數(shù)字電位器在液晶顯示模塊溫度補償電路中的應(yīng)用

　液晶顯示器件獨具的低壓、微功耗特性使它可以直接與大規(guī)模集成電路結(jié)合開發(fā)出一系列具有便攜顯示功能的產(chǎn)品，再加之其顯示信息量大和接口方便等優(yōu)點，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于計算機和數(shù)字式儀表等領(lǐng)域，成為測量結(jié)果顯示和人機對話的重要工具。本文方案選用SMC0820E液晶顯示模塊作為顯示器件。為使LCM在不同的溫度下有較好顯示效果，還引入數(shù)字電位器X9313實現(xiàn)其溫度補償電路，有效控制LCM偏壓輸入。本文在介紹SMC0820E和X9313的基礎(chǔ)上，討論了兩者的硬件接口電路及軟件編程。

　　液晶顯示模塊SMC0820E

　　SMC0802E標(biāo)準(zhǔn)字符點陣型液晶顯示模塊，采用點陣型STN（Super Twisted Nematic）液晶顯示器，可顯示2×8西文字符，字符尺寸為2.96mm×5.56(W×H)mm，內(nèi)置HD44780接口型液晶顯示控制器，可與MCU單片機直接連接，廣泛應(yīng)用于各類儀器儀表及電子設(shè)備。

　　1 主要技術(shù)參數(shù)

　　工作電壓：4.8～5.2V；

　　工作電流：2.0mA（5.0V）；

　　工作溫度：-30～+80℃；

　　接口方式：并行接口。

　　2 溫度特性

　　液晶既具有晶體的雙折射性又具有液體的流動性，只有在一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)液晶態(tài)，且在液晶態(tài)溫度范圍內(nèi)，其特性也隨溫度變化而變化，這一特性對STN型LCD尤其重要。因此，LCD的特性與環(huán)境溫度密切相關(guān)。溫度低時，LCD的透射比就會降低，引起圖像模糊；溫度高時，又會產(chǎn)生嚴(yán)重的交叉效應(yīng)。為保證液晶顯示能在較寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，驅(qū)動電路的溫度補償是必不可少的。本方案引入數(shù)字電位器X9313進行溫度補償，可通過控制LCM的偏壓輸入使其保持穩(wěn)定的對比度。通過實驗，可得本文選用的液晶顯示模塊偏壓輸入的溫度特性，該溫度范圍適合正常工作環(huán)境的要求，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

　　由表1可知，對LCM偏壓輸入的控制分為兩部分：常溫和低溫。為得到低溫情況下詳細的溫度特性，對表1中數(shù)據(jù)進行三次樣條曲線擬合，可以得到該區(qū)間內(nèi)任一溫度對應(yīng)的偏壓輸入值，擬合曲線如圖1所示。

圖1 LCM溫度特性擬合曲線

　　數(shù)字電位器X9313

　　數(shù)字電位器屬于模擬/數(shù)字混合信號產(chǎn)品，是一種步進可調(diào)電阻。其輸入為數(shù)字量，輸出為模擬量，是一種特殊的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。但其輸出量并非電壓或電流，而是電阻值或電阻比率，故亦稱之為電阻式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。

　　1 性能特點

　　數(shù)字電位器與機械電位器相比，具有許多優(yōu)點，具體性能優(yōu)點如下：

　　（1）采用集成電路工藝制成的，徹底解決了因滑片磨損而造成接觸不良的問題。

　　（2）很容易與單片機或計算機接口，為實現(xiàn)批量產(chǎn)品的自動調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件。

　　（3）具有存儲設(shè)置或數(shù)據(jù)的記憶功能。下次通電時能自動恢復(fù)上次操作時的存儲位置。

　　（4）重復(fù)性好、可靠性高、密封性好、噪聲低、不容易受污染、防潮濕、抗振動、抗沖擊、基本不受溫度、濕度、壓力等環(huán)境因素的影響，使用壽命長，能提高系統(tǒng)的可靠性。

　　2 工作原理

　　X9313為基于三線加/減式接口的單路32抽頭非易失性數(shù)字電位器。該接口屬于異步串行接口，通過三根線來傳送控制信號，包括片選信號（CS）、滑動方向控制信號線（U/D）和滑動端控制信號線（INC，又稱計數(shù)脈沖輸入信號線）。X9313有多種工作模式可供選擇，用戶通過不同狀態(tài)下控制信號，選擇所需的工作模式，具體內(nèi)容可參見X9313數(shù)據(jù)手冊。

　　3 硬件接口電路

　　液晶顯示模塊SMC0802E與微控制器的接口有直接訪問和間接訪問兩種。直接訪問方式就是把LCM作為存儲器或I/O設(shè)備直接掛在單片機總線上；間接訪問方式就是把LCM與單片機的某個I/O口連接，單片機通過對該I／O口的操作間接實現(xiàn)對LCM的控制。本方案采用直接訪問方式，LCM的讀寫和片選信號也由MCU直接控制。數(shù)字電位器X9313的控制端CS、U/D、INC分別與MCU的三個I/O口連接，由MCU直接控制；輸出端通過兩個3kΩ分壓電阻與SMC0802E的VEE和V0連接，VEE為液晶顯示模塊負壓輸出，經(jīng)過電位器分壓，得到所需偏壓輸入V0，調(diào)節(jié)LCM對比度。NPN型三極管的E極接入MCU的I/O口，C極接入SMC0802E的BLK引腳，通過MCU輸出高低電平，控制三極管的導(dǎo)通，從而控制LCM背光的打開和關(guān)閉。具體硬件接口電路如圖2所示。

圖2 硬件接口電路

　　4 程序設(shè)計

　　軟件采用嵌入式C語言開發(fā)，溫度補償程序流程圖如圖3所示。

圖3 溫度補償程序流程圖

　數(shù)字電位器程序主要包括三個部分：調(diào)節(jié)阻值至零，調(diào)節(jié)阻值至所需位置和保存阻值。根據(jù)X9313的模式選擇和時序波形圖，控制MCU的I/O口輸出，選擇數(shù)字電位器不同的工作模式，輸出不同的阻值，調(diào)節(jié)LCM偏壓輸入。具體通用程序如下：

　　數(shù)字電位器輸出電阻分辨率為總阻值的1/32，程序中R_Num表示模擬開關(guān)的位置，電位器輸出電阻即為總阻值的R_Num/32。void Delay(int x)為延時函數(shù)，延時時間約Xms。

　　結(jié)語

　　將設(shè)計好的系統(tǒng)放入溫度箱，進行溫度實驗，結(jié)果表明：在不同溫度下，數(shù)字電位器輸出不同的電阻值，液晶顯示模塊對比度穩(wěn)定，顯示良好。