等离子显示（精选三篇）
等离子显示 篇1
多年以来,NHK科学与技术研究实验室一直专心致力于超高清晰度(以下简称超高清)电视系统(UHDTV,NHK将其命名为Super Hi-Vision)的研究,其分辨力为7 680×4 320,是当前高清电视像素的16倍,如图1所示。该系统的分辨力是根据水平视角效果评估实验的结果来决定的。举一个实验中的例子,由于受一个投影在大屏幕上的广视角影像的影响,受测人员自身会被影像诱导产生身体倾斜(重心摇晃)的现象。根据这个实验,水平视角在20°左右效果就开始显现,在80°~100°时趋于饱和,最终得出的结果是,使临场感达到饱和状态的水平视角为100°左右[1]。
研究人员认为对于超高清等离子显示器(Plasma Display Panel,PDP),尺寸在70~150 in(1 in=2.54 cm)是比较合适的。由于目前已经开发出了85 in的超高清液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD),而PDP在尺寸方面更容易做大,最终研究人员将目标尺寸定在100~150 in。另外,对于更容易做得超轻超薄的有机发光二极管显示器(Organic Light-Emitting Diode,OLED)来讲,虽然大尺寸研发上取得了一些进展,但要实现超高清仍然还有很多难题需要攻破。
如图2所示,在100~150 in之间的超高清显示器的像素点距(以下简称点距)范围在0.29~0.43 mm之间,这对于PDP来说要实现起来是极为困难的[2]。因为显示单元微小,使荧光体发光的紫外线的发光效率也很低,会造成耗电量增加。并且电极的电阻与电感也会随着屏幕尺寸增大而增加,从而使面板内显示单元的电压波形不一致,使放电产生偏差。为了对显示单元的放电特性以及对面板内的放电偏差进行分析,研究人员进行了模拟实验并在放电理论和电路分析上进行了探讨和研究。本文主要是由这些理论所构成,并详细介绍了大尺寸超高清PDP的试制过程。
2 PDP的构造与特点
图3是一个典型的三电极表面放电型PDP构造图。在2块玻璃板之间形成了构成面板上像素的显示单元,各色的发光区域由障壁分隔开来。显示单元的电极由前面基板上形成的一对平行电极(扫描电极和维持电极)以及为了进行像素选择而在背面基板上形成的地址电极所构成。为了使显示单元平稳地放电,充入了总计约半个大气压的包含氖气(Ne)和氦气(He)之类的惰性稀有气体,其中还包含了约10%的氙气(Xe)用来产生紫外线。
PDP有3个显著的优点:一是色彩还原性和在动态画面上的响应速度(指显示图像所耗费的发光时间,越短越好)极好,优于LCD;二是由于是自发光显示,所以可视角度广且灰阶显示比较自然;三是面板构造简单,容易制作出大型的面板。使用脉冲型驱动方式(显示的图像会在短时间内消失的方式)的PDP的发光时间虽然相比同样采用脉冲型驱动方式的阴极射线管(Cathode Ray Tube,CRT)要长,但是远远短于采用Hold型驱动方式(显示的图像在被下一幅图像覆盖之前会一直维持的方式)的LCD。
由于目前还没有对超高清PDP动态画面响应进行评估,因此在这里拿普通高清PDP作为例子来介绍。次世代PDP开发中心(Advanced PDP Development Center Corporation,APDC)定义了“Full HD动态画面解像速度”,这是一个在Full HD分辨力(分辨力为1 920×1 080,因为扫描线数在650线以上都可以称为高清,为了进行区分所以加上Full)下能够确保正常显示的最大解像速度(物体在画面中横向移动而不留残像的最高移动速度)的评估方法,并公布了以这个定义为基准的结果,见表1。
例如当解像速度是1 200 pixel/s(像素/秒)时则代表横穿过画面花费了(1 920/1 200 s)=1.6 s。这意味着即便是对象物体在1 s间横向移动了2/3个屏幕的距离,仍然可以得到稳定无残像的图像。时间之所以这么短是由于采用了具有短光残留时间特性的荧光体[3]。普通的荧光体的光残留时间则根据不同制品之间的差异,速度在400~800 pixel/s之间。
3 微型超高清PDP的试制
3.1 高精细点距的探索
早在2006年6月,先锋发布了全球第一台50 in Ful HD PDP,型号PDP-5000EX,点距为0.59 mm。2007年9月松下发布了全球第一台42 in Full HD PDP,型号TH-42PZ700E,点距为0.48 mm。
而要实现100 in的超高清显示,点距需要达到0.3 mm这样的超高精细程度,如前文所述难度是相当高的。研究人员从电子与离子的移动、因电子撞击而使受激原子(因为放电之类得到能量进入激发态的原子,恢复到基态时会放出紫外线)产生、用来分析紫外线发射的放电模拟技术[4]以及用于分析吸收激光而产生能够发射紫外线的受激原子的等离子诊断技术[5]等方面入手,对受激原子的生成效率、在单元壁面上的损失以及升高气压对紫外线发光的影响这几个方面进行了研究,得出以下几个帮助高精细化与高效率化的观点[6]:
1)由于放电单元变小会导致放电单元壁面受激原子损失变大,如果将充气压力提高到接近大气压程度的话,就能够减小这种损失。
2)放电单元变小会使放电电压上升,但同时与发射紫外线有关的受激原子密度也会上升,受激原子的生成效率几乎可以和以前的单元等效。
就这样,用理论与实验相结合的方式解开了微型单元内部放电发光的规律后,确认有超高精细化成功的可能性之后才开始进行实际试制。
3.2 点距0.3 mm小型实验面板的试制
在点距0.3 mm面板的试制过程中,研究人员对于比较难以形成的障壁使用了屏幕印刷法(孔板印刷的一种,在板上开孔,然后在其中注墨进行印刷的方式)来生成。在探讨了包括印刷膏与印刷条件在内的各种因素之后,成功试制出了约1 in的小型面板[7]。为了涂布荧光体的微细单元,也基于荧光体微小粒子膏化后分散性的考虑。往试制面板中冲入Ne与Xe的混合气体,气压高达93 k Pa。不但对红、绿、蓝三色的单元同时施以15 k Hz的重复脉冲使其发光产生白光,还因为气体中混入了15%的Xe使得面板亮度高达约1 200 cd/m2,该面板于2005年公开展示,如图4所示。在2005年,当时市面上在售的50 in PDP的点距为0.9 mm左右,而超高精细化的试制面板像素面积仅为其1/9。点距0.3 mm的小型面板的试制成功是现在研究大尺寸超高清PDP的第一步。
紧接着2006年成功试制了6.5 in的0.3 mm点距面板[8]。在这之后,在6.5 in的面板上进行了电极形状改良、障壁高度的优化、发光面的均匀化使得发光效率提高了近1.5倍,这一成果也在2007年进行了公开展示。
4 大尺寸PDP的试制
4.1 大尺寸PDP的动向
松下在2006年1月举行的CES国际消费电子展中展示了世界上最大的103 in Full HD PDP。夏普在2007年CES上展示了108 in的LCD,创造了全球平板显示设备(Flat Panel Display,FPD)的最大尺寸记录。松下随后又在2008年CES上展示的152 in的PDP则是又刷新了最大尺寸的记录。
这样的大尺寸是由一枚大型玻璃上切割出大量小型玻璃达成的,是一种追求产能以及降低成本的方法。也就是说,用一块能够制作4块50 in面板的玻璃基板来作为103 in面板的玻璃基板,用能制作9块50 in面板的玻璃基板作为152 in面板的玻璃基板来实现大尺寸面板。152 in大约有1.8 m高,几乎可以显示一个人等身大的画面,未来可以用在公众场所。
4.2 面板放电模拟分析
对于高精细度的大型面板来说,面板内部的电压波形会因为单元之间的差异性而在放电时产生离散性。图5表示了面板内部由于单元位置不同而出现的电压与电流波形的差异。
以往通用电路模拟分析的基本方式是将每一个放电单元近似的看作1个电阻,假设这个电阻的电导率随时间变化来分析这个单元的构造以及电源条件。但图5所示的模拟分析方式,则是为了探明其放电机理,运用了单元放电模拟与电路模拟相结合的动态分析。
4.3 58 in PDP(点距0.33 mm,2 160线)的试制
通过进行放电模拟分析,得出了点距0.33 mm的58 in面板的特性。图6即是充入气体中Xe的比例(横轴)与发光效率(左纵轴)以及亮度离散性(右纵轴)之间的关系。随着Xe比例的增加,发光效率增加,亮度离散性也随之增加。根据图6,亮度离散性小发光效率又高的区域,也就是处在图6中“既明亮且亮度显示又均匀”区域的Xe混合比例是非常合适的。
4.4 103 in PDP(点距0.591 mm,2 160线)的试制
研究发现,如果沿用现有的50 in高清面板的单元构造与电极构造等参数,对于2 160线扫描线的100 in面板(面积是50 in面板的4倍)来说面板内电压与电流波形的离散性都会增大,显然亮度显示就不均匀了。电极的电阻与电感之类需要进一步减小,才能够满足大型、高精细化指针的设计要求。经过分析表明,更改电极构造,并且增大电极的宽度,同样可以使放电的离散性达到与50 in面板相同到几乎没有影响的程度。电极的宽度增大后,虽然电压波形等的离散性会减小,但单元内发出的光会因为电极的遮挡而变暗。另一方面,电极加厚同样能够减小电感值,制作工艺中却有着无法随意变更电极厚度这一制约。因此需要对以上因素进行综合考虑判断才能够更加高效地开发面板。
5 制作大尺寸超高清PDP所面临的课题
5.1 用于多像素面板的驱动技术
前面所述的2种2 160线的PDP都已经试制成功,但这仅仅只是实现了一个中期目标,最终目标是实现100~150 in 4 320线的PDP。本章主要是对超高精细点距和大尺寸面板驱动技术相关内容进行说明。
首先要说明的是PDP的驱动方式。PDP的灰阶表示并非是控制发光强度而是控制脉冲放电的发光回数。因此,普通的高清PDP广泛采用的是如图7a所示的基于子场(SF)驱动的寻址与显示分离(Address Display Separation,ADS)驱动。这种方法是将画面的一个场周期分割为多个子场周期,同时,在分割出来的子场周期中,将沿着画面的垂直方向逐线进行像素寻址的周期与用于灰度显示的周期分离。例如,将1个场周期分割为8个子场周期后,就能根据2的阶乘得到灰度值为1,2,4,8,16,32,64,128的发光周期,再根据时间对人眼的积分效应就能得到256级灰度显示。
对于扫描线是普通高清4倍的超高清而言,电极寻址花费的时间同样也是4倍,造成驱动过程会超过包含了显示周期在内的1个子场周期的时间,从而无法达到与普通高清相同的扫描速度。另一方面,提高扫描速度的话也会因为每条扫描线上的寻址时间变短而引起地址放电不稳定。基于这种情况,研究人员开发出在一部分的子场周期上使用在复数扫描线上进行同时扫描的方式(多线同时扫描方式)[9]。例如图7b所示,在SF1~SF3上进行双线同时扫描(实线斜线),子场周期4以上使用逐线扫描的方式(虚线斜线)。多扫描线同时进行扫描虽然会使画面的垂直分辨力变低,但研究人员也在多线扫描子场周期的选择方法和像素值的决定方法上下了一番工夫,结果就是在仍然能够维持一定程度的画质基础上,将整体的寻址时间缩短了25%[10]。
这种驱动技术与数据压缩技术一样,在尽量避免画质下降的同时,尽可能地减少寻址时间。这样节省出的时间就可以并入用来显示画面的时间中,同时能够借此提高亮度与刷新率,从而提高画质,降低耗电量。
5.2 大尺寸、超高清面板的制作
如果能够将4块点距0.33 mm的58 in面板(2 160线)拼接成一块整体面板的话,就成了116 in的超高清面板。但是,点距0.33 mm、100 in级大型面板制作工艺的开发仍是今后的课题。如同以往的试制、开发一样,仍需要使用放电理论以及放电模拟等辅助工具,探索其开发方针。而且,对于面板的试制来说,也并非是仅需改进现有的制作工艺那么简单,而是可能需要重新开发新的适合超高精度与大尺寸的制作工艺,并且还需要提高面板制作成品率。今后模拟与开发制造的紧密结合对于研发来说是十分重要的。
5.3 超高清电视系统的应用
如果具有高临场感的超高清电视系统能够在大众群体中得到广泛应用的话,那么图8所示的内容就是非常令人期待了。即便是在视频会议中也能具有真正面对面的氛围,在旅游节目中也感觉到像是在实地旅游一般,医疗机构也期待着远程医疗能够借助于超高清电视显示更加清晰的影像。
某医疗单位曾在一起手术中实际测试使用了超高清系统,其采用超高清摄像机对兔子的肝脏手术进行全程拍摄,并使用103 in和58 in 2 160线的PDP来进行评估实验,内脏组织的微小变化在PDP上被清晰地反应出来[11]。
6 结语
虽然PDP要实现高精细点距相当困难,但目前成功试制出众多产品也证明了超高清显示是能够在100 in的PDP上实现的。笔者期待着未来超高清电视能够提供给主刀医生以及手术组成员更加准确的判断依据,而且如果能有更多的医生能够对手术的整体情况进行观察,那么手术的安全性也能得到相应的提高。另外如果有着超高清的病例诊断录像,会对超高清电视系统的发展以及医学的进步有很大贡献。
摘要：超高清晰度电视系统的像素是目前普通高清的16倍,是一种典型的大尺寸屏幕显示技术。相对于LCD以及OLED显示器而言,PDP更容易将尺寸做大。给出了等离子显示器的构造与特点,讨论了微型超高清PDP和大尺寸PDP的试制过程,最后介绍了制作大尺寸超高清PDP面临的问题以及应用前景。
关键词：超高清晰度,等离子显示器,大尺寸屏幕
参考文献
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[3]川原功,笠原光弘.PDPの超高画質化技術.高効率化技術[J].パナソニック技報,2011,56(4):260-264.
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[6]村上由紀夫,石井啓二,平野芳邦.スーパーハイビジョンに向けた超高精細プラズマディスプレイの開発[J].NHK技研R&D,2007,103:4-13.
[7]村上由紀夫.スーパーハイビジョンに向けた超高精細PDPの開発[J].月刊ディスプレイ,2005,11(11):11-17.
[8]ISHII K,HIRANO Y,MURAKAMI Y,et al.Development of0.3mm pixel pitch high-resolution AC-PDP for super hi-vision broadcast ing system[C]//Proc.the26th International Display Research Confer ence.Ohio:[s.n.],2006:199-202.
[9]薄井武順,石井啓二,平野芳邦.主観評価によるマルチライン同時走査を用いたPDPの画質[C]//Proc.電子情報通信学会技術研究報告,2009:53-56.
[10]薄井武順,石井啓二,平野芳邦.PDPのマルチライン同時走査駆動法における画素値決定法に関する検討[C]//Proc.映像情報メディア学会冬季大会講演予稿集.[S.l.]:映像情報メディア学会,2010.
等离子显示 篇2
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
试剂: NH4F(96%),BaCO3(分析纯),Al(OH)3(99%),MnCO3(99%),H3BO3(99.5%),BaF2(99%)。仪器:日立F4500型荧光光度计。
1.2 实验方法
按化学摩尔比精确称量NH4F,BaCO3,Al(OH)3,Mn CO3,H3BO3和BaF2于玛瑙研钵中,研磨45～60min使颗粒细小均匀以利于烧结,然后装入刚玉坩埚于600℃下预烧3h,冷却至室温,取出样品;然后将样品放入还原气氛的电阻炉中高温烧结一定时间,冷却至室温,取出样品;刮去样品表层黑色污物,然后轻轻研磨,使样品过200目筛,筛下的粉体即为所制得的荧光粉;最后用日立F4500型荧光光度计测定粉体的发光强度。
2 结果分析
2.1 还原气氛对荧光粉发光性能的影响
还原气氛对固相反应有很重要的影响,它可以通过改变固体吸附特性而影响表面反应活性,也可以直接影响晶体表面缺陷的浓度和扩散机构与速度。
1#和2#配方相同,3#和4#配方相同。1#和3#是在N2、H2(H2=10%)还原气氛下烧制的粉体,2#和4#是在碳粉还原气氛下烧制的粉体。从表1可以看出,N2、H2(H2=10%)还原气氛下烧制的样品的发光强度比其在碳粉还原气氛下烧制的样品要大,所以此后粉体都是在N2、H2(H2=10%)还原气氛下制备。
2.2 Mn掺杂量对荧光粉发光性能的影响
以Mn2+为发光中心的BaAl12O19:Mn荧光粉,Mn掺杂量对荧光粉的发光强度至关重要。由图1可知,随着Mn2+掺入量的增加,Mn2+发射峰强度增加。当Mn2+摩尔比为0.14时,Mn2+发射峰的强度最大,发光强度为521.7cd。而当Mn2+掺入摩尔比>0.14时,Mn2+发射峰的强度反而下降,其原因与BaAl12O19的结构有关。Mn2+的发光与Mn2+所处晶体场有关:当其处于八面体场中时发红光,处于四面体场中时发绿光。Mn2+在此只发绿光,由此可以推测Mn2+处于四面体场中[1]。BaAl12O19是六方晶系的磁铅矿结构,掺锰之后结构发生畸变,在畸变的磁铅矿镜面上的一小部分阳离子Ba2+的位置被周围的O2-所取代,而使得周围O2-和Al3+发生位置重排,结果使原来被5个O2-包围的Al3+变为处于4个O2-组成的四面体中心。生成的这个四面体的中心位置离镜面上的大阳离子的距离很近,它们之间可以发生能量传递,Mn2+最可能处于这个四面体的中心。当Mn2+掺入摩尔数>0.14时,Mn2+不再进入这个四面体的中心,而进入别的位置,这样能量发生传递猝灭,导致了Mn2+的发光强度反而降低。
2.3 烧结温度对荧光粉发光性能的影响
在固相反应中,固体粒子小,容易移动,明显区别于气体和液体的反应。提高温度有利于反应物粒子的迁移,促进反应的进行。但是单纯提高温度不仅浪费水、电等资源,而且还会促使二次结晶使制品性能恶化。在BaAl12O19:Mn粉体的高温烧结过程中,一般会以BaAl2O4、BaA112O19和Al2O3 3种晶相同时存在,发绿光的晶相是BaAl12O19[2]。在本实验中,随着温度的升高,粉体容易结块,结晶颗粒过大,会导致其发光性能降低。所以,在实验中设定了不同的烧结温度来研究粉体的发光性能。由图2可知,当烧结温度在1200～1300℃时,随着温度的升高,粉体的发光强度会缓慢减小;当烧结温度>1300℃时,随着温度的升高,荧光粉的发光强度急剧增加;当烧结温度为1350℃时,粉体的发光强度最大为710.6cd;当烧结温度>1350℃时,发光强度反而急剧下降;当烧结温度>1450℃时,发光强度下降趋势减慢。这说明烧结温度为1350℃时,粉体的晶相以BaA112O19为主,其它两杂相较少,同时也说明了在其他烧结温度时,两杂相比烧结温度为1350℃时的两杂相多。
2.4 焙烧保温时间对荧光粉发光性能的影响
据文献[3]报道,粉体的主晶相与焙烧保温时间有关,并且根据高温固相反应的原理可知,延长一定的高温焙烧时间有利于粉体结晶完全。所以在本实验中,采取前期最佳烧结温度,即1350℃时,设定不同的焙烧保温时间来研究焙烧保温时间对荧光粉发光性能的影响,结果见图3。
由图3可知,焙烧保温时间为3.5h时,样品的发光强度最大;2h和2.5h的样品发光强度相当;当焙烧保温时间为4h时,样品的发光强度反而会下降。这是因为,焙烧保温时间为3.5h时,固相反应最完全,生成的晶相以BaA112O19为主,并且比其它两杂相的含量要多。由烧结机理可知,在高温阶段以体积扩散为主,体积扩散的速度和时间决定了固相反应生成的BaA112O19晶相的相对含量,所以随着保温焙烧时间的增长,生成的BaA112O19晶相的相对含量越高,样品的发光强度越大;但是当保温时间>3.5h时,粉体结块,发光强度下降。
3 结 论
采用高温固相法成功制备了PDP用绿色荧光粉BaAl12O19:Mn,同时认为:
(1)在N2、H2(H2=10%)还原气氛下烧制的样品发光强度比其在碳粉还原气氛下要大。
(2)当Mn2+掺入比例为0.14(mol/mol)时,样品的发光强度最大为521.7cd,此时Mn2+进入四面体中心的相对含量最多。
(3)焙烧温度决定着BaAl2O4、BaA112O19和a-Al2O3 3种晶相的相对含量,发绿光的晶相是BaA112O19。实验表明,焙烧温度为1350℃时,样品的发光强度最大为710.6cd,说明焙烧温度为1350℃时,粉体的晶相以BaA112O19为主,其它两杂相较少。
(4)焙烧保温时间为3.5h时,样品的发光强度最大为754.8cd,说明烧制的粉体结晶较其它焙烧时间要完全。
参考文献
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[2]景晓燕,郑传伟,王君,张密林.化学共沉淀制备PDP荧光粉BaAl12O19:Mn研究[J].哈尔滨工程大学学报,2003,(2):231.
等离子显示 篇3
关键词：G121C,C8051F020,SED1335,图文混合显示
1 引 言
随着微电子技术的飞速发展,现代的测量仪器、仪表都向智能化、微型化、低功耗化方向发展,对此,用液晶显示器模块(LCM)来显示系统信息及其动态变化波形。他可实现边采集边显示,动态实时显示的功能。实现了信号记录设备的智能化、微型化、低功耗化。
为方便地研究等离子体激发过程的优化及控制,设计了一个等离子体激励源的液晶显示控制系统,给出了系统整体结构和主要部分的具体实现过程。通过本系统,可以直观明了地观察等离子体激发长度随激发频率和馈入功率的变化过程,并实时显示激发系统的频率、功率、反射系数和驻波比等重要信息。
2 系统硬件简介
2.1 液晶显示模块
G121C[1]是一款128×128点阵,STN灰模自带白色EL背光,自带液晶显示控制器的液晶显示模块。G121C内部主要由128×128全点阵液晶显示屏、SED1335[2]液晶控制器、行列驱动器、电压产生控制单元显示RAM和EL背光片组成,其内部组成如图1所示。
G121C内部的液晶显示控制器液晶显示模块的核心部分,在此主要介绍液晶显示控制器SED1335的特点及其功能:其特点有:具有较强功能I/O缓冲器;指令功能丰富;4位数据并行发送,最大驱动能力为640×256点阵。
2.2 单片机
C8051F020 l[3]是完全集成的混合信号系统级(SoC)芯片,具有与8051兼容的微控制器内核,与MCS-51指令完全兼容,主要有以下一些特征:
高速流水线结构的8051兼容的CIP-51 内核可达25 MIPS;真正12 位100 ksps 的8 通道ADC 带PGA和模拟多路开关;两个12 位DAC 可编程更新时序;全速非侵入式的在系统调试接口片内;64 kB可在系统编程的FLASH存储器;4 096+256=4 352 B片内RAM;可寻址64 kB地址空间的外部数据存储器接口。
C8051F020内部集成了数据采集系统中所需要A/D、D/A转换器,UART、I2C、SPI通信接口,温度测量器等部件。选用C8051F020可以提高数据采集系统的集成度、可靠性并控制整体成本。
3 SED1335内部结构
SED1335由接口部、控制部、驱动部3部分硬件组成[2]:
3.1 接口部
SED1335接口部分由指令输入缓冲器、数据输入缓冲器、数据输出缓冲存器组成,可随时接收MCU的访问,并按内部时序及时地将MCU发来的指令和数据传输就位。接口部设置了两种MCU时序,可分别适配8080系列和M6800系列的MCU。
3.2 控制部
SED1335控制部是SED1335的核心。他由振荡器,功能逻辑电路,显示RAM管理电路,字符库管理电路以及产生驱动时序的时序发生器组成,振荡器可工作在1～10 MHz范围内。SED1335能在很高的工作台频率下迅速地解译MCU发来的指令代码,将参数置入相应的寄存器内,并触发相应的逻辑功能电路运行。控制部可以管理64 kB显示RAM,管理内藏的字符发生器及外扩的字符发生器CGRAM或EXCGROM。
3.3 驱动部
SED1335驱动部具有各显示区的合成显示能力,传输数据的组织功能及产生液晶显示模块所需要的时序。SED1330向液晶显示模块传输数据的方式为 4位并行方式。
4 SED1335显示特性
4.1 文本显示特性
具有此特性[2]的显示,RAM区专用于文本方式显示,在该显示RAM区中每个字节的数据都认为是字符代码。SED1335将使用该字符确定字符库中字符首地址,然后将相应的字模数据传送到液晶显示模块上。文本显示RAM的一个字节对应显示屏上的8×8点阵。
4.2 图形显示特性
具有此特性的显示RAM区专用于图形方式显示。在该显示RAM区中每个字节的数据直接被送到液晶显示模块上,每个位的电平状态决定显示屏上一个点的显示状态,“1”为显示,“0”为不显示。所以图形显示RAM的一个字节对应显示屏的8×1点阵。SED1335中专有一组寄存器来管理这两种特性的显示区,SED1335可以单独显示一个显示特性区,也可以两个特性的显示区通过某种逻辑关系合成显示。这些显示方式及特征的设置都是通过软件指令设置实现的。
4.3 字符发生器
SED1335管理内藏字符发生器CGRAM,在此字符发生器内固化了160种5×7点阵字符的字模。SED1335还能外扩字符发生器,这种外扩字符发生器可用RAM 区开辟的CGRAM,也可用EPROM固化字库来取代SED1335内部字符发生器。由于SED1335仅能8位字符代码,所以一次最多只能显示及建立足点256种字符。在SED1335的字符表中给出了内部字符和外扩字符发生器内的全部内容,同时给出了外扩字符发生器的字符代码范围:80H～9FH和E0H～FFH共64种。
根据以上所介绍的显示特性,我们可以进行文本、图形单独显示和文本、图形混合显示,并根据的需求,实现不同的复杂显示功能。
5 SED1335指令集
SED1335有13条指令[2],如表1所示。多数指令带有参数,参数值由用户根据所控制的液晶显示模块的特征和显示的需要来设置。
MCU把指令代码写入指令输入缓冲器内(即A0=1),指令的参数则随后通过数据输入缓冲器(即A0=0)写入。带有参数指令代码的作用之一就是选通相应参数的寄存器,任一条指令的执行(除SLEEP IN,CSRDIR ,CSRR 和MREAD外)都产生在附属参数的输入完成之后。当写入一条新的指令性时,SED1335将在旧的指令性参数组运行完成后等待新的参数的到来。MCU可用写入新的指令的方式来结束上一条指令参数的写入,此时已写入的新参数与余下的旧参数有效期地组合成新的参数组,需要注意的是,虽然参数可以不必全部写入,但所写的参数顺序不能改变,也不能省略。
6 硬件电路
G121C与C8051F020的连接采用间接控制方式[4],如图2所示。
图2中JP1 ADP05V24是电压升压器,5 V输入,24 V输出,通过调节可调电阻器R3,其输出用以实现液晶显示器显示对比度的调节;JP2为G121C外部接口,实现与C8051F020及其他控制部件的连接;JP3为一自制电压逆变器,可产生一交流电压输出,用于驱动G121C自带的EL背光片;LCMSingals为C8051F020控制G121C的控制线,可与任意一个I/O端口的5个引脚连接;DATA[0..7]为C8051F020与G121C数据交换的数据线,选用C8051F020的P3口。
在进行MCU与G121C的连接时应注意以下几点:MCU和G121C接口之间的电压匹配;G121C复位电路的设计;G121C对比度电路的设计;G121C负压和背光驱动电压电路的设计。
由于G121C接口的标准驱动电压为5 V而C8051F020并口的标准输出电压为3 V,因此,应将C8051F020并口的输出方式设置为漏极输出[3],并在MCU并口与G121C连接处加上上拉电阻以提升MCU的输出电压驱动能力,上拉电阻的阻值为10 kΩ。
G121C的复位信号的电平为低电平有效,而且复位信号在低电平停留时间要大于200 μs,为了方便控制,对复位信号的时间控制放在软件中实现。复位电路将SED1335内部电路复位,重新启动工作要重新执行程序的SYSTEM SET指令。
7 软件设计
数据采集系统设计要求能在液晶模块上实时显示频率、功率等一些关键参数和动态实时显示变化波形。对此,根据SED1335控制器的特点,我们采用文本和图形异或混合显示的方式。在文本区显示相关的参数,图形区进行波形的动态实时显示。
SED1335控制采用间接控制的方式,系统上电后首先初始化SED1335,然后进行一列显示工作,液晶显示程序流程图如图3所示,SED1335初始化程序流程如图4所示。
对于汉字和数字的显示比较简单,用专用的软件将所需汉字的字模提取出来,然后在SED1335存储区建立字库,在需要时只需调用相应的字模代码即可。一个字模代码代表8×8的点阵,字库中的第一个字模代码为80H,依次加1。汉字字模为16×16的点阵,以文本方式显示,这样一个汉字有4个代码,根据个人爱好编写相应的字模写入顺序,在此的写入顺序为上-下-左-右。
在编写软件的过程中,将重点放在频率、功率等波形动态显示上。SED1335的指令丰富,功能强大,而且有64 kB的存储器。因此,通过合理组合相应的指令即可轻松实现波形的实时滚动显示。由于波形起伏比较大,在进行相应的画线时,不能简单地只进行描点,应将两点之间的显示存储区添“1”,这样就可以实现大起伏波形的逼真显示。在进行波形平滑滚动时,组合SCROLL和CSRW指令进行不断的操作,本程序将图形显示区在1000H～B000H之间的存储区进行循环滚动。中间加入相应的清零程序,在此设置为在滚过128×16的存储区时进行一次清零,因此在循环区的两端应分别留出一个128×16的存储区域。
程序采用C51[5]编写,模块化设计,实现了显示程序的方便调用。对于C8051F020对G121C控制的低层程序,根据系统硬件连线的不同可以灵活改变。
系统中液晶显示所用到的控制子程序列举如下:
以上程序经测试,运行可靠,可以作为显示程序设计的参考。
8 结 语
在实际测试中程序运行顺利,汉字、波形的显示和平滑滚动达到预期的要求。该单片机液晶显示模块系统在等离子体激励源中得到了良好的应用,也可以满足工业控制、监控和智能仪表等系统对图形界面显示的要求,有着良好的应用前景。
参考文献
[1]Seiko Instruments Inc.Liquid Crystal Display ModuleG121C00P00C/G121CB1P00C User′s Manual.2001.
[2]Seiko Epson Corporation.SED1335 Series LCD ControllerICs Technical Manual.2001.
[3]潘琢金,施国君.C8051Fxxx高速SoC单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[4]李宏,张家田.液晶显示器件应用技术[M].北京:机械工业出版社,2004.
[5]徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51 Windows环境编程与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
[6]李维諟,郭强.液晶显示应用技术[M].北京:电子工业出版社,2000.
