摘要：DMF5005N是日本東芝公司生產(chǎn)的點(diǎn)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(diǎn)。文中介紹了它的整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)控制器T6963C、行和列驅(qū)動(dòng)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。

　　LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。比CRT要好的多，但是價(jià)錢較其貴。生命周期設(shè)計(jì)（Life Cycle Design）又稱生態(tài)設(shè)計(jì)（Eco-Design）。它是從產(chǎn)品性能、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)可行性的角度，考慮產(chǎn)品開發(fā)全生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料的提取、產(chǎn)品的制造、包裝、銷售和使用、用后的回收與處置全過程）的污染預(yù)防要求，多級(jí)使用資源與能源，以降低產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)過程對(duì)環(huán)境的影響，使其與地球的承載能力相一致。

　　LCD投影機(jī)按內(nèi)部液晶板的片數(shù)可分為單片式和三片式兩種，現(xiàn)代液晶投影機(jī)大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影機(jī)是用紅、綠、藍(lán)三塊液晶板分別作為紅、綠、藍(lán)三色光的控制層。光源發(fā)射出來的白色光經(jīng)過鏡頭組后會(huì)聚到分色鏡組，紅色光首先被分離出來，投射到紅色液晶板上，液晶板“記錄”下的以透明度表示的圖像信息被投射生成了圖像中的紅色光信息。綠色光被投射到綠色液晶板上，形成圖像中的綠色光信息，同樣藍(lán)色光經(jīng)藍(lán)色液晶板后生成圖像中的藍(lán)色光信息，LCD投影機(jī)體積較小、重量較輕，制造工藝較簡(jiǎn)單，亮度和對(duì)比度較高，分辨率適中，現(xiàn)在LCD投影機(jī)占有的市場(chǎng)份額約占總體市場(chǎng)份額的70%以上，是目前市場(chǎng)上占有率、應(yīng)用廣泛的投影機(jī)。

　　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(gè)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(duì)顯示存儲(chǔ)器的讀寫操作；并可控制行、列驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)序電路、數(shù)據(jù)格式和顯示格式等。

　　●行驅(qū)動(dòng)電路

　　由行驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路

　　由三片列驅(qū)動(dòng)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(dòng)器電路提供LCD屏所需的各種偏置電壓。

　　●顯示存儲(chǔ)器

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

　　●液晶顯示屏（LCD）

　　液晶顯示器按照控制方式不同可分為被動(dòng)矩陣式LCD及主動(dòng)矩陣式LCD兩種

　　用于提供64行、240列的點(diǎn)陣顯示屏幕。

　　工作原理：我們很早就知道物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種型態(tài)。液體分子質(zhì)心的排列雖然不具有任何規(guī)律性，但是如果這些分子是長(zhǎng)形的（或扁形的），它們的分子指向就可能有規(guī)律性。于是我們就可將液態(tài)又細(xì)分為許多型態(tài)。分子方向沒有規(guī)律性的液體我們直接稱為液體，而分子具有方向性的液體則稱之為“液態(tài)晶體”，又簡(jiǎn)稱“液晶”。液晶產(chǎn)品其實(shí)對(duì)我們來說并不陌生，我們常見到的手機(jī)、計(jì)算器都是屬于液晶產(chǎn)品。液晶是在1888年，由奧地利植物學(xué)家Reinitzer發(fā)現(xiàn)的，是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。一般常用的液晶型態(tài)為向列型液晶，分子形狀為細(xì)長(zhǎng)棒形，長(zhǎng)寬約1nm～10nm，在不同電流電場(chǎng)作用下，液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)90度排列，產(chǎn)生透光度的差別，如此在電源ON/OFF下產(chǎn)生明暗的區(qū)別，依此原理控制每個(gè)像素，便可構(gòu)成所需圖像。

　　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(shí)序電路

　　T6963C的時(shí)序電路用于為芯片自身以及LCD行、列驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生各種所需時(shí)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(hào)，此信號(hào)經(jīng)時(shí)序控制器多次分頻后再產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào)。CDATA為行同步信號(hào)；LP為行驅(qū)動(dòng)器的移位時(shí)鐘脈沖，同時(shí)又是列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)鎖存脈沖信號(hào)，HSCP及LSCP分別是雙屏模式時(shí)的上屏和下屏的移位時(shí)鐘脈沖信號(hào)。T6963C的主時(shí)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(chǔ)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(duì)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(shí)，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(duì)選定數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行掃描，對(duì)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(dòng)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(dòng)還是雙屏驅(qū)動(dòng)來選定這三個(gè)引腳中的其中一個(gè)或兩個(gè)引腳。DMF5005N模塊采用單屏驅(qū)動(dòng)，因此選定ED引腳。

　　3 T6A40芯片的工作原理及功能

　　行驅(qū)動(dòng)器T6A40驅(qū)動(dòng)器芯片具有68個(gè)通道輸出（01～068），并有兩個(gè)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(duì)應(yīng)端子，即可保證驅(qū)動(dòng)器輸出的是LCD屏的行驅(qū)動(dòng)電平。

　　T6A40片內(nèi)有兩個(gè)34位雙向移位寄存器，串行數(shù)據(jù)可從DI01與/或DI02兩個(gè)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：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(shí)鐘極性控制電路的信號(hào)，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(hào)。移位時(shí)鐘的極性控制信號(hào)由控制器的移位時(shí)鐘脈沖SCP（控制器的LP信號(hào)）和觸發(fā)方式選擇端子TSW的邏輯電平來產(chǎn)生。兩個(gè)34位雙向移位寄存器產(chǎn)生的兩個(gè)34位并行數(shù)據(jù)將輸出到兩個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)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(hào)，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(hào)的輸入端（控制器的CDATA信號(hào)），而將DI01懸空。這樣，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流向?yàn)?68～01。因此模塊是240×64點(diǎn)陣液晶顯示屏，且只用到64行輸出，所以將065～068四個(gè)輸出懸空。

　　4 列驅(qū)動(dòng)電路T6A39的原理功能

　　利用列驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片都是80個(gè)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(gè)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(dòng)時(shí)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(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)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(hào)（電平）。

　　5 電源偏置電路

　　DMF5005N模塊電源采用雙電源方式：一個(gè)是VDD（+5伏）；另一個(gè)是VEE（-12伏）。為了得到LCD驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，該模塊在采用電阻分壓加上射極跟隨穩(wěn)壓時(shí)可得到VLC1～VLC5五個(gè)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(duì)應(yīng)的LCD各驅(qū)動(dòng)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(yùn)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(chǔ)器RAM、振蕩電路等都比較簡(jiǎn)單，而控制器、行和列驅(qū)動(dòng)器之間的連接可參考DMF5005N模塊的整機(jī)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(jì)制作了兩塊顯示模塊。經(jīng)測(cè)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(hào)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(jī)聯(lián)機(jī)運(yùn)行演示，各種顯示功能與DMF5005N完全一致。