基于EL屏的寬溫顯示模塊設計

李敏哲，高俊麗，蘇 倩

（西安航天動力測控技術研究所，陜西 西安 710025）

0 引 言

顯示模塊是軍用便攜式電子設備的重要組成部分。軍用便攜式電子設備的工作環境復雜多變，因此顯示模塊不僅需要能在高溫、寒冷以及振動等惡劣環境下正常工作，而且需要自身體積小且功耗低。目前，市場上液晶顯示屏種類繁多，但大部分屬于工業級產品，因為環境適應性差、抗振性能差以及體積和功耗大，所以不能滿足軍用便攜式電子設備的特殊使用需求。

（1）環境適應性差。工業級液晶屏的使用溫度集中于-20～+50 ℃，而軍用便攜式設備為適應野外極端寒冷氣候，設備使用溫度均要求在-40～+70 ℃，因此常規工業級顯示屏溫度適應性差，無法滿足軍用便攜式電子設備所需的寬溫工作條件。

（2）抗振性能差。工業級液晶顯示屏抗振性能差，可靠性低，如面對野外運輸等惡劣環境，低抗振性將嚴重影響顯示屏的正常使用，降低設備可靠性。

（3）體積大、功耗大。工業級液晶顯示屏普遍含內置驅動，且功能復雜，因此整個液晶顯示模塊體積大、功耗大，無法滿足小型便攜式設備的需求。

Plannar公司的EL160.80.50是一款軍品級電致發光顯示屏，能夠在-40～85 ℃溫度范圍內正常工作，并抵抗各種復雜環境下的劇烈振動[1]。此外，它顯示屏體積小、功耗低且價格適中，特別適用于小型便攜式設備。

1 系統設計

EL顯示屏能滿足軍用便攜式電子設備對顯示模塊的需求，但沒有內置驅動，需要單獨配置。配置的芯片要求采購方便、寬溫工作、功耗低以及能適配常用的微處理器，因此采用EPSON公司生產的S1D13700F02驅動芯片，配合EL顯示屏實現顯示模塊。S1D13700F02驅動芯片是日本EPSON公司生產的，用于控制傳統單色液晶模塊的芯片，功能框圖如圖1所示。

圖1 S1D13700F02功能框圖

S1D13700F02芯片具有較強的I/O緩沖功能，最高可支持 640×240（1 bit/pixe l）、320×240（2 bits/pixe l）和240×160（4 bits/pixe l），兼容邏輯5 V和3.3 V，支持Intel公司的MSC-51系列和Motorola公司的M6800系列微控制器，具有直接和間接兩種尋址方式。直接尋址方式和間接尋址方式[2]分別如圖2和圖3所示。

圖2 直接尋址方式

圖3 間接尋址方式

驅動芯片和微處理器硬件的連接分為直接尋址和間接尋址。直接尋址通過16位地址總線直接選中片內地址進行讀寫，會耗費大量的微處理器I/O端口。本設計采用間接尋址方式，只要連接少量的I/O即可實現，有利于擴展微處理器的其他功能。間接尋址方式加大了軟件編程的難度，使EL屏的初始化設置更復雜，命令的時序要求也更加嚴格。

2 硬件電路設計

選擇89C52型號的微處理器，設計的液晶顯示系統框架如圖4所示。

圖4 液晶顯示模塊框架圖

按照S1D13700F02驅動芯片間接尋址使用方式的技術要求，S1D13700F02芯片硬件電路接口包含MCU節后、芯片控制以及液晶驅動3個部分。

2.1 MCU接口部

A0接口在間接模式下為I/O緩沖器選擇信號。A0=1時，表示寫數據和參數，讀忙標志；A0=0時，表示寫指令代碼和讀數據；D[7:0]為數據總線連接到MCU的P0口，RD為讀信號，低電平有效，接MCU的P3.7；WR為寫信號，低電平有效，接MCU的P3.6，WAIT為等待信號，低電平有效，接MCU的P3.5；RES為復位信號，接MCU的復位端；CS為片選信號，低電平有效，接MCU的P2.7；CNF4在間接模式下接3.3 V電壓，CNF1接高電平，CNF0、CNF3以及CNF2接地。該驅動芯片采用50 M晶振和1/16分頻[3]。接口電路如圖5所示。

圖5 接口電路圖

2.2 芯片控制部

驅動芯片支持文本方式、圖形方式以及文本和圖形疊加方式。設計使用純文本方式，顯示芯片自帶字符庫。字符庫包含160種5×7點陣字符字模。

2.3 液晶驅動部

驅動部負責傳輸數據和產生所需時序，采用4位并行方式進行傳輸。其中，FPFRAME為幀信號，負責顯示每幀圖像脈沖；FPLINE為行同步信號，負責顯示行數據脈沖；FPSHIFT為像素輸入脈沖；FPDAT[3:0]為數據總線，用來提供圖像數據。

3 軟件實現

軟件編程主要包括系統初始化、寫命令操作以及寫數據操作3個部分。下面分別針對這3部分給出簡單實例。

系統初始化程序：

按照上述程序，可以很容易實現點亮EL屏和輸出字符。如果想顯示漢字，需要進行額外的漢字編碼。

4 結 論

以EL屏為基礎，完成S1D13700F02驅動芯片硬件和軟件的設計。以MCU為微處理器搭建系統框架，確保整個系統在高低溫試驗中正常可靠運行。該設計簡單，能適應復雜多變的惡劣環境，相比同類軍品級內置驅動顯示屏，成本降低一半。但是，因為S1D13700F02驅動芯片目前不提供漢字字模庫，所以需要使用人員自己開發，完善設計。