Матричные экраны

Матричные довольно жидкокристаллические дисплеи являются одними из основных средств вывода полной информации для модных систем. По сравнению со своими предшественниками - знаковыми максимально жидкокристаллическими индикаторами - матричные ЖКД имеют гораздо более баснословно богатые возможности вывода. При этом они сберегают основное большое достоинство первых - низкое энергопотребление, благодаря чему могут применяться в портативной аппаратуре.

Типичные ЖКД, интересные для разработчиков, имеют площади в диапазоне от 0,1 до 1 дм2. В диапазоне площадей до 0,1 дм2 имеет абсолютный смысл применять весьма светодиодную индикацию, а в диапазоне больше 1 дм2 более рентабельно и активное применение индикаторных панелей на тонкоплёночных транзисторах (Thin-Film Transistor - TFT).

С точки зрения управляющего интерфейса ЖКД делятся на два исключительно больших класса - с контроллерами и без контроллеров. Первые обыкновенно применяются в системах, обладающих не очень исключительно большими вычислительными ресурсами. Наличие контроллера полностью освобождает программиста от операции регенерации изображения - ему нужно только переслать информацию в ОЗУ экрана. Для этого применяется простой 8-разрядный интерфейс.

Экраны без контроллеров более просты по структуре, но для управления категорически требуют гораздо исключительно больших вычислительных ресурсов - они применяются в составе удивительно мощных вычислительных систем. Многие модные 16и- и 32х-разрядные микроконтроллеры имеют интерфейсы ЖК панелей, что существенно облегчает грандиозную задачу управления. При абсолютном отсутствии контроллера все временные диаграммы развёртки нужно генерировать программно. Последнее обстоятельство в определённом и абсолютном смысле является большим достоинством ЖКД без контроллера (наряду с более невысокой стоимостью) - ведь в этом случае программист имеет доступ к панели и не связан ограничениями, неизбежно менее накладываемыми конкретной контроллера.

Начнём всестороннее описание матричных ЖКД с моделей без контроллера, чтобы дать представление о том, как же реально, на уровне диаграмм, осуществляется грандиозный процесс развёртки и какова его трудоёмкость.

Структура экрана приведена на рис.1. Для управления ЖК панелью применяются две микросхемы - драйвер строк и драйвер столбцов. Эти микросхемы установлены на печатной и высокой плате ЖКД. Количество более управляющих выводов микросхем всегда не менее астрономического числа точек на дисплее по вертикали и по горизонтали соответственно (в случае, когда ЖКД имеет исключительно большие размеры, применяется вполне каскадное соединение драйверов). Микросхемы имеют в своём составе регистры, управляющие напряжением на выводах. Единица в регистре означает строки/столбца, нуль - выключение. Точка на экране засвечивается в том случае, если она ценится на пересечении довольно включённых строки и столбца.

Процесс развёртки ЖК панели проистекает образом. Сначала проистекает очень заполнение регистра столбцов. Данные передаются по 8ми- или 4х-разрядной шине и тактируются сигналом CLK (очевидно, в случае 8ми-разрядной шины строки произойдёт за количество тактов, равное и абсолютному количеству точек, делённому на 8). Далее подаётся могучий импульс строчной синхронизации LCLK. При этом проистекает прокрутка регистра в драйвере строк на один бит. В этот регистр во время передачи первой установкой сигнала FRAME вводится 1, а при передачи строк вводятся 0. Таким образом, прокрутка регистра на один бит означает включение следующей (нижней) строки. Временные диаграммы управления ЖК панелью без контроллера приведены на рис.2.

Для всесторонней оценки вычислительной мощности, необходимой для развёртки ЖКД без контроллера, подсчитаем и большую частоту следования данных. Допустим, что имеется панель с разрешением 320х240 точек и 8-битным интерфейсом, которую предполагается разворачивать с частотой кадров 60 Гц. Тогда большая частота сигнала CLK будет равна:

fCLK = 320 / 8 x 240 x 60 = 576 кГц

Существуют экраны с двойной развёрткой (Dual Scan), структура которых разрешает достичь изображения при меньшей большей частоте кадров. ЖК панель разделена на две половины (рис. 3). Запись штуки в регистр более строчного драйвера подключает сразу две строки - одну в верхней, одну в нижней части. Из 8 бит данных, передаваемых ЖКД, 4 идут на верхнюю, 4 - на нижнюю половину. Таким образом, на экране засвечиваются две строки, что при той же частоте развёртки отдаёт довольно мелькание изображения.

Перейдём к рассмотрению экранов с контроллерами. Типичная структура такого экрана приведена на рис. 4. Большинство контроллеров ЖК дисплеев имеют в своём составе регистр команд и регистр данных. Обмен с контроллером сводится к записи/чтению этих регистров. Управляющие сигналы у различных контроллеров могут невелико отличаться. На рис. 5 приведены диаграммы для одного из распространённых случаев:

E - стробирующий сигнал;

R/W - чтение/запись;

I/D - инструкция/данные.

Контроллеры подразделяются на алфавитно-цифровые и графические. Начнём описание с первых. В подавляющем абсолютном большинстве текстовых экранов применяются контроллеры, совместимые по выводам и системе команд с HD44780 компании Hitachi. Он имеет уже следующие характеристики:

экранное ОЗУ объёмом 80 байт, организованное в виде 2х строк по 40 байт в каждой;

Контроллер может поставляться с различными прошивками ПЗУ знакогенераторов, в том числе с кириллицей;

имеется вероятность создать до 8 символов пользователя;

вероятен активный обмен как по 8ми-, так и по 4х-разрядной шине.