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屏進行顯示控制的原理和方法，給出了控制模塊的設(shè)計框圖及實際的電路連接圖。最后給出了該接口技術(shù)的軟件設(shè)計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屏則在每一個熒光點后面不到3mm處放置了成千上萬個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，也還有成千上萬個可以補上。

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顯示屏在運行時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、微型化的進一步發(fā)展，電子器件的功耗問題已成為一個相當(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屏作為人機交互設(shè)備。同時，簡單的輸入電源要求，也大大簡化了用戶的設(shè)計過程。

3.5 響應(yīng)時間

EL屏具有快速的響應(yīng)時間，能夠滿足實時顯示的要求，其響應(yīng)時間小于1ms；而TFTLCD的響應(yīng)時間則需要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。但在對實時性要求較高的場合，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)計來重點介紹系統(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行實時顯示，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)速度就遠遠滿足不了設(shè)計要求，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，EL屏在設(shè)計時就已經(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信號：

（1）VS：幀信號；

（2）HS：數(shù)據(jù)鎖存信號；

（3）VCLK：列驅(qū)動器的位移時鐘信號；

（4）VID0～VID3：列驅(qū)動器數(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遠無法在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)動時序的時序發(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)，同時觸發(fā)相應(yīng)的邏輯功能電路以使其正常運行?？刂撇糠挚梢怨芾?4k顯示RAM、管理內(nèi)藏的字符發(fā)生器及外擴的字符發(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際接口電路。

為使EL屏能正常工作，首先必須對SED133X進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行軟件初始化。如果該項設(shè)置出現(xiàn)錯誤，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)生器的字符點陣格式、驅(qū)動器系統(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)的超始地址及所點有的顯示行數(shù)進行設(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，所以在進行編程設(shè)計時，要特別注意。光標(biāo)地址在讀、寫操作后將自動修改。

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

在初始化后，就可以對顯示屏進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。