPU從模塊讀出資料 串行連接時序圖 ，如圖 36 所示： 15 圖 36 串 行連接時序圖 串行數(shù)據(jù)傳送 【 16】 共分三個字節(jié)完成： 第一字節(jié)：串口控制 — 格式 11111ABC A 為數(shù)據(jù)傳送方向控制： H 表示數(shù)據(jù)從 LCD 到 MCU， L表示數(shù)據(jù)從 MCU 到 LCD B 為數(shù)據(jù)類型選擇： H表示數(shù)據(jù)是顯示數(shù)據(jù)， L表示數(shù)據(jù)是控制指令 C 固定為 0 第二字節(jié)： (并行 )8 位數(shù)據(jù)的高 4位 — 格式 DDDD0000 第三字節(jié)： (并行 )8 位數(shù)據(jù)的低 4位 — 格式 0000DDDD 液晶的部分電路控制 LCD RT12864 的電路控制連接圖，如圖 37 所示： 圖 37 液 晶部分控制 RT12864E(CLK) RW VCCVDD/RET 120 16 電機模塊的設(shè)計 直流電機的工作原理 直流電機的物理模型圖解釋 【 17】 ，如圖 38 所示： 圖 38 直 流電機物理模型 這是分析直流電機的物理模型圖。 其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。 (其中 2 個小圓圈是為了方便表示該位置上的導體電勢或電流的方向而設(shè)置的 )。 上圖表示一臺 兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極 N 和 S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn) 子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由 A和 X兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕 緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上， 換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷 B1和 B2，當電樞旋轉(zhuǎn)時，電 樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 H 橋驅(qū)動電路的設(shè)計 圖 39 是 一個典型的直流電機控制電路。電路得名于 “H橋驅(qū)動電路 ”是因為它的形狀酷似字母 H【 19】 。 4 個三極管組成 H 的 4 條垂直腿，而電機就是 H 中的橫杠（注意：圖 39 兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來）。 如圖 39 所示， H 橋式電機驅(qū)動電路包括 4 個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導通對角線上的一對 三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至 17 右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。 Q18050Q28050Q38550Q48550A+VCC 圖 39 H橋