EL場致顯示技術(shù)及其在便攜式電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：介紹了EL場致顯示技術(shù)及如何構(gòu)建EL顯示控制模塊以便對EL屏進(jìn)行顯示控制的原理和方法，給出了控制模塊的設(shè)計(jì)框圖及實(shí)際的電路連接圖。最后給出了該接口技術(shù)的軟件設(shè)計(jì)流程圖和初始化程序。

關(guān)鍵詞：EL LCD 顯示控制 電磁干擾 接口技術(shù)

1 引言

顯示屏作為人機(jī)交互的關(guān)鍵設(shè)備，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)的CRT顯示屏由于受到基本結(jié)構(gòu)的限制，在體積、功耗方面的表現(xiàn)往往不盡如人意。隨后又出現(xiàn)了LCD液晶顯示屏，其小巧的造型，較低的功耗，立即引起了人們的注意。目前在許多領(lǐng)域中，LCD都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，LCD的亮度、可視范圍、響應(yīng)時(shí)間上的缺陷，又成為其繼續(xù)推廣的最大障礙。EL場致顯示屏的推出，在很大程序上彌補(bǔ)了CRT及LCD的不足，因而代表了表一代顯示屏的發(fā)展趨勢。

2 EL場致顯示原理

場致顯示的電子來源是依靠電場自發(fā)射陰極（cathode emitter）材料尖端產(chǎn)生的，這就使得場發(fā)射電子束的能量分布范圍比傳統(tǒng)的熱電子束更窄，因此具有較高的亮度。與LCD的受光型工作方式不同，EL屏采用類似于傳統(tǒng)CRT的方法，通過電子束轟擊屏幕上的熒光粉而發(fā)光。由于CRT在顯像管內(nèi)部有三個(gè)電子槍，為了使電子束獲得足夠的偏離，就必須把顯像管做得有一段距離，因此CRT顯示器大、厚、重。而EL屏則在每一個(gè)熒光點(diǎn)后面不到3mm處放置了成千上萬個(gè)極小的小突起似的電子發(fā)射器，因此，EL顯示技術(shù)是把CRT陰極射線管的明亮、清晰與液晶顯示的輕、薄結(jié)合起來的一種新型顯示器件，它同時(shí)具有液晶顯示器的厚度和CRT顯示器的快速響應(yīng)特性，能獲得比液晶顯示器大得多的亮度。EL屏內(nèi)置的千萬冗余電子發(fā)射器使其比液晶顯示器的視角更寬廣，且不會出現(xiàn)象液晶顯示器那樣一個(gè)晶體管損壞便會在顯示屏上很明顯地顯露出來的情況。即便壞了一個(gè)，也還有成千上萬個(gè)可以補(bǔ)上。

3 EL顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)

3.1 溫度范圍

目前EL顯示屏主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制及野外作業(yè)，所以對溫度范圍有著較高的要求。在一般情況下，EL屏能夠在-40至+85℃的溫度范圍內(nèi)正常運(yùn)作，而TFTLCD的工作溫度范圍僅為0～55℃。

3.2 可視范圍

EL屏在水平、垂直兩個(gè)方向上都有著較亮的視角范圍，其可視范圍≥160℃。

3.3 EMI指標(biāo)

EL屏不僅具有較低的EMI敏感度，而且能有效地抑制EMI的產(chǎn)生。較低的EMI敏感度使得EL顯示屏在運(yùn)行時(shí)不易受到鄰近電源線及其它設(shè)備的EMI干擾；而較好的EMI抑制特性則使得EL屏在工作中不會干擾其周期的電子設(shè)備。

3.4 功耗

隨著現(xiàn)代儀器儀表的小型化、微型化的進(jìn)一步發(fā)展，電子器件的功耗問題已成為一個(gè)相當(dāng)重要的技術(shù)指標(biāo)。EL屏的低功耗使得在電池供電的便攜式應(yīng)用設(shè)備中完全可以采用EL屏作為人機(jī)交互設(shè)備。同時(shí)，簡單的輸入電源要求，也大大簡化了用戶的設(shè)計(jì)過程。

3.5 響應(yīng)時(shí)間

EL屏具有快速的響應(yīng)時(shí)間，能夠滿足實(shí)時(shí)顯示的要求，其響應(yīng)時(shí)間小于1ms；而TFTLCD的響應(yīng)時(shí)間則需要40ms。在對顯示速度有較高要求的應(yīng)用場合，EL屏是最佳的選擇。

4 EL屏在便攜式系統(tǒng)中的應(yīng)用

在大多數(shù)便攜式設(shè)備中，顯示屏的選擇目前只有LCD和EL。但在對實(shí)時(shí)性要求較高的場合，LCD就顯得有些力不從心了。下面就結(jié)合超聲數(shù)字式探傷儀的設(shè)計(jì)來重點(diǎn)介紹系統(tǒng)與EL屏的接口應(yīng)用問題。

由于在超聲探傷設(shè)備中往往需要對采得的回波信號進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，而且顯示的刷新速度要相當(dāng)快，所以在這種場合下，LCD的響應(yīng)速度就遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了設(shè)計(jì)要求，在此我們選用了美國PLANAR公司（www.planar.com）的一款EL320×240.36的EL屏。該屏不但有極高的響應(yīng)速度（小于1ms），而且功耗也很低（2.4W）。

其實(shí)，EL屏在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮到了接口及與LCD的兼容性問題，故其接口標(biāo)準(zhǔn)與4位LCD控制控制信號完全匹配。對EL屏的控制一般需要如下幾個(gè)信號：

（1）VS：幀信號；

（2）HS：數(shù)據(jù)鎖存信號；

（3）VCLK：列驅(qū)動(dòng)器的位移時(shí)鐘信號；

（4）VID0～VID3：列驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)線；

（5）VCC：5V電源輸入；

（6）VH：12V電源輸入；

（7）GND：地。

不過僅有這幾路控制信號還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法在EL屏上完成文本和圖形的顯示工作，一般還需要自行構(gòu)建出顯示控制模塊后才能進(jìn)行顯示。圖1所示就是控制模塊的總體框圖。

在該控制模塊中，SMOS133X是核心部件。它是由SEIKOEPOSON公司推出的一款顯示控制芯片（SED133X系列）。該芯片帶有功能強(qiáng)勁的I/O緩沖器、豐富的指令集及四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送能力。SED133X可與8080系列和M6800系列的MCU接口。它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫管理電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)序發(fā)生器構(gòu)成。其振蕩器可工作在1MHz～10MHz范圍。SED133X能在很高的工作頻率下迅速地解譯MCU發(fā)來的指令代碼，并將參數(shù)置入相應(yīng)的寄存器內(nèi)，同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的邏輯功能電路以使其正常運(yùn)行。控制部分可以管理64k顯示RAM、管理內(nèi)藏的字符發(fā)生器及外擴(kuò)的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGROM。SRAM可用于該控制模塊的顯示存儲。

圖2所示為該控制模塊的實(shí)際接口電路。

為使EL屏能正常工作，首先必須對SED133X進(jìn)行一系列的初始化工作，圖3是初始化的具體流程。具體的說明如下：

（1）系統(tǒng)設(shè)置工作主要是對顯示模塊進(jìn)行軟件初始化。如果該項(xiàng)設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么，系統(tǒng)將不能正常顯示。系統(tǒng)設(shè)置初始參數(shù)有內(nèi)、外字符發(fā)生器的選擇、外部字符發(fā)生器CGRAM的字符代碼范圍。外部字符發(fā)生器的字符點(diǎn)陣格式、驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)配置、顯示字符的高和寬有效顯示窗口的長度以及EL的點(diǎn)行數(shù)等。

（2）顯示區(qū)設(shè)置主要是對各顯示區(qū)的超始地址及所點(diǎn)有的顯示行數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（3）合成顯示方式設(shè)置用于規(guī)定重疊顯示的合成方式及一、三顯示區(qū)的顯示屬性。

（4）光標(biāo)地址設(shè)置主要是對光標(biāo)地址并行設(shè)置，該地址有兩個(gè)功能：一是作為顯示屏上光標(biāo)顯示的當(dāng)前位置，二是作為顯示緩沖區(qū)的當(dāng)前地址指針。如果光標(biāo)地址值超出了顯示屏所對應(yīng)的地址范圍，那么光標(biāo)將消失，所以在進(jìn)行編程設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意。光標(biāo)地址在讀、寫操作后將自動(dòng)修改。

（5）光標(biāo)形式設(shè)置用于對光標(biāo)的顯示方式及形狀進(jìn)行設(shè)定。

在初始化后，就可以對顯示屏進(jìn)行文本和圖像的顯示了。

以下為具體的初始化程序：所占用的寄存器為：

A，DPTR，R2，R3。

PR1：MOV DPTR，#0001H；指令口

MOV A，#40H ；SYSTEM SET指令代碼

MOVX @DPTR，A ；寫入指令代碼

MOV R2，#08H

MOV R3，#00H

PR11：MOV DPTR，#TAB1；寫SYSTEM SET參數(shù)

MOV A，R3

MOVC A，@A+DPTR

MOV DPTR，#0000H；數(shù)據(jù)口

MOVX @DPTR，A

INC R3

DJNZ R2，PR11

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#44H ；SCROLL指令代碼

MOVX @DPTR，A ；寫入SCROLL指令代碼

MOV R2，#0AH

MOV R3，#00H

PR12：MOV DPTR，#TAB2 ；寫入SCROLL參數(shù)

MOV A，R3

MOVC A，@A+DPTR

MOV DPTR，#0000H ；數(shù)據(jù)口

MOVX @DPTR，A

INC R3

DJNZ R2，PR12

MOV A，#5AH ；HDOTSCR指令代碼

MOV DPTR，#0001H

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H ；HDOTSCR P1=0

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#5BH ；OVERLAY指令代碼

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H ；OVERLAY P1=0

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0001H

LCALL PR2 ；調(diào)清RAM子程序

MOV A，#59H

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#54H ；開文本、圖形顯示

MOVX @DPTR，A

RET

清顯示RAM區(qū)子程序如下：

PR2：MOV DPTR，#0001H

MOV A，#4CH ；光標(biāo)地址指針移動(dòng)方向

MOVX @DPTR，A

MOV A，#46H ；光標(biāo)地址指針設(shè)置

MOVA @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H

MOVX @DPTR，A

MOVX @DPTR，A

MOV R2，#00H

MOV R3，#00H

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#42H ；寫數(shù)據(jù)指令

MOVX @DPTR，A

CLR A

PR21：MOVX @DPTR，A

DJNZ R3，PT21

DJNZ R2，PR21

RET

（注：TAB1，TAB2為SYSTEM SET與SCROLL指令參數(shù)，可根據(jù)需要制成不同的表，如TAB1：DB 30H，87H……等）

5 結(jié)束語

EL屏作為新一代的平板顯示屏，由于其自身的技術(shù)優(yōu)勢和簡潔的顯示控制功能而使其在工業(yè)控制現(xiàn)場和便攜式儀器設(shè)備中成為替代LCD屏的新一代顯示設(shè)置。