基于TRIZ理論液晶顯示模塊開發(fā)板的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

李志廣 高彥昭

摘 要： 基于目前多數(shù)液晶顯示模塊開發(fā)板只能適應(yīng)一種液晶顯示模塊接口的不足，設(shè)計(jì)一種能適應(yīng)多種液晶顯示模塊接口的開發(fā)板。對常見的各種液晶顯示模塊的接口進(jìn)行研究，總結(jié)了其所具有的共性和不同。將TRIZ中的沖突及其解決理論應(yīng)用到液晶顯示模塊開發(fā)板的設(shè)計(jì)中，得出創(chuàng)新解。采用多組撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)STC89C52RC單片機(jī)I/O口與各種不同液晶顯示模塊接口之間的匹配。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該開發(fā)板可以驅(qū)動(dòng)字符型、圖形點(diǎn)陣等各種8位并行數(shù)據(jù)接口的液晶顯示模塊。

關(guān)鍵詞： 液晶顯示模塊； 開發(fā)板； TRIZ； STC89C52RC單片機(jī)； 接口匹配； 創(chuàng)新解

中圖分類號： TN27?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）14?0058?04

Innovative design of development board for LCD module based on TRIZ

LI Zhiguang1，2， GAO Yanzhao1

（1. School of Sciences， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China；

2. National Technological Innovation Method and Tool Engineering Research Center， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China）

Abstract： As most development boards of LCD module can only be applied to a specific LCD module interface at present， a development board applicable to various LCD module interfaces is designed. Research on various common LCD module interfaces is carried out， and the similarities and differences that they possess are summarized. An innovative solution was obtained by applying the conflict in TRIZ and its solution theory to the design of development board for LCD module. The matching between the I/O interface of STC89C52RC MCU and various LCD module interfaces is achieved by using multiple sets of dial switches. It was experimentally verified that the development board can drive the LCD module with various 8?bit parallel data interfaces of different modes such as character and graphical dot?matrix.

Keywords： LCD module； development board； TRIZ； STC89C52RC MCU； interface matching； innovative solution

0 引 言

液晶顯示模塊的應(yīng)用開發(fā)在液晶器件專業(yè)方向的科研及教學(xué)實(shí)驗(yàn)，以及一些相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)中經(jīng)常進(jìn)行。例如在一些采用液晶顯示模塊作為人機(jī)界面的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，像家居智能信息儀設(shè)計(jì)[1]，基于單片機(jī)的智能SMS心率計(jì)設(shè)計(jì)[2]，基于T6963C的出租車計(jì)費(fèi)大屏幕顯示屏設(shè)計(jì)[3]等，其中液晶顯示部分的開發(fā)是極其重要的部分。

目前，一般使用的液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)開發(fā)板都只能適應(yīng)一種特定的液晶顯示模塊接口。很多工程師或科研工作者在進(jìn)行液晶顯示模塊的應(yīng)用開發(fā)或?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，都需要根據(jù)使用的具體液晶顯示模塊的型號進(jìn)行開發(fā)板驅(qū)動(dòng)電路接口設(shè)計(jì)，這個(gè)工作量是比較大的而且也是相對重復(fù)的工作。甚至，也有開發(fā)者將多種接口設(shè)計(jì)在一塊開發(fā)板上，這樣會(huì)造成開發(fā)板的面積變得非常大，使用起來很不方便。因此，設(shè)計(jì)一種能夠適應(yīng)多種液晶顯示模塊接口的兼容性開發(fā)板，使其能夠根據(jù)不同類型的液晶顯示模塊接口改變自身的接口配置，是非常有必要的。文中運(yùn)用TRIZ沖突及其解決理論，對液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)開發(fā)板進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決了開發(fā)板在面對多種類型的液晶顯示模塊時(shí)接口設(shè)計(jì)上的難題，實(shí)現(xiàn)了使用同一接口的開發(fā)板驅(qū)動(dòng)多種類型的液晶顯示模塊。

1 液晶顯示模塊的接口

液晶顯示模塊的接口引腳一般包括數(shù)據(jù)接口、電源接口、讀/寫接口、使能信號接口、片選信號接口、以及一些特定功能的引腳，但是引腳的順序并不是統(tǒng)一的。一般液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)接口是連續(xù)的8個(gè)引腳（DB0～DB7），而其他引腳如電源引腳（VSS，VDD）、時(shí)序引腳（RS，R[W]，E，RD，WR）、以及一些其他的功能引腳位于8個(gè)數(shù)據(jù)接口引腳的前或后，而且其位置和順序也不是固定的。以深圳市拓普微公司的兩款模塊為例，可以看出上述的引腳排列特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)和接口如圖1和圖2所示。

每種液晶顯示控制器都有其獨(dú)特的顯示功能特性、電路特性、指令系統(tǒng)，以及由控制器的引腳排布和液晶顯示模塊的電路板設(shè)計(jì)所造成的不同的電路接口。盡管不同液晶顯示器件生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同種類型的液晶顯示模塊的特性大同小異，但是具體的功能引腳的配置和引出位置卻不同。液晶顯示模塊種類繁多，要開發(fā)一款液晶顯示模塊關(guān)鍵是弄懂其所裝配的控制器。各種液晶顯示控制器的電路特性在各種液晶顯示模塊自身的電路板設(shè)計(jì)中解決，顯示功能特性和不同的指令系統(tǒng)是在顯示程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮的。也就是說，只有液晶顯示模塊的電路接口是在設(shè)計(jì)開發(fā)板時(shí)需要考慮的。

2 TRIZ中的沖突及其解決理論與液晶顯示模

塊開發(fā)板設(shè)計(jì)

2.1 TRIZ中的沖突及其解決理論

TRIZ是前蘇聯(lián)發(fā)明專家G.S.Altshuller等人在研究了世界上250萬件高水平專利的基礎(chǔ)上，提出的具有完整體系的解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化方法[4]。TRIZ理論廣泛應(yīng)用到技術(shù)工程領(lǐng)域，主要是機(jī)械、航空航天和電子技術(shù)等領(lǐng)域[5]。經(jīng)過近些年的應(yīng)用研究，目前已經(jīng)涉及到自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、生物科學(xué)、管理科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域[6?9]。沖突分為三類，TRIZ中主要解決技術(shù)與物理沖突[4]。技術(shù)沖突是指一個(gè)作用同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果，也可指有用作用的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致一個(gè)或幾個(gè)子系統(tǒng)或系統(tǒng)某方面性能變壞。物理沖突是指為了實(shí)現(xiàn)某種功能，一子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有某種特性，但同時(shí)出現(xiàn)了與該特性相反的特性。對于沖突可以應(yīng)用39個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)進(jìn)行描述，然后查找沖突矩陣確定發(fā)明原理，根據(jù)提示的發(fā)明原理利用類比的方式尋求創(chuàng)新解。

2.2 液晶顯示模塊開發(fā)板系統(tǒng)中沖突的發(fā)現(xiàn)

TRIZ理論就是靠發(fā)現(xiàn)和消除沖突，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[10]。如何發(fā)現(xiàn)和確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的沖突是十分關(guān)鍵和重要的。歸納起來，確定沖突的方法有TRIZ中的物質(zhì)?場分析[11]、QFD、AD、TOC等分析問題的理論和方法。

下面以物質(zhì)?場分析法對開發(fā)板驅(qū)動(dòng)液晶顯示模塊的系統(tǒng)進(jìn)行分析。液晶顯示模塊開發(fā)板的功能是對液晶顯示模塊提供電源、時(shí)序控制、功能設(shè)置以及顯示數(shù)據(jù)信號，從而液晶顯示器顯示出單片機(jī)程序中設(shè)計(jì)的內(nèi)容。然而，液晶顯示模塊開發(fā)板上的接口只能向特定的一種液晶顯示模塊提供上述信號，換為另外一種液晶顯示模塊將無法驅(qū)動(dòng)。此問題可用物質(zhì)?場模型來描述，如圖3所示。

圖3中，S2表示液晶顯示模塊開發(fā)板，S1表示液晶顯示模塊，F(xiàn)E表示開發(fā)板對液晶顯示模塊的作用。圖3中的箭頭為虛線表示開發(fā)板對液晶顯示模塊的作用不足，表明系統(tǒng)中存在沖突。需要進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)開發(fā)板對液晶顯示模塊作用的不足。改進(jìn)后的物質(zhì)?場模型如圖4所示。

該系統(tǒng)中的沖突可以描述為：為了開發(fā)板能夠驅(qū)動(dòng)多種液晶顯示模塊，需要在開發(fā)板上設(shè)計(jì)很多組電路接口，但這樣不僅會(huì)使開發(fā)板的面積增大，還會(huì)使設(shè)計(jì)電路板走線時(shí)難度和產(chǎn)品成本大大增加。

2.3 解決沖突實(shí)現(xiàn)液晶顯示模塊開發(fā)板創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在確定系統(tǒng)中的沖突后，需要借助TRIZ中的沖突解決理論進(jìn)行沖突求解[12]，消除沖突。消除沖突就標(biāo)志著問題得到了解決，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新。經(jīng)分析，此沖突屬于技術(shù)沖突，應(yīng)用39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)進(jìn)行描述。將該沖突描述為TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突，需要改善的參數(shù)是“35適用性及多用性”，惡化的參數(shù)是“6靜止物體的面積”。再應(yīng)用TRIZ中的“沖突矩陣”來確定需要采用的發(fā)明原理。從矩陣中查找到被建議的發(fā)明原理“15動(dòng)態(tài)化，16未達(dá)到或超過的作用”。考慮第一建議的發(fā)明原理，利用類比思考的方式可以得到解決沖突的思考方向。該問題的解為，為開發(fā)板設(shè)計(jì)一種接口，可以隨著所連接的不同類型的液晶顯示模塊而改變其接口配置。

2.4 液晶顯示模塊開發(fā)板的電路設(shè)計(jì)

根據(jù)2.2節(jié)得出的解得到啟發(fā)，采用多組撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)開發(fā)板接口的可變性，得到改進(jìn)型的液晶顯示模塊開發(fā)板方案，其原理示意圖如圖5所示。

根據(jù)得出的方案，采用Protel軟件設(shè)計(jì)開發(fā)板的電路原理圖，如圖6所示。

3 液晶顯示模塊開發(fā)板的測試

根據(jù)第2.4節(jié)所述的電路原理圖，生成PCB制板圖，制作PCB板，安裝元件，最后得到改進(jìn)型的液晶顯示模塊開發(fā)板，如圖7所示。

4 結(jié) 語

基于TRIZ中的沖突及其解決理論，對液晶顯示模塊開發(fā)板進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，得到在一塊開發(fā)板上使用同一個(gè)接口，驅(qū)動(dòng)多種液晶顯示模塊的創(chuàng)新解。經(jīng)過測試和分析，該開發(fā)板可以驅(qū)動(dòng)大多數(shù)基于8位并行數(shù)據(jù)接口形式的液晶顯示模塊，包括Intel8080以及M6800兩種時(shí)序接口的液晶顯示模塊。該開發(fā)板設(shè)計(jì)巧妙，使用方便，為液晶顯示模塊的開發(fā)提供了方便，在科研及教學(xué)方面具有非常高的實(shí)用價(jià)值。

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