显示模块

显示模块（精选九篇）

显示模块篇1

关键词：LCD,BTF020,显示模块

LCD在人们生活中的应用越来越广泛，手机、车载系统及工业测量设备等都把LCD作为重要的人机接口，将使用者需要的信息显示出来。这种方法是通过微处理器如单片机输出图形数据，再由LCD显示模块根据该图形数据进行显示[1,2,3]。其缺点是需要在LCD的像素排列和程序逻辑设计中花费大量的时间，而且在进行不同LCD显示模块的驱动设计时，要根据该LCD的驱动模块重写驱动程序，导致系统开发周期长、成本增加[4]。

本文介绍一种使用虚拟技术实现LCD显示模块的方法以弥补前述方法的不足。该方法通过在单片机的RAM中建立缓冲区数组并对虚拟LCD的显示数据进行存储后，将显示数据传递给PC机，再对这些数据进行处理后构建虚拟LCD以显示字符或者图形。

1 虚拟LCD显示模块的结构

虚拟LCD显示模块的功能结构如图1所示。虚拟LCD显示模块主要由4×4按键输入单元、缓冲区单元、串口通信单元、数据接收单元、显示数据处理单元、虚拟LCD界面组成。其中,4×4按键输入单元负责选择需要的虚拟LCD界面的大小及输入显示数据，这些信息由BTF020单片机存储在缓冲区单元中;缓冲区单元通过所建的二维数组将数据分配给不同的存储单元;串口通信单元根据BTF020单片机的命令负责将缓冲区单元中的数据发送给PC机;PC机中的数据接收单元负责接收串口通信单元发出的数据;显示数据处理单元根据数据接收单元送出的数据进行数据转换和处理，以便构建虚拟LCD界面;虚拟LCD界面负责将送入的字符或者图形数据显示出来。

2 虚拟LCD显示数据的处理

2.1 显示缓冲区及数组的建立

虚拟LCD的分辨率可根据BTF020发送的数据确定并采用分页纵向显示。在BTF020中建立一个缓冲区来存放需要显示的数据，然后将这个缓冲区中的数据发送给PC机，由PC机将接收到的BYTE类型数据还原成8位二进制码，然后再对该二进制码进行逐位解析并按顺序进行处理和显示。当虚拟LCD的分辨率确定为256×256，显示色为单色时，串口传输的数据为8位二进制码，因此建立一个二维数组LCDdata[31][255]作为虚拟LCD的字符显示缓冲区，共32页(0～31)、256列(0～255)。该虚拟LCD的显示缓冲区分布如图2所示。

2.2 字符的处理与显示

虚拟LCD显示汉字前需先取模。汉字的字模分成上下两个部分，当显示规格为16×16点阵的汉字时，取模走向为纵向且高位在前。可先对上半部分从左到右取模，然后对下半部分从左到右取模，再将该汉字所占的像素点标为“1”，其余标为“0”，从左到右开始取字模的结果并以十六进制表示。以同样的方法，再对下半部分取模，其结果仍以十六进制表示。此时，将这两次的结果结合起来就可得该汉字的字模。在取完字模后，把该字的字模预先存储到一个一维数组中，然后确定汉字显示于屏幕的位置。由于汉字显示是以页和列为定位坐标，单个汉字不跨页显示，因此可以调用汉字显示函数来显示汉字，这样通过替换显示缓冲区中的数据就可以达到显示汉字的目的。该汉字显示函数为:

void Write_word(int y,int x,unsigned char word[]

其中,y代表页，x代表列，word代表希望显示的字的字模。图3为汉字显示流程。虚拟LCD显示规格为8×16点阵的数字0～9时，取模走向为纵向,高位在前，点阵格式为阴码，取模方式为行列式。

通过调用数字显示函数进行显示，这样通过替换显示缓冲区中的数据就可以达到显示数字的目的。该数字显示函数为：

void Write_num(int y,int x,int number)

2.3 点、直线和矩形的处理与显示

汉字在纵向的显示处理是按页计算，而点在纵向的显示处理是按行计算，其计算方式与列的计算方式相同。把整个虚拟LCD屏幕分成255行、255列，则该虚拟LCD的图形显示缓冲区分布如图4所示。

按照以上分布规则，通过调用画点函数可在屏幕上画点。该画点函数为：

void Point(int x,int y)

该函数中横坐标可被系统识别，而纵坐标须转换成页的表示形式才能被系统识别。将纵坐标转换成页地址时先确定画点所在页，由于一页中纵方向上有8个坐标点，因此可用整除的方式得到确定的页地址。表1表示一页中点亮像素点的数据与整除y时得到的余数的关系。

设:点亮像素点的数据为add值，LCDdata[][]为显示缓冲区数组，y/8为页地址，x为列地址，则可得到显示缓冲区。该显示缓冲区的数据为:

LCDdata[y/8][x]=add+LCDdata[y/8][x]

按上述方法得到画点的坐标后，再根据虚拟LCD显示线段的坐标，在确定的方向上依次进行点的显示。画横线的函数定义为：

void HLine(int x1,int x2,int y)

式中，x1、x2分别为横线的横坐标起始、结束点，y为纵坐标。

画竖线的函数定义为：

void SLine(int x,int y1,int y2)

式中,x为竖线的横坐标，y1、y2分别为竖线纵坐标起始、结束点。

画矩形的函数定义为：

void Rectangle(int x1,int y1,int x2,int y2)

式中，x1为矩形左上角横坐标，y1为矩形左上角纵坐标，x2为矩形右下角横坐标，y2为矩形右下角纵坐标。

3 实验

进行实验时采用VB6.0语言编程，图5是用上述方法虚拟的分辨率为256×256的LCD显示界面,该虚拟LCD界面的左上角的坐标为(0,0),右下角的坐标为(255,255)。界面中像素点以一个方格表示，初始界面由绿色方格组成，当期望的像素点进行点亮显示时该位置为黑色方格。

完成上述界面中字符和图形显示功能的语句为

Rectangle(50,30,200,100);画边框

Write_word(6,128,peng);写“鹏”

Write_num(8,111,0);写“0”

Write_num(8,119,5);写“5”

Write_num(8,127,2);写“2”

Write_num(8,135,2);写“2”

Write_comm(); 缓冲区发送到PC

通过显示缓冲区的数组存储虚拟LCD的显示数据，然后将数据传送给PC机,再用VB6.0语言对这些数据进行处理并构建虚拟LCD的显示界面，可以正确显示字符、点、线和矩形等图形。所建的虚拟LCD显示模块具有开发简便、快速、通用性强的特点。

参考文献

[1]刘冬生,曾晓雁.液晶显示控制器SED1330/SED1335/SED1336/E1330的应用[J].电子技术应用,2004,30(2):71-73.

[2]吴捷,陆锋,左剑.图形液品显示控制器SI D13503在单片机系统中的应用[J].信息化研究,2009,35(11):54-56.

[3]潘敏,焦生杰,翁寅生.基于DSP和ST7920的液晶显示模块的实现.电子技术应用,2007,33(6):48-50.

显示模块篇2

摘要：LPH7366是一种低功耗、串行通信接口液晶显示模块，可广泛应用于移动电话或便携式设备的液晶显示系统中。文中介绍了LPH7366显示模块的功能原理及操作方式，给出了基于MCS51单片机的控制软件程序。

关键词：液晶显示；移动电话；单片机；LPH7366

1引言

LPH7366是NOKIA公司生产的可用于其6150、6100等系列移动电话的液晶显示模块，国内厂家也生产有类似的兼容产品。该产品除应用于移动电话外，也可广泛应用于各类便携式设备的显示系统。与其它类型的产品相比，该模块具有以下特点：

●采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。

●采用多种串行通信协议进行数据通信（如MCS51单片机的串口模式0以及SPI等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。

●可通过导电斑马条连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到印制板上，因而非常便于安装和更换。

●LCD控制器／驱动器芯片已绑定到LCD晶片上，模块的体积很小。

●采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200μA以下，且具有掉电模式。

LPH7366的这些特点非常适合于电池供电的便携式通信设备和测试设备中。

2LPH7366的引脚功能

LPH7366液晶显示模块采用Philips公司生产的PCD8544芯片为其内部控制器，可在单片IC上同时实现LCD的控制和驱动功能以及LCD电源和偏置电压产生功能。该IC具有很高的集成度，它不需要其它元件就可实现与微处理器的连接与通信。

LPH7366的引脚功能如下：

SDIN：串行数据输入线；

SCLK：串行时钟输入，速率为0．0～4．0Mbps；

D／C：模式选择，该端为高电平时输入控制命令，为低电平输入显示数据；

SCE：芯片使能，低有效；

OSC：外部时钟输入端，当使用内部时钟时，该引脚接地；

RES：复位输入端，低电平可复位控制器；

VLCD：LCD电源升压电容接入端，接10μF电容可用于产生LCD工作电压；

VDD1，VDD2：电源输入端，电压为2．7～3．3V；

VSS：电源地。

3LPH7366的设计操作

3．1DDRAM寻址模式

模块控制器PCD8544内有48×84bit显示数据存储器DDRAM（DisplayDataRAM），因而具有矩阵式图形显示功能。通过串行接口命令可直接访问该存储器，以更新显示数据。控制器内部处理总线采用8b宽度，因而可通过DDRAM组成6×84b的矩阵。整个显示数据区可划分为6行，每行84个字节。

每个显示数据字节由行地址和列地址共同寻址，行地址范围为Y0～Y5，列地址范围为X0～X83。通过修改行、列地址的指针可访问任意字节的显示数据。此外，PCD8544内部还设置了地址指针自动增加功能，这样，每次显示数据字节写入后，指针会自动寻址跳到下一字节，从而加快显示速度。地址指针自动增加功能有如下两种模式：

（1）垂直寻址方式（逐列显示模式）

这种寻址模式如图1所示，当寻址控制位V为1时，每次写入显示数据后，行地址指针Y增1，Y到5后自动清零，列地址X增1，并寻址到下一列。当寻址到最后一行（Y为5）的最后一列（X＝83）时，行、列地址均自动清零，并返回到首行首列；

（2）水平寻址方式（逐行显示模式）

这种寻址模式的示意图如图2所示，与垂直寻址方式类似，当寻址控制位V为0时，每次写入显示数据后X增1，当X为83后自动清零，Y增1，寻址到下一行。当寻址到最后一行（Y为5）的最后一列（X＝83）时，行、列地址均自动清零，并返回到首行首列。

3．2控制指令和数据格式

对液晶控制器的访问分为控制指令和显示数据两种操作模式，两种模式可由D／C引脚来控制。当D／C为高电平时，表明当前写入的字节是显示数据，当D／C为低电平时，表明当前写入的字节是控制指令。在发送每个字节最后一个比特时，可由微处理器读取D／C引脚的状态，其工作时序如图3所示。在写入每个显示数据后，地址指针会自动增加，因此在设定了起始指针后，可连续写入显示数据。控制指令和显示数据均由8比特组成，MSB位首先发送，在每个SCLK的上升沿，SDIN被采样。

指令和数据可以按任意需要的先后顺序写入。当SCE为高时，控制器的串行接口被初始化，此时由于SCLK以及SDIN引脚的变化不会对控制器产生任何作用，因此，串行接口不会消耗电能。由于系统在SCE的下降沿使能串行口，因此，在该引脚保持低电平期间，可对串行口进行操作。

3．3模块控制器指令集

LPH7366模块控制器的`指令集分为基本指令集和扩展指令集，可通过修改功能设置控制寄存器中的H标志位来选择使用的指令集。当H为0时，选择基本指令集；当H为1时，选择扩展指令集。但功能设置控制寄存器及写入数据寄存器不受此标志影响。LPH7366的基本指令集包含下列指令：

（1）设置显示配置；

（2）设置显示存储器DDRAM的行地址；

（3）设置显示存储器DDRAM的列地址；

扩展指令集包含下列指令：

（1）设置温度系数；

（2）设置偏置系统；

（3）设置工作电压寄存器。

表1给出了模块控制器指令集标志位的含义，表2是对该指令集的详细描述。该液晶模块的工作电压可由软件设置，其数值依赖于所选择的液晶。模块温度系数、偏置电压的工作原理及设置方法可参见有关参考文献，用户可根据显示的效果进行调整，本文的设置仅作参考。

表1PCD8544指令集标志位说明

位01PD正常模式低功耗模式V水平寻址垂直寻址H基本指令集扩展指令集D和E00白屏01正常显示10全显11反转TC1和TC000温度系数101温度系数210温度系数311温度系数4

表2PCD8544指令集

指令D/C控制字说明D7D6D5D4D3D2D1D0（H=0或1）NOP000000000空操作功能设置000000PDVH低功耗模式，写入模式，指令集选择写数据1D7D6D5D4D3D2D1D0写数据到DDRAM（H=0）保留0000001××不用00001××××显示控制000001D0E显示模式配置设Y地址001100Y2Y1Y0设Y地址，0Y5设X地址01X6X5X4X3X2X1X0设X地址，0X83(H=1)保留000000001不用00000001×000001×××001××××××温度控制0000001TC1TC0设温度系数偏置000010BS2BS1BS0设偏置电压设Vop01VOP6VOP5VOP4VOP3VOP2VOP1VOP0设置液晶工作电压

4与单片机的接口及显示编程

LPH7366显示模块可与多种串行接口进行通信，下面介绍其与MCS51单片机的通信接口方法。显示模块的电源输入VDD1、VDD2通常连到一起接到2．7～3．3V直流电源上，VLCD与电源地之间应接10μF电解电容。使用内部时钟时，应将OSC接地。图4所示是单片机与LPH7366显示模块的接口图。

如果单片机的工作电压为5V，则需在连接线中串入100Ω左右的电阻，而如果单片机的工作电压为3V，则可直接连接。工作时?将单片机串行口设置为模式0，并通过向SBUF寄存器写入数据来完成8位串行数据的发送，RXD用以输出串行数据，TXD则产生串行时钟，其余控制引脚可利用P1或P3口的I／O线产生控制信号。以下代码为显示编程范例，运行该程序后?屏幕上可显示大写的‘PH’字符。

defineucharunsignedchar

definecflag0x00

definedflag0x01

defineset_xadr0x80

defineset_yadr0x40

sbitSCK＝P3＾0;

sbitSDIN＝P3＾1;

sbitSCE＝P1＾0;

sbitDC＝P1＾1;

sbitRES＝P1＾2;

char_table[8]＝

{

0x1f,0x05,0x07,0x00,／＊字符‘P＇点阵＊／

0x1f,0x04,0x1f,0x00,／＊字符‘H＇点阵＊／

};?

main

{

uchari;

ucharx,y;／＊定义x,y地址指针＊／

mode_initiation;

x＝0;

y＝0;

write_byte(cflag，set_xadr＋x);

write_byte(cflag，set_yadr＋y);

for(i＝0;i＜8;i＋＋){

write_byte(dflag,char_table[i]);??

}

模式初始化函数

voidmode_initiation(void)

{

ES＝0;

RES＝1;／＊复位液晶控制器＊／；

SCON＝0x02;／＊设置串行口为模式0＊／；

write_byte(cflag,0x21);

／＊PD＝0,V＝0,选择扩展指令集＊／

write_byte(cflag0x10);

／＊设置LCD工作电压＊／

write_byte(cflag0x20);

／＊PD＝0,V＝0,选择基本指令集＊／

write_byte(cflag0x0c);

／＊设置显示正常的工作模式＊／

}

写入数据字节

voidwrite_byte(ucharf,ucharb)

{

if(f＝＝0)DC＝0;

elseDC＝1;

SCE＝0

SBUF＝b;

TI＝0;);??

SCE＝1

}

5结束语

显示模块篇3

关键词:真空荧光显示屏;VFD模块;点阵式显示

中图分类号:TP211文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)10-0077-02

VFD模块选用日本NORITAKE ITRON公司的点阵显示模块GU160X32-800B。显示点阵为160*32点,可显示字符、汉字和图形。电源方便,只需要+5V电源就可以正常工作。

1模块原理

整个显示屏由5120个点按照160*32排列,被划分为64个大小显示区域。每个显示区域可通过显示区域设置命令分配相应的GRAM(图形显示模式)和DDRAM(字符模式)存储区。但是此版本的模块没有字符ROM,因此DDRAM为无效。所有的显示区域在初始化时必须设置为GRAM。

图形显示(GRAM)结构,GRAM由16384位构成,并分成256*64大小的区域,在垂直方向显示为8位。结构如图1所示。

本模块有两个显示层,0层和1层,每个层有256*32个点阵构成,并利用显示开关命令可以组合显示层。0层的256*32个点阵的起始地址是从GRAM的起始位置开始,1层是剩下地址。

2硬件电路图

接口控制使用方便,有口串口控制和两个并口控制,为了提高数据传输速率,我们选择使用并口进行数据传输。并口1的控制接口如表1所示。

3汉字显示编程

为了在VFD上显示汉字,根据GRAM的结构图,对汉字的点阵取码如图2所示。先从上向下取8位,再从左至右取第二列中的8位数据,以此进行取值,将第一行(8位构成)取完后取第二行(8位),直到取完所有点为此。

VFD显示数据的程序如下:

void displayonvfd(uchar lenth,hight, number,uchar font[])

{

uchar idata i,k,j=0;

for(k=0;k

{

for(j=0;j

{

for(i=0;i

{

set_position();

gu800_send(VFDDATA,font[(k*lenth*hight/8)+j*lenth+i]);

}

xpos-=lenth;

ypos+=8;

}

xpos+=lenth;

ypos-=hight;

}

xpos、ypos分别是显示点的X坐标和Y坐标值,set_position()函数是设置座标函数,座标值就是xpos、ypos的值。gu800_send(uchar cd,uchar senddata)是发送数据或者是发送命令的函数。实现如下:

void gu800_send(uchar cd,uchar senddata){

//send the data to the VFD module.

gu_cs=0;// enable module

if (cd==1)

gu_cd=1; //send command

else

gu_cd=0;//send data

gu_bus=senddata;

gu_wr=0;

delayms(5);

gu_wr=1;

}

4结语

通过以上的方法之后,可以静态显示汉字、图形,也可以动态显示。同时亮度可灵活控制。用于显示系统设计方便、灵活、简单,是一款性价比较高的VFD显示模块。

参考文献:

[1] 阮世平.高性能真空荧光显示器(VFD)开发和应用[J].光电子技术, 2005,(4).

[2] 张卜南,陈德荣.VFD GU384x32L-3900模块特性及应用[J].微处理机,2006,27(6).

[3] 成聪,汪道辉.基于CPLD的VFD显示和键盘扫描设计[J].机械工程与自动化,2006,(1).

[4] 谢新刚,金鑫.三星128S64A VFD显示模块在仪器仪表中的应用[J].电子工程师,2007,33(8).

显示模块篇4

显示模块作为人机交互的界面,承载着大量信息传递的功能。随着液晶显示技术的发展,液晶显示模块以其显色性好,轻薄、低功耗等优势,逐渐成为主流显示器件[1],不仅在工业、商业以及家庭领域内得到广泛应用,在军工领域内也逐步得到普及。早期替代进口CRT[2](Cathode Ray Tube,阴极射线管)显示模块的机载液晶显示模块都是直下式底背光方式,虽然比CRT显示器在色彩还原、亮度、寿命等有了很大的提升,但是为了保证模块亮度均匀性,背光板到光学膜组之间至少有10mm左右的距离,也就是我们通常所说的灯腔高度。现在整机生产厂家对显示模块厚度和重量要求越来越高,侧背光方式以其良好的均匀性和超薄的特性逐渐被接受采纳。双面侧背光相对于单面侧背光来说,可以更有效地提高LED(Lighting Emitting Diode,发光二极管)的可靠性。

1 液晶屏组件的加固设计

机载液晶显示模块结构加固的核心是液晶屏的加固及刚性化处理。液晶屏是由前玻璃基板和后玻璃基板通过封接边框连接成封闭空间,在封闭空间内充满液晶材料实现显示功能[3]。普通液晶屏的封接边框材料相对廉价,膨胀系数不能很好地与液晶屏两片玻璃相匹配。在恶劣的机载环境条件下,封接边框,特别是封接边框的封口处容易出现裂缝。空气会沿着裂缝处挤进充满液晶的封闭空间,这样液晶就会被挤出,在缺少液晶的区域,液晶屏工作时将出现黑色斑块,导致液晶屏失效。针对液晶屏封接边框封口处受应力液晶泄漏问题,我们采用进口封接边框材料,对液晶屏进行二次封接,如图1所示。

二次封接的胶膨胀系数相对原屏封接胶更接近玻璃的膨胀系数。另外二次封接胶的温度性能指标为-70℃～+150℃,远比普通封接胶的-30℃～+85℃温度范围宽,反复的温度循环试验表明二次封接胶与液晶屏玻璃的粘接强度也远高于原屏封接胶。在热应力条件下,不容易产生由膨胀程度不同而造成的机械应力,或在热应力下破裂。经过二次封接工艺改进的液晶屏可以承受-55℃～+85℃的温度冲击。

液晶屏的前后玻璃基板都很薄,如果没有特殊加固,对显示方向的振动非常敏感,在机载环境下,振动频率范围一般为10～2000Hz,振动带来的液晶盒厚变化会影响显示图像的质量。系统固有频率为:

f0为系统固有频率,k为刚度,即单位变形所需的作用力大小,单位为N/m;m为质量,单位为Kg。

按照单自由度强迫振动理论,把液晶屏看作一个小系统,当机载环境激振频率f小于系统固有频率f0的0.75倍时,系统相对振动强度增大较小;当机载环境激振频率f介于系统固有频率f0的0.75倍至倍之间时,系统相对振动强度成倍放大甚至超过5倍;当机载环境激振频率f大于系统固有频率f0的倍时,系统相对振动强度才会减小。因此,结构减振设计的关键是减小系统固有频率f0。我们在液晶屏四周用减振材料隔离,减小支撑刚性;液晶屏前后复合一定厚度的玻璃,提高液晶屏组件的抗弯曲能力,降低整个系统的固有频率。液晶屏抗振结构如图2所示。

可以从二级减振理论来分析,在刚性壳体和液晶屏之间用具有阻尼作用的减振隔离材料进行隔离,形成阻尼减振系统,设计一定的减振空间,因此刚性较小,固有频率较低,这可以作为第一级减振。在液晶屏前后两面用加固玻璃通过透明柔性粘接层固定成一体,也就是我们通常所说的“三明治”结构,这样作为第二级减振。第二级减振空间小,液晶屏安装环境刚性提高的同时增大了固有频率,使其远高于第一级振动系统的固有频率,这样第一、二两级系统就不会形成共振,液晶屏受到的振动应力也会相应减小[4]。

2 背光模组的设计

液晶屏本身不发光,它的亮度、均匀性等光学指标都依赖于后部的背光模组。一般背光模组的光学功能,除了发光源外,还包含导光、反射、匀光(扩散)、集光、光回收等功能[5]。为了满足产品的高亮度要求,提高背光模组的发光效率,同时满足背光的均匀性要求,我们设计了双侧LED背光模组,包括双侧LED背光源、反射片、导光板、扩散片、棱镜片、偏光增量片等。图3是双面侧背光背光模组的结构示意图。

LED背光源发出的光线从导光板入光面进入导光板内部,大部分光线在导光板内部以全反射传输。导光板下侧与反射片接触面设计一些凹凸网点,当全反射光线射到凹凸网点时,反射光会往各个角度散射,破坏全反射条件,使光线从导光板正面射出。从导光板四周及下侧折射出来的光经过反射片又重新反射回导光板,提高了光源利用效率。导光板正面射出的光线经过扩散片后,由点光源变为亮度均匀的面光源,防止在液晶屏前端看到LED的影子。棱镜片是一种集光装置,主要利用全反射和折射,将从扩散片出来的光,集中在一定角度里出射,从而提高该视角范围内的亮度,但视角会相对变窄。通常使用两张棱镜片,上下两张棱镜片采用正交方式排列,分别处理水平及垂直方向的集光需求。偏光增亮片不像棱镜片那样通过集光来提高亮度,而是不改变光的分布,将各个方向上的出光量都提高。偏光增亮片将无法通过液晶屏下偏光片的光反射回背光系统重新消偏振后再次被它过滤,从而使能够通过液晶屏下偏光片的出光量增加。

导光板是背光模组中的重要部件,我们选用的是亚克力材料,它具有较低的表面粗糙度和良好的光学特性。通过设计优化导光板的网点参数可以提高导光板性能。

网点参数设计主要利用软件进行模拟,使用LightTools软件进行导光板的设计,以几何光学为基础,根据网点的不同类型设置恰当的光学参数,模拟出接近实际的光学效果,通过优化导光板的网点结构参数,可以得到较好的导光效果。

网点参数是大小或密度变化的二维或三维网点,通过显示网点的密度变化,可以提高背光的均匀性,同时为为避免产生莫尔条纹,每个区域网点的密度是不一样。通过软件计算和模拟可以得到在一个区域内变化网点的数量,得到想要该缓慢而平滑的。

生成网点后,利用激光机在亚克力板表面刻蚀线槽,制作样品,测量其光效、均匀性等指标,进而调整激光机参数,优化控制网点的大小、深度及分布,使得最终制作的导光板达到较理想的光效和均匀性,图4为双面LED侧背光和导光板系统结构示意图。

3 控制电路设计

液晶显示模块的控制电路设计主要包括背光控制设计和低温加热设计,控制电路原理图见图5。

背光组件透过液晶屏的亮度I与LED的单管数量N、单管亮度i、背光模组透过率T1及液晶屏的透过率T2都成正比,即:

I=N×i×s×T1×T2/(W×L)

其中,s为LED电流降额系数,背光模组透过率T1,液晶屏的透过率T2可以检测到,W×L为液晶屏长宽尺寸。实际设计中通过简化推导亮度与LED排布的关系,结合经验和实测数据确定LED的排布。单面侧背光由于面积的限制,往往LED管数目是一定的,这样为了达到要求的亮度,就需要提高LED管的电流,电流越大,光效就越低,管子的发热量就越高,极大地降低了LED管的可靠性,为此我们可以通过双面侧背光方式增加LED管的数目,适当降低LED管的电流,提高可靠性。此外,双面侧背光是分两路控制的,当其中一路出现故障时,另一路还可以正常工作,亮度虽然降为原来的一半,但不影响显示质量。

背光控制是采用恒流方式的,与恒压方式相比较,它电路转换率更高,电路上的发热量更少,另一个比较明显的优势是在高低温情况下,可以消除因温度变化导致LED压降变化的影响,保持背光亮度的稳定[6]。背光亮度调节是通过脉宽调制的方式来实现的。微处理器通过通讯接口来调节背光信号的电流占空比来调节背光亮度,有效地实现亮度的自动调节。为了延长背光源的使用寿命,通过背光温度传感探测背光的温度值,当温度高于一定数值时,启动限亮程序,自动降低背光亮度,保证背光源在高温环境下能够稳定可靠的工作。

机载液晶显示模块都有低温工作的要求,为了实现低温工作,设计了针对液晶屏的加热温控电路,使液晶屏的温度处于正常的工作范围,保证开机后可在几分钟以内图像清晰,画面流畅,动态图像没有拖影[7]。温控电路的设计包括嵌入式微型传感器的可靠性,传感量长距离传输的抗干扰能力,脉宽调制加热功率,系统故障时加热电路的自动关闭等。低温加热采用脉宽调制的方法来控制,处理器多次采集被加热物体的温度传感量,利用函数进行修正后,计算出被加热物体的准确温度,微处理器根据此温度确定输出占空比,对加热功率进行调节。

4 热设计和电磁兼容设计

元器件在高温环境中使用寿命和可靠性都会降低,轻则导致产品性能变差,重则造成产品功能发生永久性失效。液晶显示模块的热设计[8]以结构散热为主,设计中主要考虑高温元器件与壳体间的热传导散热。对于双面侧背光液晶显示模块,高温工作状态下的热设计主要包括LED背光源和驱动电路上大功率芯片器件的散热设计。采用铝基板做LED背光源的PCB (Printed Circuit Board,印刷电路板)材料,使LED管的热量集中到铝基板上,铝基板再通过低热阻高导热率材料与散热板连接,散热板与外部壳体之间用导热脂或导热垫连接,将热量尽可能多地传导到外部机壳上。对于驱动电路上大功率芯片器件,可以单独做散热片,用导热材料粘接,或者将芯片器件布置在接近散热板一侧,散热板设计一定高度的凸台,通过导热材料连接,将热量传导到散热板上。图6是设计初期工作温度60℃时的热仿真模型,液晶显示模块上温度较高的区域出现在含有背光板的两侧以及电路板上大功率芯片处,最终产品的实测值与该仿真模型基本接近。

EMC[9](Electromagnetic compatibility,电磁兼容性)设计的目的是使液晶显示模块既能抑制各部干扰,使其在机载环境中能够正常工作,同时又能减少模块本身对飞机上其它电子设备的电磁干扰。为了满足EMC条件,需要考虑整个液晶显示模块的总体方案、PCB板的布局及走线、元器件选择以及壳体设计等等。对于机载液晶显示模块具体实施EMC设计方案时,主要应从其对电磁场的屏蔽作用来进行考虑。屏蔽主要是针对电磁场的辐射发射和辐射敏感度而言,同时也要考虑到高压静电放电。低频段(25Hz～100KHz)主要是来自磁场的辐射能量,而电场的辐射频率范围就很宽,为10KHz～20GHz。所以设计时要确保显示模块的整个外壳(含显示窗口)能成为一个良好的电磁屏蔽体,无狭逢、不产生电磁泄漏,并且能有效保护好模块内的元器件不受高压静电放电实验的破坏。

液晶显示模块除了液晶屏窗口可以泄露电磁波外,其余部分均是可以屏蔽电磁波的铝合金材料,因此液晶屏窗口是电磁波泄露的主要窗口,也是容易受外部电磁波干扰的主要窗口。窗口电磁屏蔽层技术主要有3种:采用ITO (Indium Tin Oxidize,氧化铟锡)透明导电玻璃作显示窗口屏蔽材料;采用导电金属网作显示窗口屏蔽材;采用EMC多功能玻璃作显示窗口屏蔽材料。在双面侧背光液晶显示模块中,我们采用EMC多功能玻璃作为显示窗口屏蔽材料。EMC多功能玻璃是一种比较理想的液晶显示模块显示窗口电磁屏蔽材料,可以克服导电金属网对显示图象的摩尔条纹干涉现象,同时采用多层镀膜工艺技术,将表面减反功能膜与电磁兼容屏蔽膜在同一块玻璃上制作,与单一ITO玻璃相比可以大大降低反射率,用于改善显示屏在强阳光下的可读性。

5 结束语

基于以上技术的应用,我们设计研发了一款5寸双面侧背光机载液晶显示模块,如图7所示。该模块厚度薄,亮度高,工作温度范围宽,满足机载振动和电磁兼容的要求,已经小批量供货给客户单位。

机载液晶显示模块所涉及的技术远不止上述这些,诸如光学性能,防盐雾、防霉菌、防湿热,壳体材料的选择等等,都需要花大量的时间进一步深入研究。而且原有技术也在不断地更新,新的技术也陆续与机载液晶显示模块相结合,如触摸屏技术、声控技术,这些工作许多研究者正在开展中。

参考文献

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[6]陈光,张兵.MC34844/A恒流驱动芯片在LED背光驱动上的应用[J].光电子技术,2012(03):200-205.

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[8]夏显忠,陶光勇,夏利锋.基于CFD的FLOTHFRM在机载液晶显示器热分析的应用[J].电子机械工程,2007(03):7-10.

显示模块篇5

场致发射平板显示器(Field Emission Display,FED)在发光机制上与传统的阴极射线管(CRT)显示器的发光原理基本相同,因此具有高亮度、色彩鲜艳、工作范围宽和响应时间快速等特点,内置的千万余电子发射器让其表面比液晶显示器更凹凸不平,视角更广,同时作为一种平板显示器件具有高分辨力、大面积等优点,是一种具有发展潜力的自发光平板显示器[1,2,3]。目前FED显示器的专用低压荧光粉还处于试验阶段,这些专用荧光粉的稳定型、使用寿命和发光效率等关键参数与实际需求还有一定的差距,所以FED显示器普遍采用CRT或者PDP用改进型荧光粉作为专用低压荧光粉的替代品,会出现色彩偏移、灰度损失等不同程度的图像失真现象。同时在显示系统中,由于光电、电光转换以及信号传输过程中引入的非线性,显示图像和原图像存在较大的失真。在传统的显示器件类型中,CRT一直占统治地位,大多数图像发送系统为CRT而设计,均采用预补偿方法对发出的图像信号进行预γ校正。而FED在驱动方式上有别于CRT,直接使用这些图像信号,将影响图像在显示器上的正常还原。鉴于以上原因,有必要对FED显示器进行图像色彩还原及γ校正。

2 色彩调整原理及其实现

2.1 色彩校正原理

国际上采用标准色温6 500 K的D65光源作为摄像机的参照标准光源,于是各种自发光显示器也普遍采用D65标准光源作为它的参照标准光源,并相应研发了能够满足D65标准光源要求的专用荧光粉。经测试,FED显示器的白平衡色温为4 800 K左右,其显示色彩不能满足D65光源的要求,摄像机采集的单位数字视频信号表示的亮度和色度与FED显示器单位数字视频信号表示的亮度和色度不一致,所以有必要对显示器的色彩进行还原性校正。

实验中,FED显示器色域映射分析采用xy色品图表示[4],并将理想色域曲线绘制出来作为色域表示的边界,如图1所示。可以看出,D65光源与FED显示器色度一致性较好,坐标点几乎重合,而另两个色度偏差较大,色度三角形存在一些不相交区域。

2.2 色彩校正的硬件实现

依据图1中曲线,一种方法是直接对RGB中3个分量调整,即不变换空间的调整方法,通过改变RGB各分量的偏置和增益来达到调整亮度、对比度和色度的目的。但是由于RGB彩色空间不符合人们对色彩的认知,即不能与色调、饱和度及亮度之间建立一致联系,单独改变这3个分量时,图像的整体亮度及色彩也将随之变化,当某个分量出现上溢或下溢时,将造成图像的偏色、色彩失真的现象。

因此,将RGB信号转换为符合ITU-R BT.601标准(CCIR601)的YCrCb彩色空间,并在YCrCb空间中进行图像色彩调整。在YCrCb中,Y代表亮度,色差信号Cr和Cb表示图像的色度,描述了图像的色调和饱和度两个方面,用于指定像素点的颜色,这样就避免了出现亮度与色度同时变化引起色彩失真及图像偏色的现象。色彩空间转换结构如图2所示。

在空间转换过程中,利用的彩色空间转换公式为

结合FPGA器件自身的特点,将式(1)结构进行改进

通过FPGA的硬件乘法器实现数据的相乘,采用流水线的算法结构能够节省FPGA的硬件乘法器资源,并提高运算速度[5]。将计算出的结果通过截断后8位数据实现除法运算。图3为空间转换的测试波形图。

从图3可知,用上述方法可实现色彩空间的转换,且实现简单,效率高。在转换过程中,虽然在具体的灰度上有点损失,但损失在可接受的范围之内,影响不大。

3 伽马校正及实现

在电视系统传输电信号过程中,如果从摄像到显像全过程的总传输特性是线性的,即显像的亮度与图像亮度成正比,那么图像就能获得逼真的再现。在CRT显示器中,其荧光粉的发光亮度与电子束的电流关系并非完全线性而是准线性的,并且显像管电子枪本身的调制特性是非线性的,对于普通的CRT显示器,亮度与调制电压的关系为

式中:B为显像管亮度;K为常数;E为调制电压;γ为非线性系数,一般为1~2.8之间(由显示器生产商根据不同的环境需要和约束设定)。因此在传统的视频信号的发射端,一般都会用特性相反的非线性放大器对其发出的图像信号做预γ校正[6],如图4所示,从而解决了图像信号与图像亮度之间的非线性问题,使原图像能够得到逼真的还原。

FED显示器,其主要工作原理是利用阵列状的冷阴极在阳极电场的作用下产生电子轰击荧光粉发光,因此其显示亮度与阴极发射电流密度有关,密度越大,荧光粉的亮度越高。即

式中:I为场致发射阴极板发射的总电流,U为场发射阴阳极外加工作电压,a,b是常数与阴极结构、材料等因素有关。很容易得出阴极发射的电流密度与阴阳极间的电压似成指数关系,因此,如果采用脉幅调制(PulseAmplitude Modulation,PAM)方式,其显示将与CRT相似。但是,此种调制方式电路复杂,而且在低灰度时,其电压幅值不易达到阴极电子发射的开启电压,这样将损失显示器的有效灰度级数。因此在实际的后极灰度调制系统设计中,采用脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)方式,可利用人眼对亮度感知具有的积分效应,满足方程

式中:L(t)为实际亮度,式(6)表明荧光粉的发光亮度与阴极发射电流的持续时间成正比。通过对现有25 in的256灰度级彩色FED显示器样机的测试,用亮度计测试每一级灰度对应的亮度值,绘出亮度灰度曲线,并且对数据进行归一化,如图5所示。

从图5中可以明显地看出:利用脉宽调制方式来对FED进行灰度调制,可以使FED显示器的亮度与灰度级接近线性关系,经过横纵坐标取对数处理及曲线拟合,测试此FED样机的γ系数为1.342。故在实际γ校正中,只需要对其做反γ校正,即能还原出原始的图像[7]。

一般视频信号在传输前必须进行γ预校正(见图4),其γ值约为0.45。因此,基于FED显示器的显示特点,对其进行反γ校正,指数值为

在本设计中,γ校正是通过对输入的R,G,B各分量分别做γ校正处理。如对红色进行γ校正,则

然后对求出的Rγ值进行取整运算。在FPGA内实现FED的γ校正时,为3个通道各设计一个大小为256×8的CLUT,利用FPGA内部的Block-RAM存储器资源来实现[8]。由于不同的FED显示屏,其γ特性还存在一定的差异,为提高γ校正模块的可编程性和系统兼容性,CLUT设计为双口RAM的逻辑结构,FPGA顶层模块如图6所示,图中CLUT模块预设了初值。这样,可以由PC终端调试平台通过单片机更改FPGA中的CLUT的实际内容,做出及时调整,得到更好的显示效果。

4 小结

根据彩色FED的电光特性,利用电路处理校正技术对显示器中存在的色彩偏移、灰度损失等不同程度的图像失真等问题进行了分析和探讨,通过理论分析和实验验证提出了相应的解决方案并应用到了VGA分辨力的63.5 cm(25 in)彩色大屏幕低逸出功印刷型场致发射显示器驱动控制电路中,图像显示效果初步获得了改善。实验表明所采用的FED色彩调整、灰度非线性校正方案是正确可行的。

摘要：为了改善彩色场致发射显示器的显示质量,分析了印刷型FED显示器中存在的色彩偏移、灰度损失和灰度畸变等问题。通过实验测试和理论分析提出了相应的色彩调整与灰度的非线性校正解决方案。将图像校正模块应用到彩色FED驱动电路中,使彩色FED图像的色彩再现和灰度再现性能得到了较好的改善,同时也增强了图像显示的层次和细节程度。

关键词：FED,色彩校正,γ校正

参考文献

[1]林志贤,郭太良.大屏幕低逸出功印刷型VGA级FED显示系统的研制[J].液晶与显示,2008,23(1):58-62.

[2]林志贤,郭太良,胡利群,等.四角状氧化锌纳米材料的场致发射平板显示器[J].物理学报,2006,55(10):5531-5534.

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[6]杨虹,彭俊彪,曹镛.OLED/LCD器件中的γ校正[J].发光学报,2004,25(2):207-210.

[7]林志贤,林韵英,郭太良.印刷型FED图像处理与显示控制技术[J].光电子.激光,2007,18(2):140-143.

显示模块篇6

随着科技的不断发展,各个行业领域得到了很大的发展,特别是在新型材料领域,UV新材料的不断发展提高,光固化应用领域对紫外光源提出了新的要求,特别是当大功率紫外LED研制出来之后,紫外LED得到了有效的发展应用。基于紫外LED照射器控制平台发展成为一种趋势, 充分利用紫外LED,不仅可以加强电气电路的稳定性,提高利用率,还可以实现节能、高效控制等优势,因此,基于紫外LED的诸多优势,进行紫外LED控制人机交互界面设计的需求日益增多。

1紫外LED控制器人机交互

紫外LED控制器人机交互设计主要是通过液晶显示模块,实现人机交互,通过人机交互,用户可以获取到有效信息, 更好的进行产品应用与开发。紫外LED控制器设计模块需要实现液晶显示模块、键盘操作,同时为了提高液晶显示的丰富性,加入万年历显示功能、环境温度测量模块,为了保证系统的正常运行,需要具备电源供应模块以及程序存储模块,最后,考虑到控制器需要与其他设备进行相互通信,还需要加入数据通信模块,基于此,实现较为完整的紫外LED控制器设计模块。

2紫外LED控制器人机交互软件设计

2.1万年历软件设计

在进行万年历设计时,需要结合处理器进行定时器初始值的设置,保证时钟脉冲可以产生1s定时时间,这样就可以保证,当时间到达时可以进入到中断处理函数中,之后在中断处理函数进行相应的处理设置,从而实现时间的连续操作。具体程序流程图如1.

万年历操作主要包括年、月、日、时、分、秒,其中最小时间单位为秒,时刻(时、分、秒)具体处理方法为:

(1)、在进行时间计数时,需要考虑时分秒操作,即将时、分、秒的计数变量初始化为0。启动定时器后,进行按秒计时操作,当定时器时间到时,计数变量sec_ count达到60时,此时1分钟到达,进入中断函数,对sec_count置零,同时对分min_ count变量加1操作,之后再进行定时器定时处理,实现连续循环操作;

(2)、在进行年份操作时,需要做好闰年的判断,闰年的判断方法是能被4整除并且不能被100整除的年份或者能被400整除的年份,满足之一的年份即为闰年。

示例程序:

2.2 LCD液晶显示软件设计

为了实现良好的人机交互操作,需要进行液晶显示操作,通过液晶显示,用户可以获取到所需信息。在进行LCD液晶显示时,采用LCD12864操作。软件设计时需要对液晶进行初始化操作,具体步骤包括:清零、地址置位以及计数器清零、游标初始化操作等操作。同时在进行液晶显示时,需要做好时序图的处理操作,只有采用正确的时序图,才可以更好的进行读写操作,LCD12864的时序图如图2所示。

2.3键盘按键操作设计

在进行键盘按键操作方面,需要考虑应用场景的不同,键盘按键主要分为独立式按键以及矩阵式按键,应用场合复杂时,可以选用矩阵式按键;而如果应用场合较为简单,则可以选择独立式按键,易于设计操作,软件编程,键盘硬件电路图如图3所示。

3结束语

显示模块篇7

测量不确定度是评定测量水平的指标,是判定测量结果质量的依据。用测量不确定度来评定测量结果的质量高低,是自20世纪80年代起国际上建议用于评定测量结果的新概念。《测量不确定度表示指南》简称GUM,是由国际标准化组织(ISO),国际计量局(BIPM)等七个国际组织联合制定的通用指导性标准,于93年正式发布。目前,我国推行的ISO17025对测量结果的不确定度有明确的要求,其中指明:校准实验室出具的每份证书或报告,均应包括有关测量结果不确定度的说明,这个要求对检测实验室也同样适用。测量不确定度给出了测量结果的可信程度,测量结果必须有不确定度说明时,才是完整的和有意义的。

分光幅射度计是一种广泛使用的液晶显示器件光电参数的专用测量仪器。本文详细分析了用分光幅射度计(CS-1000A)测量某型号的液晶显示模块(LCM)亮度的不确定度来源,对测量不确定度做出了较全面的评定。

1 CS-1000A的组成及工作原理

图1所示为分光幅射度计(CS-1000A)的简要组成原理图:光能通过物镜时,来自测量区的光经过孔径镜片中心的孔抵达光纤,而其余的光则通过镜片孔径导入取景器,使通过取景器取景时,被测量区看起来像一块黑圈。此黑圈即为进行亮度测量时的测量取样光斑。进入光纤的光将重复折射匀光后,经过准直镜进入平面衍射光栅;经过光栅分光后,聚光透镜聚焦各波长的光线至阵列传感器,通过16位的模数(A/D)转换器,每个波长的光能将转换为一个数值,处理系统将根据该数值计算亮度值送显示器显示。

2 测量方法

依据GB/T4619-1996液晶显示器件测量方法,在对液晶显示模块的亮度进行直接测量时,测试环境和条件为:暗室,电源电压和环境温度保持恒定;CS-1000A到被测液晶显示模块的测试距离在(1～1.4 m)之间,且和被测液晶显示模块的显示面垂直;CS-1000A和被测液晶显示模块预热至性能稳定后测试。

3 测量不确定度的评定[1,2]

按照建立数学模型,不确定度来源分析,计算标准不确定度分量、合成标准不确定度和扩展不确定度的评定步骤,对液晶显示模块亮度的测量不确定度进行评定。

3.1 数学模型

采用CS-1000A分光幅射度计直接测量液晶显示模块的亮度,其数学模型表示为:

$L_{u} = L_{s} (1)$

Lu为被测液晶显示模块的亮度测量结果

Ls为CS-1000A读出的亮度值

合成标准不确定度uc(Lu)由下式决定

$u_{c}^{2} (L_{u}) = (\frac{\partial (L_{u})}{\partial (L_{s})})^{2} u^{2} (L_{s}) (2)$

其灵敏系数 $c = \frac{\partial (L_{u})}{\partial (L_{s})} = 1$

3.2 不确定度来源

由于本测试在符合实验室标准条件下进行,测试环境为暗室,测试距离保持不变,电源电压和环境温度保持恒定,CS-1000A和被测液晶显示模块预热至性能稳定后测试,故环境因素及人为因素引入的不确定度可忽略。所以影响被测液晶显示模块亮度测量结果的不确定度主要来源为:a)各种随机因素对测量重复性的影响;b)标准仪器本身不确定度的影响;c)测试取样点不重复引入的不确定度。

3.3 标准不确定度分量的计算

根据上述不确定度来源分析及测量不确定度评定与表示指南,合成标准不确定度uc(Lu)由下式计算

$u_{c} (L_{u}) = \sqrt{u^{2} (L_{s 1}) + u^{2} (L_{s 2}) + u^{2} (L_{s 3})} (3)$

其中:u(Ls1)为测量重复性引入的不确定度分量;u(Ls2)为标准仪器本身带来的不确定度分量;u(Ls3)为测试取样点不重复引入的不确定度分量。

3.3.1 测量重复性引入的不确定度分量u(Ls1)

由于液晶显示模块自身电源的波动及各种随机因素会造成LCM显示产生相应的变化,从而导致亮度测试的数据不重复,经6次独立重复测量,实测数据如表1所示。

按照JJF1059-1999计量技术规范该项不确定度分量按A类评定。

通常以样本的算术平均值 $\bar{L}$ 作为被测量值的估计(即测量结果),再以其平均值的实验标准差 $S (\bar{L})$ 得到测量结果的平均值的相对标准差。

则:单次测量的实验标准差,由贝塞尔公式求得:

$S (L) = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \sum_{i = 1}^{n} (L_{i} - \bar{L})^{2}} = 8.77 c d / m^{2}$

平均值的实验标准差为:

$S (\bar{L}) = \frac{S (L)}{\sqrt{n}} = 3.58 c d / m^{2}$

平均值的相对标准差为:

$u (L_{s 1}) = \frac{S (\bar{L})}{\bar{L}} = 0.507 ％$

其自由度ν1=n-1=5

3.3.2 CS-1000A引入的不确定度分量u(Ls2)

由CS-1000A的检定证书知:上级计量部门出具的扩展不确定度U=2.5%,包含因子k=2,按照JJF1059-1999计量技术规范,该项不确定度分量u(Ls2)应按B类评定,

则: $u (L_{s 2}) = \frac{0.025}{2} = 1.25 ％$

同样按照JJF1059-1999计量技术规范认为此项不确定度非常可靠,其不可靠度视为0,故自由度ν2=∞

3.3.3 测试取样点不重复引入的不确定度分量u(Ls3)

由于LCM不同程度地存在亮度不均匀性,其整个显示面上不同位置亮度测量值(多次测量平均值)之间都会有一定偏差;另外CS-1000A最小测量面积(光斑)为7.9 mm2,而LCM像素大小都小于0.5 mm,而每个像素点的发光强度也存在差异,因此,测试时取样点不重复(即位置移动)会引入此项不确定度。按照JJF1059-1999计量技术规范该项不确定度分量可根据经验值按B类评定。根据多次实验数据分析,由此产生的不确定度经验值为1%,视为均匀分布,包含因子 $k = \sqrt{3},$

则: $u (L_{s 3}) = \frac{0.01}{\sqrt{3}} = 0.577 ％$

其不可靠度视为10%,故自由度ν3=50

3.4 合成标准不确定度和扩展不确定度的评定

3.4.1 合成标准不确定度

按公式(3),合成标准不确定度

$\begin{array}{l} u_{c} (L_{u}) = \sqrt{u^{2} (L_{s 1}) + u^{2} (L_{s 2}) + u^{2} (L_{s 3})} = \\ \sqrt{0.507^{2} + 1.25^{2} + 0.577^{2}} = 1.47 ％ \end{array}$

3.4.2 扩展不确定度

合成标准不确定度的自由度称为有效自由度νeff,νeff可由韦尔奇-萨特思韦特公式计算

$ν_{e f f} = \frac{u_{c}^{4}}{\sum_{i = 1}^{n} \frac{u_{i}^{4}}{ν_{i}}} (4)$

由式(4)得本例中的有效自由度为:

$ν_{e f f} = \frac{u_{c}^{4} (L_{u})}{\frac{u^{4} (L_{s 1})}{ν_{1}} + \frac{u^{4} (L_{s 2})}{ν_{2}} + \frac{u^{4} (L_{s 3})}{ν_{3}}} = 303$

由有效自由度νeff=303,取置信概率p=95%,查t分布表,得包含因子kp

$k_{p} = t_{95} (303) = 1.96,$

则扩展不确定度为

$U_{p} = k_{p} u_{c} (L_{u}) = 2.9 ％$

以上是对CS-1000A检测液晶显示模块亮度的测量不确定度的评定,测量结果的不确定度表述为:

$\begin{array}{l} L = 705.8 c d / m^{2}, U_{95} = 2.9 ％ ‚ \\ ν_{e f f} = 303, 置信概率 p = 95 ％ \end{array}$

4 结束语

不确定度评定是计量工作的一项重要内容,测量不确定度是评定测量水平的指标,由于在进行合格评定时必须考虑测量不确定度对测量结果的影响,所以本文对目前尚未普及测量不确定度评定工作的质量检测机构或检测实验室提高自己的检测质量水平,降低产品合格评定中的误判风险,具有现实的意义。

测量结果不确定度的评定和表示方法,经过20多年的争论、研究和发展,业已趋于成熟,许多发达国家和发展中国家已经普遍采用,国际间的量值比对和实验数据的比较,更是要求提供包含因子或置信水准约定的测量结果的不确定度。显然,开展测量不确定度的评定工作,在不确定度表示方面保持与国际接轨,有利于各个国家和地区间的经济技术交流,也有助于提高自身在国内和国际市场上的竞争力。

参考文献

[1]JJF 1059-1999,测量不确定度评定与表示[S].1999.

显示模块篇8

近年来, 随着资讯、通讯、及消费电子产业领域的智能化数字显示技术研究的突飞猛进, 带动着对液晶显示模块的要求也在不断提高, 例如抗阳光、抗干扰、对比度、抗震动等很多方面。然而电子产品的故障或损坏, 大部分是受到自由随机振动引起, 且其振动源常来自与生产、运输和使用过程当中产生, 所以在设计考虑如何降低或预防冲击负载产生的动态影响最小, 就显得格外重要。

在数字显示领域当中, LCD (液晶显示) 是最常用的元器件, 其可以显示讯息或资料, 不过由于液晶显示器的特殊材料特性决定其受载荷时, 比较容易产生损坏, 有关液晶显示面板的振动分析, 通常将液晶面板视为矩形平板, 根据不同的材料属性, 各异的支撑条件对液晶显示平板进行研究分析, 如[25]等, 而其选用的振动控制方法缺乏系统的整体性, 所以本文主要针对上述的缺陷, 设计三层平板合成模型条件下的随机振动响应仿真分析, 并结合口田优化算法, 分析在设定结构参数条件下的结构尺寸优化, 以降低液晶显示模块对随机振动的影响最小。

1 LCD面板随机振动结构分析

LCD的结构:

LCD可以拆解为玻璃层、LCD层和玻璃层三部分组成。其中LCD层是装在两层玻璃之间, 在三层显示屏边缘可用泡沫棉加以固定, 并可为后续信号连接提供一定的固定作用。LCD的主要示意图如下所示。当给与整体平板一随机激励振动, 且两侧的泡沫棉固定时, 即可分析在受击情况下的面板的振动响应变化。

2 LCD面板随机振动有限元三维模型的建立

根据有限元软件建立液晶显示模块的三维模型与网格划分如下图所示。

3 LCD面板随机振动有限元仿真分析

根据有限元软件建立系统的仿真模型, 并根据材料属性进行仿真运算, 现设定LCD的杨氏模量为23GPa, 泊松比为0.22, 密度为480kg/m3, 玻璃材料的杨氏模量为51GPa, 泊松比为0.22, 密度为2130kg/m3, 泡沫材料选择封胶树脂, 其杨氏模量为26GPa, 泊松比为0.3, 密度为1 900kg/m3。现取, LCD为6mm, glass为3mm, 泡沫下延长度4mm, 内侧延生长度4mm, 然后根据各参数的数值变化, 在既定随机激励的条件下分析该四种参数变化对整体结构受激励的内部应力变化情况。

该多层结构应力变形量δ与LCD、glass、下延长度和内侧延生长度的变化规律分别如图3~图6所示。由图3可知, 多层结构应力变形量与glass层厚度在1mm~5mm之间变化时, δ上升了约15%。由图4所示, 当LCD在2mm~10mm之间变化时, δ由2.653E-6Pa下降至1.253E-6Pa。由图5所示, 当下延长度在2 mm~6mm之间变化时, δ由1.188E-6Pa上升至1.698E-6Pa。由图6所示, 当内侧延生长度在1mm~6mm之间变化时, δ由4.983E-6Pa减少至6.802E-8Pa。

因此, 要使随机激励振动对该多层结构的振动影响最小, 需减少glass层厚度和下延长度, 增加LCD层厚度、内侧延生长度。考虑结构的设计范围, 最终可确定参数的正交设计。

4 LCD面板随机振动结构参数正交设计

考虑液晶显示模块为三层薄膜层结构, 所以玻璃层厚度Tglassd的可设定在1mm~5mm左右, LCD层厚度可设定在2mm~10mm左右, 其长宽可设定为24.384mm×18.288mm, T1为泡沫棉上下延生长度, T2为泡沫棉内侧延生长度, 且泡沫棉的延生宽度与整体宽度一致, 外侧延生长度为8mm。下表所示为液晶显示模型的部分结构参数正交设计。

4.1 模态分析

LCD液晶显示系统的随机仿真分析需首先要进行模态分析后才行, 其中矩形模块的长宽尺寸不变, Tglassd的为所以根据上述的参数建模并经过有限元分析后得知, 模型的前4阶共振频率如下表2所示, 且通过上述的模态分析可知前三阶共振频率, 因而可为后续的随机振动分析提供基础作用。

4.2 频率加载与激振参数设计

针对现有的一些研究知道, 一般液晶显示模块的常用技术指标如下表所示[航空级]。

所以根据上述机械振动冲击的指标, 笔者设计了下述随机振动的加载与激振。

4.3 随机振动分析

随机振动分析主要是考虑LCD显示模块在使用与运输过程中, 碰到的在共振频率范围附近且强度适宜破坏的振动环境分析, 如一般的运动振动加速度达到40m/s2左右, 频率范围在4200Hz~5500Hz左右。整体的随机振动分析本文是采用有限元中的PSD方法加载到受击面板的位置, 并做相应的固定处理, 这样进行逐步的正交试验仿真分析, 最后根据有限元分析结果再进行相应的计算处理得出主要参量变化条件下的振动加速度、位移和频率变化的关系。下面主要表达式给出了结构加速度、位移和频率的关系:

上式中, y为位移, A为振幅, t表示时间, a为振动加速度, ω=2πf为角频率, f为振动频率[7]。LCD的振动仿真实验主要是进行随机频率的仿真试验。其中当材料参数变化下的结构共振频率与加载方式可做相对应变换, 不过始终保持在共振频率幅值下的加载激振, 这样既可为后续的优化设计提供依据。其中对随机振动的频率是随机分布, 加速度谱密度与频率的关系是特定的, 振幅具有高斯分布。

4.4 正交仿真结果分析

采取田口优化算法的正交共有四个5水平因子, 因而生成了一个L25 (56) 的水平正交直交表。S/N为: (单位为dB, n为实验的次数) , y为一定条件下悬臂梁弯曲应力或应变δ仿真值。用图标显现出正交仿真实验的应力关系, 并选用田口法进行相应的优化设计, 其中的应力为L (y1) , 信噪比分别为:

应力响应函数关系图和信噪比函数关系图如下所示:

从模拟结果可以看出:当结构参数的值选定在A4=8mm, B5=5mm, C4=5mm, D3=4mm时, 结构受激振时的应力变化最小, 且信噪比函数最大, 所以说明优化结构参数具有一定意义。

5 结论

针对液晶显示模块的结构优化设计, 本文给出了机械试验中的问题, 如铁框变形、显示异常和部件破碎等, 分析了失效模式和失效机理及出现这些现象的原因。

通过这些结果, 提出了对液晶显示模组的设计或工艺进行改进的一些方法, 从而提高了液晶显示模组的机械性能, 文中产品的结构优化设计可有效提高结构的抗振特性, 该方法提出还需验证, 有待于以后进一步研究。

摘要：本文主要研究液晶显示面板 (LCD) 经随机振动后的动态响应与结构的疲劳特性仿真分析, 文中以矩形平板为显示面板模型, 考虑结构受击冲击振动函数作用下的有限元仿真计算, 并结合田口优化算法进一步分析结构参数的变化对整体模型的受击冲击影响最小, 而优化结构参数。

关键词：随机振动,液晶,田口法,优化设计

参考文献

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[2]A.C.Ugural, “Stress in Plates and shells”.

[3]液晶显示面板的随机振动及可靠度分析.

[4]D.J.Gorman, ”A Comprehensive study of thefree vibration of rectangular plates testing onsymmetrically distributed uniform elastic edgesupport”, journal of applied mechanics, vol 56:893-899, 1989.

[5]G.B.Warbuton, S.L.Edeny, ”Vibrations ofrectangular plates with elastically restrainededges”, journal of sound and vibration, vol 95 (4) :537-552, 1984.

[6]A.W.Leissa“Vibration of plates”.NASA SP-160, 1969.

显示模块篇9

电话通信作为人类信息交流的重要手段之一,已经成为世界范围内电信业务量最大的一种通信方式。其用途已经不只局限于人与人之间的语音通信上,许多借助于电话网数据所进行的功能扩展已对社会生活产生越来越重要的影响。

主叫识别信息传送及接收(俗称来电显示),简称CID(Calling Identify Delivery),是电信局向被叫电话用户提供的一种服务项目,是指在被叫用户终端设备上显示主叫电话号码、呼叫日期和时间等主叫识别信息并进行存储,以供用户查阅的服务项目。目前,来电显示业务已经广泛应用到远程控制、信息查询、信息寻呼台等系统中。

1 电话主叫识别原理

来电显示的数据传送有两种制式:移频键控(FSK)和双音多频(DTMF)。两者有比较大的区别:

FSK制式采用相位连续二进制移频键控的编码方法,将呼叫识别信息转换成FSK编码传输。其特点是传输格式较复杂,但传送信息多,除电话号码外,还能传送时间、日期及姓名等信息。目前主要在中国大陆、美国、日本、加拿大使用。

DTMF制式利用双音多频信号传送电话号码。其特点是传输格式简单,传送信息少,只能传送电话号码。目前主要在欧洲、中国台湾和印度使用。由于DTMF制式本身的一些缺点,它将逐步被FSK制式所取代。

实现电话主叫信息识别业务的基本方法是:发端程控交换机将主叫电话号码、呼叫日期和时间等信息通过局间信令系统传送给终端交换机,终端交换机再将主叫识别信息以FSK或DTMF方式,在第一次振铃与第二次振铃间隔期传送给被叫用户终端设备。在一次呼叫中,若被叫用户申请了CID业务,则电信局的终端交换机就会向该被叫用户传送主叫识别信息数据。传输流程如图1所示。

在FSK制式中,根据信号格式的不同可以分为:单数据信息格式和复合数据信息格式。前者的结构简单,可容纳的信息内容较少,如主叫号码、日期和时间等;后者的结构比较复杂,可容纳的信息内容较多,除传送单数据格式的内容外还可以传送主叫用户的姓名。两种数据信息格式如表1所示。

由于绝大多数FSK制式采用单数据信息格式,因此本文软件设计部分是对单数据信息格式的数据进行信号处理。

单数据消息格式由消息头和消息体组成,消息头由消息类型和消息长度组成,它们均为8位字。消息类型的值用来识别消息的特征;消息长度指明后面所跟消息字的长度。消息体包括交换机需传给终端用户的消息。消息体可容纳1～255个8位的消息字。每个字用8位带校验位的7位ASCII编码字符集表示。一个完整的消息帧由信道占用信号、标志信号、数据信息和校验字组成。信道占用信号和标志信号用来提示电话终端准备接收数据;校验字用来作差错检查。

单数据消息格式数据传送按消息类型(04H)、消息长度、消息字、月、日、时、分、主叫号码(“O”或“P”)的顺序排列组成消息进行传送。所有的消息字和参数字都有奇偶校验位,采用奇偶校验的方式传送。

2 系统硬件设计

智能来电显示模块的硬件电路主要包括微处理器的硬件最小系统、USB接口电路和号码采集模块三部分。微处理器的硬件最小系统是指可以使内部程序运行的所必须的外围电路,也可包括写入器接口电路。一般情况下,微处理器的硬件最小系统由主控芯片、电源、晶振及复位等电路构成。图2给出了智能来电显示模块的硬件电路框图。

2.1 主控芯片

本文中,智能来电显示模块采用飞思卡尔公司的MC9S0 8JM60微控制器作为主控芯片,此8位芯片引脚功能较丰富,自身具有USB转串口的功能,可实现USB供电,两路串口可同时接收两路数据,满足项目开发的要求,同时成本较低。图3给出了MC9S08JM60的最小系统以及USB接口电路。

由于MC9S08JM60自身具有USB转串口的功能,可通过USB口与PC机相连,因此不需要电池供电,可通过PC机的USB口直接供电。MC9S08JM60的USB转串口功能可以及时完成电话信息向PC机的发送,不必额外添加USB转串口电路,大大简化了硬件电路,且同时为系统提供电源,提高了智能来电显示模块的实用性。

2.2 号码采集模块

号码采集模块主要包括信号隔离电路和号码提取电路。号码提取电路以SM8220P作为主控芯片。SM8220P遵循Bell 202和ITU-T V.23协议标准,以连续二进制脉冲频移键控信号的方式传输,传输速率为1200bps。另外,SM8220P支持FSK制式号码显示和姓名显示等多种功能;芯片内部包含电源掉电检测电路、振铃检测电路和载波检测电路;信号输入检测灵敏度高,电源工作电压较宽(3V～5.5V),是进行电话FSK信息解码通信的较好的集成芯片。FSK制式号码提取电路如图4所示。

其中的信号隔离电路主要由音频隔离变压器T1与五个电容SM_C9～ SM_C13组成,可有效地对接入的电话信号滤波与除杂。根据所选不同音频隔离变压器,五个电容的数值有少许差异。经滤波除杂后的信号传输到SM8220P的1、3引脚。SM8220P共有16个引脚,各引脚功能如表2所示。

3 系统软件设计

智能来电显示模块的系统软件设计主要是对主控芯片MC9S08JM60进行编程。FSK信号在第一次铃声与第二次铃声之间被传递到智能来电显示模块。FSK信号首先经过滤波电路进行滤波,随后被号码提取芯片SM8220P接收,转化为有效的ASCII码串行序列,然后发送到主控芯片MC9S08JM60进行具体的电话号码、呼叫日期和时间等信息的提取,最后通过USB口发送到PC机。

主控芯片MC9S08JM60对SM8220P输出的ASCII码串行序列的识别过程,包含接收和数据整合两部分。由于FSK信号的波特率为1200bps,发送的数据格式符合串口的接收标准,因此可以使用串口接收,MC9S08JM60具有两路串口,因此可以同时接收两路信号。FSK信号经滤波后发送给SM8220P,SM8220P 开始接收300个由0、1组成的频率为1200Hz的信道占用信号和180个“1”标志信号,紧接着接收日期、时间和主叫号码。每收1个数字,SM8220P 都把它变换成10位(1PXXXXXXX0)的串行序列,由8脚输出传送给主控芯片MC9S08JM60。图5给出了SM8220P主要引脚的时序图,CDET引脚默认为高电平,当且仅当有FSK载波信号输入时为低电平,因此可将其连接到单片机的中断引脚或普通I/O口,作为载波检测,当其为低电平时,串口才开始接收数据。

MC9S08JM60经过一系列的处理,整合出相应的主叫号码、呼叫日期和呼叫时间,完成对FSK信息的解码和接收。将接收到的信息保存到Flash内存中,然后根据事先检测到的USB口发送给PC机,实现主叫号码的发送。其中,由于MC9S08JM60本身具有USB转串口功能,即在PC端通过USB口模拟出一个串口,这样PC机只要对其检测到的模拟串口进行数据接收即可。MC9S08JM60对SM8220P传递来的数据可采用定时中断的方式,也可以采用查询的方式进行采集。MC9S08JM60对数据的接收和提取流程图如图6、图7所示。

4 模块抗干扰性分析

智能来电显示模块实现了电话网与PC机之间的信息传递,作为两者之间的桥梁,模块的抗干扰能力是首先需要解决的重点和难点,若不能很好地解决模块的抗干扰能力,将直接导致无法进行FSK解码或解码出错。系统的干扰源主要有以下几种:电话线传输距离远,容易受外界电磁干扰;电话线相对“大地”电阻很小,模块和PC机相连受PC机“接地”影响。为了提高模块的抗干扰能力,本文主要从软硬件两方面去解决干扰源引起的解码失效问题。对于电磁干扰,主要从软件编程上加以解决,即在检测振铃信号时,采用适当延时并多次采样的方法解决干扰问题。本文中CDET引脚作为信号接收标志接到单片机的中断引脚和普通I/O脚,当其为低电平时,采用多次采样的方法判断滤除杂波,避免错误地引起串口接收启动,导致解码失效,大大提高了模块的抗干扰能力。硬件电路方面,计算机系统“地”与“大地”直接相连,而电话线相对“大地”内阻很小,当电话线上出现FSK或振铃等交流信号时,信号被电容交流短路,这将导致不能正确解码或解码出错。经过大量的实验测试,发现采用音频隔离变压器将计算机系统“地”与电话线的内阻隔开,另外添加几个数值合理的电容进行滤波,可以很好地解决干扰问题。

5 结语

来电显示业务目前已经得到广泛的应用,用户迫切希望利用电话传递更多的信息。本模块基于电信网络技术规范,利用8位单片机控制FSK解码芯片,实现主叫电话号码识别与整合,将接收的来电号码通过USB口送往给PC 机,实现上位机的各种控制功能。本文提出的智能来电显示模块,采用音频隔离变压器将电话线与解码芯片隔离的方案,硬件上达到了有效的抗干扰作用;利用USB口模拟串口的方法达到PC机直接供电的作用,避免额外使用电源,提高了模块的实用性。软硬件上采用多种抗干扰措施,性能稳定,可靠性高,能方便地实现上下位机的通信,稳定地实现来电显示功能。

摘要：以飞思卡尔公司的MC9S08 JM60微控制器为基础,结合相关语音模块SM8220P,提出一种具有智能来电显示功能的设计方案。给出了详细的硬件和软件设计方法,实现了FSK制式信号的接收、除杂、号码的提取以及向PC机的发送。系统采用USB供电,可同时处理两路来电,现已做成产品应用于实践。