MCU GPIO驱动LCD之技巧－以HT66F50为例 - Holtek.PDFVIP

MCU GPIO驅動LCD之技巧－以HT66F50為例 鍾啟仁 明新科技大學 電子工程系 新竹縣新豐鄉新興路一號 一. 前言： 在微控制器的應用中，人機界面佔據相當重要的地位；其主要包括事件輸入 以及結果指示，結果指示通常包括LED/LCD顯示、通訊介面、週邊設備操控等 等。而在這些人機界面當中，LCD 顯示技術由於其具有顯式多樣化、成本較低、 省電等特點而得以廣泛使用於各式應用場合。 市面上有許多LCD專用的驅動IC （LCD Driver ）或內建LCD驅動介面的微控 制器，然而這類晶片能驅動的點數一般比較多，在需要少量點數顯示的應用場合 就顯得浪費。微控制器的I/O透過適當的程式控制與硬體分壓的設計，也可以達 到驅動LCD的效果；這在一般少點數的LCD應用上是十分普遍的應用；本文即是 以盛群半導體股份有限公司所開發的HT66F系列微控制器為例，闡述以GPIO驅 動LCD的技巧。 二. LCD顯示原理： 在說明LCD驅動之前，先就其顯示原理做一簡單的介紹。『LCD （Liquid Crystal Display ）』是利用液晶分子的物理結構與光學特性進行顯示的一種技術。 液晶分子是介於固體和液體之間的一種棒狀結構之大分子物質。在自然狀態下， 其具有光學各向異性的特點；而在電（磁）場作用下，則呈現各向同性的特性， 以下以TN （Twisted Nematic1 ）LCD面板之基本結構說明其基本顯示原理。 （a ）玻璃基板間未加電壓 （b ）玻璃基板間加上電壓 【圖1】LCD 控制電路 1 向列型液晶：液晶分子大致以長軸方向平行配置，因此具有一度空間的規則性排列。此類型液晶的黏度小、反 應速度快，是最早被應用的液晶；普遍的使用於液晶電視、膝上型電腦以及各類型顯示裝置上。 如【圖1】所示，LCD面板由上、下玻璃基板與偏光板組成，在兩玻璃基板 之間，按照螺旋結構將液晶分子有規律的進行塗層。液晶面板的電極是通過一種 ITO （Indium Tin Oxide ）的金屬化合物蝕刻在兩層玻璃基板上。液晶分子的排 列為螺旋結構，對光線具有『旋光性 (Rotation of Polarization)』，上、下偏光 板的偏振角度相互垂直。當上下基板間的未加電壓時，自然光通過偏光板後，只 有與偏光板方向相同的光線得以進入液晶分子的螺旋結構塗層中，由於螺旋結構 之旋光性，將入射光線方向旋轉90°後照射到另一端的偏光板上。由於上、下偏 光板的偏振角度相互垂直，入射光線透過另一端的偏光板完全反射，光線完全進 入觀察者的眼中，看到的效果就為白色（亮的狀態）。若在上、下基板間施加電 壓時，液晶分子的螺旋結構在電（磁）場的作用下，變成了同向排列之結構，對 入射光線方向未產生任何旋轉作用。然而，由於上、下偏光板的偏振角度相互垂 直，入射光線無法經由另一端的偏光板反射，導致光線無法進入觀察者的眼中， 此時看到的效果就為黑色（暗的狀態）。如此透過在上、下玻璃基板電極間施加 不同的電壓，即可實現液晶顯示的兩種基本狀態：亮（未加偏壓）和暗（施加偏 壓）。在實際的LCD驅動電壓中，有幾個參數相當重要：交流電壓，液晶分子 是需要交流信號來驅動的，直流電壓長時間的加在液晶分子兩端，將會影響液晶 分子的電氣與化學特性，導致顯示模糊以及壽命減短的缺點，其破壞性為不可恢 復；掃描頻率，驅動液晶分子之交流電壓頻率一般在60 ～100Hz之間，具體之 頻率是依LCD面板之面積與設計而定。頻率過高，會增加驅動所需之功率消耗； 頻率太低，將導致顯示閃爍的情形。 液晶分子是一種電壓積分型材料，它的扭曲程度（透光性）僅僅和極板間電 壓的有效值2有關，和充電波形無關。LCD顯示亮、暗之分界電壓稱為Vth ，當電 壓有效值超過Vth ，螺旋結構之旋光角度加大，透光率急劇變化、透明度急劇上 升；反之，則透明度急劇下降；光線的透射率與交流電壓之有效值關係如【圖2】 所示： 【圖2】光線的透射率與交流電壓的有效值的關係