数字显示与大屏幕智能显示技术.ppt

第四章 数字显示与大屏幕显示技术,数字化测量课件,授课内容,显示器简介 LED数字及点阵显示器 LCD及显示模块 数字仪器的动态扫描显示技术 大屏幕智能显示技术 大屏幕LED智能显示屏的设计,第一节 显示器简介,按性质分 主动发光型 被动发光型,数字显示技术简称数显技术在数字化测量中占有重要地位,本身发光 白炽灯显示器 投影显示器 阴极射线管(CRT),辉光数码管(NRT) 荧光数码管(VFD) 发光二极管数码管(LED) LED点阵显示器,等离子体显示器（PDP） 电致发光显示器（ELD） 激光显示器 光导纤维显示器,投影,VFD,NRT,激光,ELD,光导纤维,第一节 显示器简介,按性质分 主动发光型 被动发光型,数字显示技术简称数显技术在数字化测量中占有重要地位,不发光，只能反射或投射、透射光线 液晶显示器（LCD） 磁翻板显示器 电致变色显示器(ECD),电泳显示器（EPID） 铁电陶瓷显示器 光阀显示器,EPID,ECD,磁翻板,铁电陶瓷 光阀显示器,LCD,第一节 显示器简介,显示方式： 二维（平面） 三维（立体）显示。 显示内容： 数字显示 字符显示 图形显示（含动画显示、视频显示） 显示颜色：单色（包括灰度） 变色 彩色 显示器尺寸:超小型、大型和巨型。,第一节 显示器简介,适合数字电路直接应用 LED、 LCD 最省电为LCD 背光决定总功耗 颜色最丰富、频率最高、寿命最长 LED 主动发光器件中 LED性能较优异，但具有较强方向性,常见显示器件性能比较: P50 表4-1-2,显示亮度：亮度是指画面的明亮程度，单位是堪德拉每平米(cd/m2)或称nits，也就是每平方公尺分之烛光。 发光强度：单位candela（坎德拉）简写cd。是指在给定方向上的单位立体角(球面度)内发出的发光亮度 。,第二节 LED数字及点阵显示器,一、综述 二、LED数码管及字符管 三、LED点阵显示器 四、字符编码及汉字点阵提取工具,第二节 LED数字及点阵显示器,LED 的类型 按形状分：字段式、点式、光柱式、点阵式 按发光颜色分：红、橙、黄、绿、双色、三色 按发光强度分：普通亮度、高亮度,字段式LED,点阵式LED,点式LED,光柱式LED,第二节 LED数字及点阵显示器,工作条件：正向偏置 工作电流 : 几mA 几十 mA 导通电压 : ( 1 2) V,LED 的特性和参数,埃 1A1010米,第二节 LED数字及点阵显示器,亮度高 色彩艳丽 响应速度快 方向性好 功耗低 体积小,LED 器件的优点,耐振动 寿命长 可低压驱动 无汞和铅污染 发光效率高 应用广泛,第二节 LED数字及点阵显示器,由发光二极管组成“8.”字 按照 颜色： 红、绿、黄、蓝、橙 极性: 共阴、共阳 亮度： 普亮、高亮、超高亮 位数： 1位、2位、多位（共段型） 字高： 定义规格。 字高（in）：0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 2.5 3.0 5.0 8.0 封装方式: 小型为双列直插 大型为印制板插件 典型参数（0.5in红为例）： UF600ucd,一、LED数码管及字符管-LED数码管,第二节 LED数字及点阵显示器,LED字符管属于特种数码管,在数字仪表中专用于符号显示。 常见的有3种： “”符号管（显示正负极性）； “1”符号管（显示1或1）； “米”字管(显示数字、运算符号或26英文字母，可作单位显示）,一、LED数码管及字符管-LED字符管,常见应用 电梯指示器 机床控制器 仪器仪表 ,第二节 LED数字及点阵显示器,LED点阵模块显示器是指由发光二极管排成一个mn的点阵，每个发光二极管构成点阵中的一个点。这种显示器显示的字形逼真，能显示的字符比较多，但控制比较复杂。适用于显示汉字、图形和表格，广泛应用于公共场合的信息发布。,二、LED点阵显示器,常见应用规格 阵列：5*7 8*8 (列*行） 颜色：单色 红、蓝、绿、黄、橙 双色 红绿、红蓝、蓝绿 彩色 红绿蓝 像素： 1.9、 3.0、 3.75、 4.8、 5.0 、 8.0 、 16 亮度：普亮、高亮、超高亮 环境： 室内、室外 极性： 行共阳 行共阴,第二节 LED数字及点阵显示器,点阵结构,二、LED点阵显示器,单色5*7行共阴点阵模块外形及内部原理图,第二节 LED数字及点阵显示器,点阵结构,二、LED点阵显示器,单色8*8 行共阳 行共阴点 阵模块 外形及内部原理图,第二节 LED数字及点阵显示器,点阵结构,二、LED点阵显示器,单色8*8 行共阳 行共阴点 阵模块 外形及内部原理图,第二节 LED数字及点阵显示器,点阵结构,二、LED点阵显示器,双色8*8 行共阴点 阵模块外形及内部原理图,三色形成,伪彩色形成,第二节 LED数字及点阵显示器,点阵结构,二、LED点阵显示器,三色8*8 行共阴点阵模块外形及内部原理图,七彩形成,真彩色形成,第二节 LED数字及点阵显示器,1、字符编码方式,三、字符编码及汉字点阵提取工具,至少 57点阵能显示ASCII码字符 1616（或1516）点阵可以显示更多或更大,第二节 LED数字及点阵显示器,1、字符编码方式,三、字符编码及汉字点阵提取工具,利用1616（或1516）点阵可以显示8912个国标一、二级汉字、西文、数字和字符,黑色方格记作“1” 空记作“0”， 每行18列作为第一字节 9列16列作为第二字节 各行依次得到“电”的16组编码： 0200H 0200H 0210H 7FF8H 4210H 4210H 7FF0H 4210H 4210H 7FF0H 4210H 0200H 0204H 0204H 01FCH 0000H,对于57点阵的字符可移至左上角(或其他位置)。假定右边空11列，则b图所示英文字母“B”的编码为,F000H 4800H 4800H 7000H 4800H 4800H F000H,第二节 LED数字及点阵显示器,汉字点阵提取工具,三、字符编码及汉字点阵提取工具,第三节 LCD及显示模块,什么是液晶？,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,液晶实际上是物质的一种形态，也有人称其为物质的第四态。 液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水或有机溶剂中才显示出液晶态，后者则要在一定的温度范围内才呈现出液晶状态。 作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。,向列型液晶：分子呈棒状，排列方式如同一把筷子上下方向排列整齐，但沿前后左右方向排列可以变动并不规则。 数字仪表中多采用,第三节 LCD及显示模块,液晶器件所基于的三种光学特性,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性，所以具有以下光学特性： 1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转； 2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化； 3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。 液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。,第三节 LCD及显示模块,液晶的电光效应,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,液晶材料在施加电场（电流）时，其光学性质会发生变化，这种效应称为液晶的电光效应。 液晶的电光效应在液晶显示器的设计中被广泛采用。目前发现的电光效应种类很多，产生电光效应的机理也较为复杂，但就其本质来讲都是液晶分子在电场作用下改变其分子排列或造成分子变形的结果。,第三节 LCD及显示模块,液晶显示器的构成,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,黑白液晶显示器的结构： 将上下两块具有透明电极的玻璃叠放(中间留有一定间隔)，四周用封接胶封接。从注入口抽真空并注入液晶材料后密封。在玻璃上下表面各贴上一片偏振方向相互垂直的偏振片，底部加反射板。,液晶的发现是由奥地利植物学家FReinetzer在一百年前完成的（1888） ，是20世纪人类最伟大的科学发明 。,第三节 LCD及显示模块,向列型液晶显示器的工作原理,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,第三节 LCD及显示模块,向列型液晶显示器的工作原理,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,第三节 LCD及显示模块,LCD显示器驱动方式,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,LCD的驱动方式一般有两种方式： 直接驱动（静态驱动） ：显示器件只有一个背极（即下玻璃电极基板），但每个字符段都有独立的引脚； 多极驱动（时分割驱动）：显示器具有多个背极，各字符段按点阵结构排列，这是显示字段较多时常采用的驱动方式。,以简单的直接驱动方式为例单个字段的驱动电路及工作波形。,第三节 LCD及显示模块,液晶显示器的性能特点,一、液晶显示器的性能特点与工作原理,属于被动发光型显示器件，只能反射或透射外界光线，环境亮度越高越清晰，对比度可达100：1。 低电压驱动（一般36V）；驱动电流小（几微安）；功耗低（几几十微瓦）；能够用CMOS、TTL电路直接驱动。 必须采用交流驱动（30300Hz），驱动电压不能由直流分量（电解）。 体积小，重量轻，像素尺寸小，分辨率高。 颜色多样，可分为单色（黑白）和彩色两种。 响应速度慢，工作频率低。 工作温度范围窄（通常0-50）,第三节 LCD及显示模块,液晶点阵显示器：以微型液晶为像素按照行与列的形式 排列组合而成; (如像素尺寸0.28*0.28mm )， 具有分辨率高、显示清晰、功耗低、体积小、 重量轻等优点; 分字符点阵和图形点阵两种。,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,液晶显示模块： LCM（LCD Module）将液晶点阵显示器、集成电路（控制/驱动芯片）、接口电路、印制板(PCB)、背光源、接插件等装配成一体的商品化组件. 以数据/命令/控制接口的形式面向用户； 一般分四种类型：字段型、字符型、图形型、综合型,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,1、液晶显示模块分类,字段型:主要用于显示数字（基于“8”的字形结构变化）、特定形状符号图形（作为一段）。广泛用于便携式、袖珍式电子设备。如数字仪表、计时器、计数器等，可取代7段LED。 字符型：专用于显示数字、字母、符号及少量自定义符号。以若干58或511点阵块组成的显示字符块集。内有字符发生存储器(CGROM)可存储200多个不同点阵字符。 包含阿拉伯数字、大小写字母、常用符号、日文片假名及其他外文字母，分别有固定代码。 用于高档家用电器、仪器仪表及便携式电子设备，可显示简单信息，实现人机交互。,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,1、液晶显示模块分类,图形型:能显示图形、汉字等信息，点阵像素与模块内部显示存储器的字节位是一一对应的。广泛用于手机、MP3、MP4、PDA等，实现复杂的图形及汉字显示功能。（无内嵌汉字字模） 综合型：除具有字符显示与图形显示功能之外，还具有独特的硬件初始值设置功能。显示驱动所需要的参数（如占空比系数、驱动传输的字节数、字符的字体选择等）均由引脚电平来设置。,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,2、液晶显示模块的接口,并行,LCM接口,串行,M6800接口（Motorola） Intel8080接口（Intel） ,I2C接口 SPI接口 Microwire接口 ,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,2、液晶显示模块的接口 - Intel8080接口时序,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,2、液晶显示模块的接口 - M6800接口时序,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器,由台湾矽创（Sitronix）电子公司生产的中文图形LCM,提供 33 路 com输出和64 路 seg输出。与驱动器ST7921组合，最多可驱动 25632 点阵液晶。, 提供 8 位，4 位并行接口及串行接口可选 并行接口适配 M6800 时序 自动电源启动复位功能 内部自建振荡源 6416 位字符显示 RAM（DDRAM 最多 16 字符4 行，LCD 显示范围 162 行） 2M 位中文字型 ROM（CGROM) ，提供8192个中文字型（1616点阵） 16K 位半宽字型 ROM(HCGROM)，提供 126 个西文字型（168 点阵） 6416 位字符产生 RAM（CGRAM） 1516 位总共 240 点的 ICON RAM（ICONRAM 图标内存）, 文字图形混合显示 画面清除功能 光标归位功能 显示开/关功能 光标显示/隐藏功能 显示字体闪烁功能 光标移位功能功能 显示移位功能 垂直画面旋转功能 反白显示功能 休眠模式,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器 -MCU接口,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器 -并口直接（总线）访问方式,并口直接（总线）访问方式,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器 -并口间接（模拟时序）访问方式,并口间接（模拟时序）访问方式,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器 -串行连接（模拟同步）访问方式,串行连接（模拟同步）访问方式,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器, GD RAM（绘图RAM，对应屏幕点）,提供 6432 个字节的空间（由扩充指令设定绘图 RAM 地址） ，最多可以控制25664 点阵的二维绘图缓冲空间，在更改绘图 RAM 是，由扩充指令设置 GDRAM地址先垂直地址后水平地址（连续 2 个字节的数据来定义垂直和水平地址） ，再2 个字节的数据给绘图 RAM（先高 8 位后低 8 位） 。,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器, CG RAM（字型产生 RAM）,提供用户自定义字符生成（造字）功能，可提供 4组1616 点阵的空间 用户可以将 CGROM 中没有的字符定义到 CGRAM 中。,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器, I RAM（图标RAM，对应屏幕C33区）,普通的液晶只使用了前面的C1-C32行输出。 icon的行输出是Com33。,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器, DD RAM（显示RAM，对应屏位置）,显示 RAM 提供 642 字节的空间， 最多可以控制4行16 字的中文字型显示。 写入显示 RAM 时，可分别显示 CGROM，HCGROM 及 CGRAM 三种字型。 1) 显示HCGROM半宽字型，将一字节编码写入 DDRAM ，范围 027FH 2) 显示 CGRAM 字型 将 2 字节的编码写入 DDRAM 中，共有 0000H，0002H，0004H 及 0006H 四个编码 3) 显示中文字型 将 2 字节的编码写入 DDRAM 中，先写高 8 位，后写低 8位范围是 A140HD75FH(BIG5),A1A0HF7FFH(GB),第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器 基本指令（RE=0）,第三节 LCD及显示模块,二、液晶点阵显示器及液晶显示模块,3、ST7920型LCM控制/驱动器 应用举例,（1）要在某一位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。 （2）显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。 （3）当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。,例： 在第3行第1、2列显示“液晶”两个中文字符时，写入RAM的地址应为88H,89H。,查找“液” 的编码为“B247”, “晶” 为“B4B9”.在进行初始化后： 步骤1: RS=R/W=0； (表示将送入是指令) 步骤2: 送88H到D7-D0； (设定显示的位置，第三行第一列) 步骤3: RS=1，R/W=0；（表示将送数据） 步骤4: 送B2H到D7-D0;（先送高位字节） 步骤5: 送47H到D7-D0; （后送低位字节，显示“液”字） 步骤6: RS=R/W=0； (表示将送入是指令) 步骤7: 送89H到D7-D0； (设定显示的位置，第三行第二列) 步骤8: RS=1，R/W=0；（表示将送数据） 步骤9: 送B4H到D7-D0; （先送高位字节） 步骤10: 送B9H到D7-D0; （后送低位字节，显示“晶”字）,第四节 数字仪表的动态扫描技术,动态扫描，就是让各位数码管按一定顺序轮流发光显示。 与静态驱动显示相比，动态扫描显示具有以下优点： 第一，能显著降低功耗，这对于采用电池供电的便携式数字仪表尤为重要； 第二，能大大减少显示器的外部引线，给印制板设计和安装带来方便； 第三，能采用BCD码多路输出方式，使译码、驱动电路大为简化，便于与微机相连；第四，只要位扫频率足够高，由于人眼的“视觉暂留”现象，就观察不到闪烁现象。 目前，动态扫描显示技术已被广泛用于新型数字仪表、智能仪器和智能显示屏中。,实现动态扫描的方案大致可分成两种： 第一种方案为间接控制法，即把位选通信号加至译码驱动器的消隐控制端，间接地控制LED显示器的亮灭。该方案是对静态显示的改进，只能降低显示功耗，不能简化电路。 第二种方案是直接驱动法，它是利用位选通信号直接驱动各位LED显示器。能降低显示功耗，简化电路，,第四节 数字仪表的动态扫描技术,一、能消隐无效零的动态扫描显示电路（间接控制法）,第四节 数字仪表的动态扫描技术,二、多位LED显示组件动态扫描显示电路,5BS251型5位共阴极显示组件。其7个笔段公用，CAT1CAT5是位驱动端，必须采用动态扫描。 计数电路由双BCD同步加法计数器CD4518级联而成。 5片CD4503将计数器端挂到数据总线上,分时选通。 CD4511作为公用7段译码驱动,第四节 数字仪表的动态扫描技术,动态扫描显示电路扫描频率的选择,1、避免出现闪烁，扫描频率应高于25Hz，一般选择高于人眼临界闪烁频率（CFF）50Hz。 2、当扫描位超过16位以上是，一般应采用分区动态扫描（过长的显示位因视觉焦点的原因出现闪烁感觉），或提高扫描频率。 3、显示亮度随位数增加而降低，扫描占空比应大于6%。,以图为例： 实现5位动态扫描，扫描频率取50Hz ，则CD4017输入时钟应大于5*50Hz=250Hz。 CD4060 Q7的输出频率为 Fosc/(2n)=32768/(27)=256(Hz),准备第一次试验,实验一：动态扫描及无效零消隐电路设计 与电信061 电信062 合班分组试验，各班班长共同联系 试验中心主任（睢丙东教授）安排相关事宜及具体时间。 电话：13831122231,P74 习题四 1、2、3 参照课本P66 图4-4-1 设计由两片cd4017组成的15位动态扫描电路，选择合适的扫描频率，画出原理图，并计算扫描频率。,作 业,4017时序、逻辑图,