《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于MCU的新型改善液晶屏極化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
摘要: 文章介紹了一種新型的改善液晶屏極化驅(qū)動(dòng)電路,,利用MCU 搭建來控制液晶分子正負(fù)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間,。該電路通過控制POL 信號(hào),使得每隔28s 的時(shí)間將POL 信號(hào)做一次反向輸出,,從而使液晶屏不易發(fā)生極化現(xiàn)象,。
Abstract:
Key words :

引言

一些面板由于設(shè)計(jì)和工藝等原因,存在著液晶分子特性易遭破壞等問題,,所以在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)液晶面板的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)需要增加特殊的功能電路,,來實(shí)現(xiàn)液晶分子偏轉(zhuǎn)方向的控制。本文介紹了一種控制液晶顯示器像素電壓的極性變換的方法,,克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于極性變換信號(hào)的單一極性變換規(guī)律使得液晶分子的特性容易遭到破壞的問題,。

1 系統(tǒng)總體框圖

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本單元由時(shí)序控制器(T- CON)、微控制單元(MCU),、極性保護(hù)電路,、液晶面板構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1 所示,。時(shí)序控制器是驅(qū)動(dòng)液晶面板的核心器件,,它的主要功能是為TFT- LCD 面板中的柵極驅(qū)動(dòng)器和源極驅(qū)動(dòng)器提供必要的時(shí)序控制信號(hào)。它將接收前端送過來的LVDS(Low Voltage Differential Signaling,低壓差分信號(hào))信號(hào)轉(zhuǎn)化為MINI- LVDS 信號(hào),,通過輸出相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)液晶面板,使每一個(gè)像素點(diǎn)顯示對(duì)應(yīng)的像素電壓,。微控制器在本系統(tǒng)中起到計(jì)數(shù)控制作用,,它通過計(jì)數(shù)T- CON 送過來的相應(yīng)的控制信號(hào),來實(shí)現(xiàn)POL 翻轉(zhuǎn)信號(hào)翻轉(zhuǎn)的時(shí)序控制,。極性保護(hù)電路在本設(shè)計(jì)中的主要功能是考慮到如果MCU 不正常工作而導(dǎo)致POL 翻轉(zhuǎn)信號(hào)不正常輸出給液晶面板的情況下,,通過控制STV 信號(hào)而使驅(qū)動(dòng)液晶面板的信號(hào)沒有輸出,以達(dá)到防止屏在很短的時(shí)間內(nèi)極化的作用,。系統(tǒng)中還包括電源管理芯片,,其主要作用是給T- CON、MCU 和保護(hù)電路提供正常工作所需的電源電壓,,電源管理單元使用的芯片是DC/DC 芯片和LDO(Low Dropout Regulator,低壓差線性穩(wěn)壓器) 轉(zhuǎn)換,,DC/DC 芯片將輸入的12V 電壓經(jīng)過BUCK 電路(降壓式變換電路)轉(zhuǎn)換成3.3V,LDO 將3.3V 電壓線性轉(zhuǎn)換為1.8V電壓。

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2 整體設(shè)計(jì)

2.1 時(shí)序控制器及輸出波形介紹

時(shí)序控制器輸出的四個(gè)主要控制信號(hào)分別為STV,、CPV,、TP、POL 信號(hào),,如圖2 所示,。STV 信號(hào)是一幀圖像的起始信號(hào);CPV 信號(hào)是T- CON 輸出給柵極驅(qū)動(dòng)器的時(shí)鐘信號(hào),,通過移位寄存器后依序輸出給每一行的薄膜晶體管(thin filmtransistor,TFT),, 來控制TFT 的開啟與關(guān)閉,;TP信號(hào)為T- CON 輸出給源極驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)源行鎖存信號(hào),當(dāng)某一行的TFT 開啟時(shí),,源極驅(qū)動(dòng)器將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出給TFT的源極端,,TP 上升沿鎖存數(shù)據(jù),下降沿輸出數(shù)據(jù),;POL 信號(hào)為控制像素電壓的極性翻轉(zhuǎn)信號(hào),,本設(shè)計(jì)采用的是Z INVERSION 的極性反轉(zhuǎn)方式,由于特殊的面板架構(gòu)(即相鄰兩列相同極性的像素點(diǎn)都是連在一起的),,使它的極性反轉(zhuǎn)頻率等于幀頻,,這樣可以大大降低POL 信號(hào)的頻率,同時(shí)也相應(yīng)地降低了源極驅(qū)動(dòng)器的功耗和溫度,。在一幀圖像到來之前,,POL 信號(hào)會(huì)根據(jù)已經(jīng)設(shè)定的極性翻轉(zhuǎn)方式來控制這一幀圖像像素電壓的極性。以60Hz 1,366×768 分辨率的液晶面板為例,, 圖2 是這幾個(gè)控制信號(hào)的時(shí)序關(guān)系圖,,由圖中可以看出,POL 翻轉(zhuǎn)信號(hào)發(fā)生在上一幀的BLANK 區(qū)域(無效數(shù)據(jù)區(qū)域),,在下一幀的STV 來臨之前已經(jīng)翻轉(zhuǎn)完畢,,距離STV 上升沿有23.6μs 的時(shí)間,也就是說某一幀的像素電壓的極性在這一幀起始的時(shí)候已經(jīng)設(shè)定好了,。在這一幀圖像要傳輸數(shù)據(jù)時(shí),,首先STV 信號(hào)來一個(gè)脈沖寬度為21μs 的高電平, 后延遲4.8μs的時(shí)間CPV 開始動(dòng)作,,將第一行的所有TFT 打開,,再延遲4.4μs 的時(shí)間第一個(gè)TP 開始動(dòng)作,TP 上升沿將數(shù)據(jù)鎖存,,TP 高電平的時(shí)間為2μs,在下降沿的時(shí)刻將第一行的數(shù)據(jù)輸出給TFT 的源極端來顯示第一行的數(shù)據(jù),。依照此時(shí)序關(guān)系,待這一幀數(shù)據(jù)全部顯示完需要768 個(gè)TP信號(hào),,60Hz 面板前端設(shè)定的TP 數(shù)為789 個(gè),,從769 到789 個(gè)TP 這段時(shí)間為BLANK 區(qū)域,該時(shí)間里的TP 都為無效的TP,也就是說這段時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)DATA 送入,。

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2.2 MCU 及反轉(zhuǎn)機(jī)制

本設(shè)計(jì)中采用8 位C- MOS 閃存單片機(jī),,該單片機(jī)有5 個(gè)I/O 口, 分別為GP0,、GP1,、GP2、GP4,、GP5,以及一個(gè)僅用作輸入用的接口GP3,通過單片機(jī)編程可以實(shí)現(xiàn)POL 信號(hào)的翻轉(zhuǎn),。

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MCU 管腳定義分別為1- VDD,、2- TP、3- POL_IN,、4- STV,、5- 默認(rèn)低電平、6- POL_OUT,、7- 28s 翻轉(zhuǎn)觸發(fā)電平,、8- VSS, 信號(hào)輸入端分別接一個(gè)100Ω 的電阻作為MCU I/O 口的保護(hù)電阻。

T- CON 送出來的TP,、POL_IN,、STV 信號(hào)作為輸入信號(hào),分別輸入到MCU 的2,、3,、4 引腳作為計(jì)數(shù)信號(hào),當(dāng)MCU 正常工作時(shí)設(shè)定5 腳輸出為低電平,,6 腳是經(jīng)過反轉(zhuǎn)后的POL 輸出信號(hào),。為了在每隔28s 的時(shí)間內(nèi)能夠觸發(fā)到POL 翻轉(zhuǎn)信號(hào),所以設(shè)定一個(gè)觸發(fā)電平,,當(dāng)28s 反轉(zhuǎn)的時(shí)刻,,該電平會(huì)發(fā)生由高到底或由低到高的電平翻轉(zhuǎn),易于觸發(fā),。實(shí)現(xiàn)28s 翻轉(zhuǎn)的機(jī)制是通過MCU 計(jì)數(shù)STV 和TP 個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的,,以60Hz 來說,1s 是60幀圖面,,一幀圖像有一個(gè)STV,所以28s 的時(shí)間有28×60=1,680 個(gè)STV 信號(hào),計(jì)數(shù)的機(jī)制就是通過MCU 計(jì)數(shù)1,679 個(gè)STV 后,,然后計(jì)數(shù)780 個(gè)TP 后將POL 翻轉(zhuǎn),。由于MCU 的指令周期,所以需要限定POL 反轉(zhuǎn)結(jié)束的時(shí)刻要落在當(dāng)前圖像幀有效的數(shù)據(jù)源行鎖存信號(hào)結(jié)束之后,,以及下一圖像幀的起始信號(hào)之前,。

如圖4 所示,1 為觸發(fā)電平,,2 為POL 翻轉(zhuǎn)后的信號(hào),,3 為STV 信號(hào),4 為TP 信號(hào),,從圖中可以看出,,POL 翻轉(zhuǎn)脈沖結(jié)束時(shí)刻確實(shí)發(fā)生在下一幀的STV 信號(hào)來之前,這個(gè)翻轉(zhuǎn)脈沖的寬度大約是150μs,MCU 從檢測到第1,679 個(gè)STV 和780個(gè)TP 信號(hào)后計(jì)數(shù)到POL 信號(hào)反轉(zhuǎn),,由于MCU尋址語句的執(zhí)行需要3 個(gè)TP 的時(shí)間,,所以在翻轉(zhuǎn)脈沖來之前有3 個(gè)TP 的時(shí)間,。由圖中可以看出,POL 翻轉(zhuǎn)前后的電平是一樣的,,正常情況時(shí)下一幀POL 信號(hào)應(yīng)該是高電平,,但是圖中經(jīng)過反轉(zhuǎn)后POL 仍然是低電平,也就是說POL 經(jīng)過了一個(gè)電平的翻轉(zhuǎn)后將POL_OUT 信號(hào)與POL_IN信號(hào)反向輸出,, 實(shí)現(xiàn)了每隔28s 的時(shí)間將POL_OUT 與POL_IN 做一次反向輸出的功能,。

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2.3 POL_IN 與POL_OUT 波形

如圖5 所示,1 為POL_IN 信號(hào),,2 為POL_OUT 信號(hào),,3 為翻轉(zhuǎn)觸發(fā)電平,常規(guī)的POL信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)高低電平的方波信號(hào),,每個(gè)高低電平分別控制一幀圖像的像素電壓極性,,高電平和低電平的圖像幀像素電壓極性不同。從圖中可以看出,,MCU 將輸入的POL_IN 信號(hào)進(jìn)行了反轉(zhuǎn),,在翻轉(zhuǎn)脈沖之前28s 時(shí)間里POL_OUT 信號(hào)和POL_IN 信號(hào)是同步的,翻轉(zhuǎn)脈沖之后的28s 時(shí)間里POL_OUT 和POL_IN 是反向的,,也就是說每隔28s 的時(shí)間,,MCU 將POL_IN 信號(hào)做一次反向輸出,這樣做是為了防止POL 極性變換信號(hào)的單一變換規(guī)律而導(dǎo)致液晶分子的特性遭到破壞發(fā)生極化現(xiàn)象,。

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2.4 保護(hù)電路工作原理

  極性保護(hù)單元的電路結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示,,單片機(jī)的引腳5 通過阻值為4.7KΩ 的電阻R6 與NPN 三級(jí)管的基極端電連接,并且通過阻值為4.7KΩ 的電阻R5 與電壓端(3.3V)電連接,。NPN三極管的集電極端通過阻值為4.7KΩ 的電阻R7 與電壓端(3.3V)電連接,,并且時(shí)序控制器輸出的STV 信號(hào)輸入到NPN 三極管的集電極端。

  NPN 三極管的發(fā)射極接地,。保護(hù)電路工作的原理是利用一個(gè)NPN 型三極管來控制圖像的起始信號(hào)STV 信號(hào)來達(dá)到保護(hù)液晶屏的目的,,當(dāng)MCU 正常工作時(shí),編程輸出第5 腳為低電平,,三極管截止,,STV 信號(hào)只是加了一個(gè)上拉電阻到3.3V,增加了STV 信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電流,不影響信號(hào)圖像的正常輸出,。當(dāng)MCU 一旦不正常工作,,第5 腳默認(rèn)為高阻態(tài), 三極管的基極接兩個(gè)4.7KΩ 的電阻到3.3V, 三極管基極電壓大于0.7V 正常導(dǎo)通,,接在集電極端的STV 信號(hào)被強(qiáng)制拉到地,,使畫面沒有輸出,可以保護(hù)液晶屏顯示因?yàn)闆]有POL 信號(hào)的輸出而在很短的時(shí)間里發(fā)生極化的現(xiàn)象。

  3 結(jié)論

  應(yīng)用MCU 搭建翻轉(zhuǎn)電路實(shí)現(xiàn)了控制液晶分子像素電壓極性的功能,,該設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)簡單,、低成本、低損耗和高效率等優(yōu)點(diǎn),,已成功解決了由于極性控制信號(hào)單一翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的極化問題,。

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