TFT-LCD显示驱动电路设计

目录

1 选题背景 (1)

1.1 TFT-LCD的发展现状 (1)

1.2 课设基本内容及要求 (2)

1.2.1 硬件电路设计 (2)

1.2.2 驱动设计 (2)

1.2.3 基本要求 (2)

2 方案论证 (2)

2.1 总体设计 (2)

2.2 显示原理 (3)

2.2.1 LCD器件结构 (3)

2.2.2 液晶显示原理 (3)

2.2.3 TFT元件的工作原理 (4)

3 过程论述 (6)

3.1 控制电路设计 (6)

3.1.1 时钟电路设计 (7)

3.1.2 复位电路设计 (7)

3.1.3 液晶模块驱动 (8)

3.2 软件部分设计 (8)

3.2.1 主程序 (9)

3.2.2 初始子化程序 (9)

3.2.3 显示子程序 (9)

4 系统调试 (10)

4.1 硬件调试 (10)

4.2 软件调试 (11)

5 总结 (11)

参考文献 (13)

附录1 原理图 (14)

附录2 源程序 (15)

1 选题背景

1.1 TFT-LCD的发展现状

网络和无线通信技术的发展及其产品的迅速普及，全球数字化技术的迅速推进，促进了信息技术与信息产业的蓬勃兴起。显示器集电子、通信和信息处理技术于一体，被认为是电子工业在微电子、计算机之后的又一重大发展机会，具有广阔的市场好良好的机遇。各种平板显示技术成为研究开发的热点，其中薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过CRT的显示器件。它的性能优良、大规模生产特性好，自动化程度高，原料成本低廉，发展空间广阔，已迅速成为新世纪的主流产品，是21世纪全球经济增长的一个亮点。

本文围绕设计以单片机作为LCD液晶显示系统控制器为主线，基于单片机AT89C51，采用的液晶显示控制器的芯片是SED1520，主要实现由按键控制的中文显示、图片显示、滚屏以及左右移动功能。同时也对部分芯片和外围电路进行了介绍和设计，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程，并详细阐述了程序的各个模块。本系统是以单片机的C语言来进行软件设计，指令的执行速度快，可读性强。

1.2 课设基本内容及要求

题目：64*128 TFT-LCD显示驱动电路设计

1.2.1 硬件电路设计

(1) 显示器与驱动IC（电路）间的接口电路设计；

(2) 驱动IC（电路）与MCU间的接口电路设计；

(3) 驱动IC、MCU的外围电路设计。

1.2.2 驱动设计

(1) 初始化程序设计

(2) 显示实例设计

(3) 硬件电路与驱动程序的联调、仿真

(4) 实物制作与测试

1.2.3 基本要求

(1) 具有从下向上的滚动显示功能；

(2) 实现64bit级灰度调制；

(3) 支持SPI接口；

(4) 完成控制电路、栅驱动电路、源驱动电路设计； (5) 给出栅、源驱动信号仿真波形；

(6) 显示内容自拟；

(7) 驱动电流可调节； (8) 供电电压： 数字模块：1.65~3.3V ； 模拟模块：5~15V ；

2 方案论证

2.1 总体设计

RAM

图2-1 系统框图

2.2 显示原理 2.2.1 LCD 器件结构

液晶显示器件从结构上说，属于平板显示器件。其基本结构，呈平板形。它主要由前后偏振片、前后玻璃片、封接边及液晶等几大部件组成。当然，不同类型的液晶显示器件其部分部件可能会有不同，但是所有液晶显示器件都可以认为是由两片光刻有透明导电电极的基扳，夹持一个液晶层，封接成一个偏平盒，有时在外表面还可能贴装上偏振片等构成。

2.2.2 液晶显示原理

液晶是分子排布或指向具有某种规律、介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。它具有液体的流动性和晶体的双折射性，并且在电场的作用下会改变其分子排列。液晶的特点是构成液晶的分子指向有规律，而分子之间的相对位置无规律，前者使液晶具有晶体才具有的各向异性，后者使之具有液体才具有的流动性。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，从而光线容易通过，不通电时，排列则变得无序，从而阻止光线通过。如图2-2所示：

TFT-LCD 液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通

AT89C51

芯

片

行驱动

器组

LCD 液晶显示屏

8k 列驱动列组

过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。由于上下火层的电极为TFT电极和公共电极，在TFT电极导通时，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于TFT晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到TFT电极下一次再加电改变其排列方式为止。

图2-2 液晶显示原理图

从电子学角度阐述液晶显示器件的显示原理为:在外加电场的作用下具有偶极矩的液晶棒状分子在排列状态上发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现或明或暗、透过与不透过的显示效果。液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制，不同的显示像素按照驱动信号的控制在显示屏上合成各种图像，液晶显示驱动的功能就是建立这种电场。

液晶显示有三大优点:液晶本身不发光，只是反射环境光;用十显示的液晶的厚度一般在几十微米以下，加上电极板也只有几毫米，所以液晶元件一般薄而且轻，应用十分方便;液晶显示器耗电量一般极低，基本上不耗电能。

2.2.3 TFT元件的工作原理

TFT-LCD的象元由阵列基板侧面的液晶象元电极，公共电极以及封闭在两者之间的液晶构成，象元通过一个薄膜晶体管控制加到其上的电压，如图2-2所示：

TFT-LCD的每个象素都是一个薄膜晶体管，其具有存储的特性，且其存储时间的长短取决于TFT关态电阻和液晶象素的电容，存贮电容的RC常数。因此，TFT-LCD的驱动方式不同于TN和STN。

TFT-LCD的象素在显示系统中的结构如图2-3所示:当扫描驱动器施加给扫描电极一个选择电压时，TFT-LCD显示的灰度级由数据驱动器的电压和存储在象元上的电压决定。即当TFT的栅极G与源极S未选通时，TFT处于截止态，源极S与漏极D之间相当于开路，外电路电压不会施加到液晶像素上。当行扫描信号选通了某一行所有TFT的