液晶顯示器的接口技術及其抗干擾對策研究

孫啟超 沈陽火炬北泰數碼科技有限責任公司

自重輕、能耗少、工作電壓低、呈現信息量大等均是液晶顯示器（LCD）的優勢，跟隨測控科技的發展進程，LCD 在各類儀表、儀器及電子裝置生產中應用范疇不斷拓展，被用在結果測量及人機對話等工作領域中。依照功能可以將LCD 分成筆段式、字符及圖像點陣式三種類型，相比之下，后兩種在測控儀表中應用更多見。應結合現實需求，選擇適宜的LCD，并有針對性的完善軟、硬件量大方面，進而取得最佳的應用效果。

一、LCD和微控制器的接口技術

（一）LCD 的并行接口

大部分情況下，顯示模塊的外部接口應用并行方法，畢竟采用如下模式執行外接口線的讀寫時序：（1）8080 模式：該模式的接口信號以工作主電源（Vcc）、偏置電源（Vee）、公共端（Vss）、寫入及讀入數據控制線等為主。（2）6800 模式：該模式中，Vcc、Vee、Vss 各自的功能同上，還有其他信號線，比如讀寫控制、允許信號等。在接口電路內，LCD 和微控制器的接口通常還會采用如下兩種方式[1]：

一是總線式接口。這種方式在各種CPU 芯片與具備并行總線（地址、數據及控制總線）接口的單片機上表現出較高的適用性。在接口電路內，DB0～DB7 直接和數據總線連接，其他信號線采用地址線與控制線共同譯碼生成。在譯碼電路內，可以選用簡潔邏輯去設計GAL 芯片。

二是I/O 接口。這種方式在各類單片機設備上表現出較高的適用性，包括MCS-51、PIC、51LPC 系列內。在接口電路內，采用對各條接口線進行讀寫的方式滿足LCD對時序提出的要求。

（二）Vee 的生成

在LCD 模塊，通常是采用調節Vee 值的方法去控制對比度。伴隨溫度改變，對比度大小也會出現一定變化，為確保調整的精準度，應增設溫度傳感器，利用補償電路進行操作的。大部分應用者通過將一個電位器增設到Vcc 與一個負電源V-之間，調節電位器使其輸出一個適宜的Vee，進而去調控LCD 的對比度。可以利用一個直流電源電路產生負電源V-。

如果某測控儀表內設計了RS232 接口，則就要有TTL 及RS232 電平配套的轉換電路。MAX202 芯是當下常用的芯片類型，由MAXIM 公司研發制造的，能夠轉換TTL 和RS232 電平。本芯片內置了電源提升泵，運作時僅需有5V 電源的協助，不必外接12V電源，有性能安全、可靠及操作快捷等特點。芯片引腳處有負電源輸出，可以巧用這個引腳去將直流電源電路取代。

二、抗干擾對策

大部分情景下，會將LCD 顯示屏安置在儀表的面板上，利用單條扁平線纜和主控板連接。儀表運行階段，內部形成的電磁干擾會影響LCD 工作效率及穩定性。可以嘗試采用如下抗干擾對策[2]：

（1）盡量選擇驅動能力較強的芯片作為主板上和LCD 模塊接口各自的邏輯電路；

（2）在LCD 模塊的接口內，將一個人0.1μF 濾波電容接入Vcc 與Vss 之間；

（3）LCD 模塊的作業電流極低，通常是幾個mA，但其背光局部所需的電流顯著高于其額定作業電流，盡可能實現作業及背光電源分別走線；

（4）利用/RES 引腳定期對液晶屏進行復位操作，這是確保晶顯示屏能在較長時間內安全、穩定運作的重要基礎。如果不準許執行以上過程，則建議檢測檢驗LCD 內部工作寄存器和顯示RAM，如果探查到LCD出現異常，則可以對其進行復位操作。

三、CMOS自鎖現象與抑制方法

在業內，自鎖現象還被叫做可控硅（SCR）現象，主要是由于器件中存有的pnpn 結構生成了雙結型寄生晶閘管，這種類型閘管的電路結構和SCR 結構表現出高度一致性。在檢測與應用階段，如果有外來電壓或電流信號觸發動作時，CMOS 器件的漏極（Vdd）與源極（Vss）間便會形成較大的導通電流。如果電流流動，只有通過斷離電源或降壓才能阻斷流動過程，內部生成寄生雙極晶閘管是CMOS 電路出現自鎖效應的主因。具體可以有內外因之分，內因主要是由于內部雙寄生晶體管自體的特別構造，外因有[3]：（1）輸入或輸出端的電平明顯低于Vss，或顯著高于Vdd；（2）Vdd端出現異常的浪涌電壓或噪聲引起的干擾；（3）電源電壓瞬時動作，造成反偏下p 阱-襯底結電容形成較大的充放電電流，伴隨電源電壓變化加速，電流值也會增加；（4）在電離輻射的作用下，比如α、γ 射線的持續性照射，導致部分異常電流流經襯底、阱等位置。

為規避發生自鎖情況，一是要從CMOS器件的生產制造工藝上著手，對其基本機構作出適度調整；而是改善電路設計工作，結合自鎖現象成因，運用相應的方法，具體如下：

（1）如果輸入、出電源端形成浪涌電壓或電流時，可以在相應的斷口串聯電阻，對觸發電流能起到一定限制作用，也可以通過加粗電源線的方法處理以上情況。

（2）如果檢測電源線阻抗值偏高時，系統中電流開關動作引起電壓出現動態式降低時，也增加了自鎖現象的發生率。面對以上情況，可以把電容接到Vdd與Vss之間，用于提供動態電流，降低電源線上的動態壓降值。

（3）因為很多自鎖現象是瞬間生成的，可以采用浪涌電壓或電流形成的強磁場內前斷開系統CMOS 器件提供電流，繞過強磁場后再進行上電作業。

四、結束語

LCD 自身有很多優勢特征，這也是其在電子產品領域實現規模化應用的主要原因。在實際中，應結合LCD 使用場景的不同選擇適宜的類型，采用適宜的接口技術，從多個方面應用抗干擾對策方法等，分析自鎖現象的具體成因，有針對性的采用相關措施方法及時解除等，進而確保LCD 能安全、穩定應用，將自身作用充分發揮出來，為人們生產生活、社會經濟發展貢獻更多的力量。