液晶顯示器的接口技術(shù)及其抗干擾對策研究

孫啟超 沈陽火炬北泰數(shù)碼科技有限責(zé)任公司

自重輕、能耗少、工作電壓低、呈現(xiàn)信息量大等均是液晶顯示器（LCD）的優(yōu)勢，跟隨測控科技的發(fā)展進(jìn)程，LCD 在各類儀表、儀器及電子裝置生產(chǎn)中應(yīng)用范疇不斷拓展，被用在結(jié)果測量及人機(jī)對話等工作領(lǐng)域中。依照功能可以將LCD 分成筆段式、字符及圖像點(diǎn)陣式三種類型，相比之下，后兩種在測控儀表中應(yīng)用更多見。應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，選擇適宜的LCD，并有針對性的完善軟、硬件量大方面，進(jìn)而取得最佳的應(yīng)用效果。

一、LCD和微控制器的接口技術(shù)

（一）LCD 的并行接口

大部分情況下，顯示模塊的外部接口應(yīng)用并行方法，畢竟采用如下模式執(zhí)行外接口線的讀寫時(shí)序：（1）8080 模式：該模式的接口信號以工作主電源（Vcc）、偏置電源（Vee）、公共端（Vss）、寫入及讀入數(shù)據(jù)控制線等為主。（2）6800 模式：該模式中，Vcc、Vee、Vss 各自的功能同上，還有其他信號線，比如讀寫控制、允許信號等。在接口電路內(nèi)，LCD 和微控制器的接口通常還會采用如下兩種方式[1]：

一是總線式接口。這種方式在各種CPU 芯片與具備并行總線（地址、數(shù)據(jù)及控制總線）接口的單片機(jī)上表現(xiàn)出較高的適用性。在接口電路內(nèi)，DB0～DB7 直接和數(shù)據(jù)總線連接，其他信號線采用地址線與控制線共同譯碼生成。在譯碼電路內(nèi)，可以選用簡潔邏輯去設(shè)計(jì)GAL 芯片。

二是I/O 接口。這種方式在各類單片機(jī)設(shè)備上表現(xiàn)出較高的適用性，包括MCS-51、PIC、51LPC 系列內(nèi)。在接口電路內(nèi)，采用對各條接口線進(jìn)行讀寫的方式滿足LCD對時(shí)序提出的要求。

（二）Vee 的生成

在LCD 模塊，通常是采用調(diào)節(jié)Vee 值的方法去控制對比度。伴隨溫度改變，對比度大小也會出現(xiàn)一定變化，為確保調(diào)整的精準(zhǔn)度，應(yīng)增設(shè)溫度傳感器，利用補(bǔ)償電路進(jìn)行操作的。大部分應(yīng)用者通過將一個(gè)電位器增設(shè)到Vcc 與一個(gè)負(fù)電源V-之間，調(diào)節(jié)電位器使其輸出一個(gè)適宜的Vee，進(jìn)而去調(diào)控LCD 的對比度。可以利用一個(gè)直流電源電路產(chǎn)生負(fù)電源V-。

如果某測控儀表內(nèi)設(shè)計(jì)了RS232 接口，則就要有TTL 及RS232 電平配套的轉(zhuǎn)換電路。MAX202 芯是當(dāng)下常用的芯片類型，由MAXIM 公司研發(fā)制造的，能夠轉(zhuǎn)換TTL 和RS232 電平。本芯片內(nèi)置了電源提升泵，運(yùn)作時(shí)僅需有5V 電源的協(xié)助，不必外接12V電源，有性能安全、可靠及操作快捷等特點(diǎn)。芯片引腳處有負(fù)電源輸出，可以巧用這個(gè)引腳去將直流電源電路取代。

二、抗干擾對策

大部分情景下，會將LCD 顯示屏安置在儀表的面板上，利用單條扁平線纜和主控板連接。儀表運(yùn)行階段，內(nèi)部形成的電磁干擾會影響LCD 工作效率及穩(wěn)定性。可以嘗試采用如下抗干擾對策[2]：

（1）盡量選擇驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)的芯片作為主板上和LCD 模塊接口各自的邏輯電路；

（2）在LCD 模塊的接口內(nèi)，將一個(gè)人0.1μF 濾波電容接入Vcc 與Vss 之間；

（3）LCD 模塊的作業(yè)電流極低，通常是幾個(gè)mA，但其背光局部所需的電流顯著高于其額定作業(yè)電流，盡可能實(shí)現(xiàn)作業(yè)及背光電源分別走線；

（4）利用/RES 引腳定期對液晶屏進(jìn)行復(fù)位操作，這是確保晶顯示屏能在較長時(shí)間內(nèi)安全、穩(wěn)定運(yùn)作的重要基礎(chǔ)。如果不準(zhǔn)許執(zhí)行以上過程，則建議檢測檢驗(yàn)LCD 內(nèi)部工作寄存器和顯示RAM，如果探查到LCD出現(xiàn)異常，則可以對其進(jìn)行復(fù)位操作。

三、CMOS自鎖現(xiàn)象與抑制方法

在業(yè)內(nèi)，自鎖現(xiàn)象還被叫做可控硅（SCR）現(xiàn)象，主要是由于器件中存有的pnpn 結(jié)構(gòu)生成了雙結(jié)型寄生晶閘管，這種類型閘管的電路結(jié)構(gòu)和SCR 結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高度一致性。在檢測與應(yīng)用階段，如果有外來電壓或電流信號觸發(fā)動(dòng)作時(shí)，CMOS 器件的漏極（Vdd）與源極（Vss）間便會形成較大的導(dǎo)通電流。如果電流流動(dòng)，只有通過斷離電源或降壓才能阻斷流動(dòng)過程，內(nèi)部生成寄生雙極晶閘管是CMOS 電路出現(xiàn)自鎖效應(yīng)的主因。具體可以有內(nèi)外因之分，內(nèi)因主要是由于內(nèi)部雙寄生晶體管自體的特別構(gòu)造，外因有[3]：（1）輸入或輸出端的電平明顯低于Vss，或顯著高于Vdd；（2）Vdd端出現(xiàn)異常的浪涌電壓或噪聲引起的干擾；（3）電源電壓瞬時(shí)動(dòng)作，造成反偏下p 阱-襯底結(jié)電容形成較大的充放電電流，伴隨電源電壓變化加速，電流值也會增加；（4）在電離輻射的作用下，比如α、γ 射線的持續(xù)性照射，導(dǎo)致部分異常電流流經(jīng)襯底、阱等位置。

為規(guī)避發(fā)生自鎖情況，一是要從CMOS器件的生產(chǎn)制造工藝上著手，對其基本機(jī)構(gòu)作出適度調(diào)整；而是改善電路設(shè)計(jì)工作，結(jié)合自鎖現(xiàn)象成因，運(yùn)用相應(yīng)的方法，具體如下：

（1）如果輸入、出電源端形成浪涌電壓或電流時(shí)，可以在相應(yīng)的斷口串聯(lián)電阻，對觸發(fā)電流能起到一定限制作用，也可以通過加粗電源線的方法處理以上情況。

（2）如果檢測電源線阻抗值偏高時(shí)，系統(tǒng)中電流開關(guān)動(dòng)作引起電壓出現(xiàn)動(dòng)態(tài)式降低時(shí)，也增加了自鎖現(xiàn)象的發(fā)生率。面對以上情況，可以把電容接到Vdd與Vss之間，用于提供動(dòng)態(tài)電流，降低電源線上的動(dòng)態(tài)壓降值。

（3）因?yàn)楹芏嘧枣i現(xiàn)象是瞬間生成的，可以采用浪涌電壓或電流形成的強(qiáng)磁場內(nèi)前斷開系統(tǒng)CMOS 器件提供電流，繞過強(qiáng)磁場后再進(jìn)行上電作業(yè)。

四、結(jié)束語

LCD 自身有很多優(yōu)勢特征，這也是其在電子產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的主要原因。在實(shí)際中，應(yīng)結(jié)合LCD 使用場景的不同選擇適宜的類型，采用適宜的接口技術(shù)，從多個(gè)方面應(yīng)用抗干擾對策方法等，分析自鎖現(xiàn)象的具體成因，有針對性的采用相關(guān)措施方法及時(shí)解除等，進(jìn)而確保LCD 能安全、穩(wěn)定應(yīng)用，將自身作用充分發(fā)揮出來，為人們生產(chǎn)生活、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)更多的力量。