基于TRIZ理論液晶顯示模塊開發板的創新設計

李志廣 高彥昭

摘 要： 基于目前多數液晶顯示模塊開發板只能適應一種液晶顯示模塊接口的不足，設計一種能適應多種液晶顯示模塊接口的開發板。對常見的各種液晶顯示模塊的接口進行研究，總結了其所具有的共性和不同。將TRIZ中的沖突及其解決理論應用到液晶顯示模塊開發板的設計中，得出創新解。采用多組撥碼開關實現STC89C52RC單片機I/O口與各種不同液晶顯示模塊接口之間的匹配。通過實驗驗證，該開發板可以驅動字符型、圖形點陣等各種8位并行數據接口的液晶顯示模塊。

關鍵詞： 液晶顯示模塊； 開發板； TRIZ； STC89C52RC單片機； 接口匹配； 創新解

中圖分類號： TN27?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）14?0058?04

Innovative design of development board for LCD module based on TRIZ

LI Zhiguang1，2， GAO Yanzhao1

（1. School of Sciences， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China；

2. National Technological Innovation Method and Tool Engineering Research Center， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China）

Abstract： As most development boards of LCD module can only be applied to a specific LCD module interface at present， a development board applicable to various LCD module interfaces is designed. Research on various common LCD module interfaces is carried out， and the similarities and differences that they possess are summarized. An innovative solution was obtained by applying the conflict in TRIZ and its solution theory to the design of development board for LCD module. The matching between the I/O interface of STC89C52RC MCU and various LCD module interfaces is achieved by using multiple sets of dial switches. It was experimentally verified that the development board can drive the LCD module with various 8?bit parallel data interfaces of different modes such as character and graphical dot?matrix.

Keywords： LCD module； development board； TRIZ； STC89C52RC MCU； interface matching； innovative solution

0 引 言

液晶顯示模塊的應用開發在液晶器件專業方向的科研及教學實驗，以及一些相關企業的產品開發中經常進行。例如在一些采用液晶顯示模塊作為人機界面的應用系統的設計開發過程中，像家居智能信息儀設計[1]，基于單片機的智能SMS心率計設計[2]，基于T6963C的出租車計費大屏幕顯示屏設計[3]等，其中液晶顯示部分的開發是極其重要的部分。

目前，一般使用的液晶顯示模塊的驅動開發板都只能適應一種特定的液晶顯示模塊接口。很多工程師或科研工作者在進行液晶顯示模塊的應用開發或實驗設計時，都需要根據使用的具體液晶顯示模塊的型號進行開發板驅動電路接口設計，這個工作量是比較大的而且也是相對重復的工作。甚至，也有開發者將多種接口設計在一塊開發板上，這樣會造成開發板的面積變得非常大，使用起來很不方便。因此，設計一種能夠適應多種液晶顯示模塊接口的兼容性開發板，使其能夠根據不同類型的液晶顯示模塊接口改變自身的接口配置，是非常有必要的。文中運用TRIZ沖突及其解決理論，對液晶顯示模塊的驅動開發板進行創新設計，解決了開發板在面對多種類型的液晶顯示模塊時接口設計上的難題，實現了使用同一接口的開發板驅動多種類型的液晶顯示模塊。

1 液晶顯示模塊的接口

液晶顯示模塊的接口引腳一般包括數據接口、電源接口、讀/寫接口、使能信號接口、片選信號接口、以及一些特定功能的引腳，但是引腳的順序并不是統一的。一般液晶顯示模塊的數據接口是連續的8個引腳（DB0～DB7），而其他引腳如電源引腳（VSS，VDD）、時序引腳（RS，R[W]，E，RD，WR）、以及一些其他的功能引腳位于8個數據接口引腳的前或后，而且其位置和順序也不是固定的。以深圳市拓普微公司的兩款模塊為例，可以看出上述的引腳排列特點，其結構和接口如圖1和圖2所示。

每種液晶顯示控制器都有其獨特的顯示功能特性、電路特性、指令系統，以及由控制器的引腳排布和液晶顯示模塊的電路板設計所造成的不同的電路接口。盡管不同液晶顯示器件生產廠家生產的同種類型的液晶顯示模塊的特性大同小異，但是具體的功能引腳的配置和引出位置卻不同。液晶顯示模塊種類繁多，要開發一款液晶顯示模塊關鍵是弄懂其所裝配的控制器。各種液晶顯示控制器的電路特性在各種液晶顯示模塊自身的電路板設計中解決，顯示功能特性和不同的指令系統是在顯示程序設計時考慮的。也就是說，只有液晶顯示模塊的電路接口是在設計開發板時需要考慮的。

2 TRIZ中的沖突及其解決理論與液晶顯示模

塊開發板設計

2.1 TRIZ中的沖突及其解決理論

TRIZ是前蘇聯發明專家G.S.Altshuller等人在研究了世界上250萬件高水平專利的基礎上，提出的具有完整體系的解決發明問題的系統化方法[4]。TRIZ理論廣泛應用到技術工程領域，主要是機械、航空航天和電子技術等領域[5]。經過近些年的應用研究，目前已經涉及到自然科學、社會科學、生物科學、管理科學等多個學科領域[6?9]。沖突分為三類，TRIZ中主要解決技術與物理沖突[4]。技術沖突是指一個作用同時導致有用及有害兩種結果，也可指有用作用的引入或有害效應的消除導致一個或幾個子系統或系統某方面性能變壞。物理沖突是指為了實現某種功能，一子系統或元件應具有某種特性，但同時出現了與該特性相反的特性。對于沖突可以應用39個通用的標準工程參數進行描述，然后查找沖突矩陣確定發明原理，根據提示的發明原理利用類比的方式尋求創新解。

2.2 液晶顯示模塊開發板系統中沖突的發現

TRIZ理論就是靠發現和消除沖突，從而實現產品的創新設計[10]。如何發現和確定產品設計中的沖突是十分關鍵和重要的。歸納起來，確定沖突的方法有TRIZ中的物質?場分析[11]、QFD、AD、TOC等分析問題的理論和方法。

下面以物質?場分析法對開發板驅動液晶顯示模塊的系統進行分析。液晶顯示模塊開發板的功能是對液晶顯示模塊提供電源、時序控制、功能設置以及顯示數據信號，從而液晶顯示器顯示出單片機程序中設計的內容。然而，液晶顯示模塊開發板上的接口只能向特定的一種液晶顯示模塊提供上述信號，換為另外一種液晶顯示模塊將無法驅動。此問題可用物質?場模型來描述，如圖3所示。

圖3中，S2表示液晶顯示模塊開發板，S1表示液晶顯示模塊，FE表示開發板對液晶顯示模塊的作用。圖3中的箭頭為虛線表示開發板對液晶顯示模塊的作用不足，表明系統中存在沖突。需要進行創新設計，彌補開發板對液晶顯示模塊作用的不足。改進后的物質?場模型如圖4所示。

該系統中的沖突可以描述為：為了開發板能夠驅動多種液晶顯示模塊，需要在開發板上設計很多組電路接口，但這樣不僅會使開發板的面積增大，還會使設計電路板走線時難度和產品成本大大增加。

2.3 解決沖突實現液晶顯示模塊開發板創新設計

在確定系統中的沖突后，需要借助TRIZ中的沖突解決理論進行沖突求解[12]，消除沖突。消除沖突就標志著問題得到了解決，實現了產品的創新。經分析，此沖突屬于技術沖突，應用39個標準工程參數進行描述。將該沖突描述為TRIZ標準沖突，需要改善的參數是“35適用性及多用性”，惡化的參數是“6靜止物體的面積”。再應用TRIZ中的“沖突矩陣”來確定需要采用的發明原理。從矩陣中查找到被建議的發明原理“15動態化，16未達到或超過的作用”。考慮第一建議的發明原理，利用類比思考的方式可以得到解決沖突的思考方向。該問題的解為，為開發板設計一種接口，可以隨著所連接的不同類型的液晶顯示模塊而改變其接口配置。

2.4 液晶顯示模塊開發板的電路設計

根據2.2節得出的解得到啟發，采用多組撥碼開關實現開發板接口的可變性，得到改進型的液晶顯示模塊開發板方案，其原理示意圖如圖5所示。

根據得出的方案，采用Protel軟件設計開發板的電路原理圖，如圖6所示。

3 液晶顯示模塊開發板的測試

根據第2.4節所述的電路原理圖，生成PCB制板圖，制作PCB板，安裝元件，最后得到改進型的液晶顯示模塊開發板，如圖7所示。

4 結 語

基于TRIZ中的沖突及其解決理論，對液晶顯示模塊開發板進行了創新設計，得到在一塊開發板上使用同一個接口，驅動多種液晶顯示模塊的創新解。經過測試和分析，該開發板可以驅動大多數基于8位并行數據接口形式的液晶顯示模塊，包括Intel8080以及M6800兩種時序接口的液晶顯示模塊。該開發板設計巧妙，使用方便，為液晶顯示模塊的開發提供了方便，在科研及教學方面具有非常高的實用價值。

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