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        1. 追求卓越品質

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          LCD的接口技術和抗干擾措施

          2019-08-22 21:13:45 124
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              液晶顯示器(LCD)具有重量輕、耗能小、工作電壓低、無輻射、顯示信息量大等優點。隨著測控技術的發展,LCD已被廣泛應用于各種儀器儀表、電子顯示裝置等場合,成為測量結果和人機對話的重要工具。液晶顯示器按其功能可分為三類:筆段式LCD(可顯示數碼)、字符點陣式LCD(可顯示數碼和英文字符)和圖像點陣式LCD(可以顯示字符、漢字、任意圖形)。在測控儀器儀表中,字符點陣式LCD和圖像點陣式LCD應用更為廣泛[1,2]。本文介紹了常用液晶顯示器與微控制器的接口技術及其抗干擾措施,結合最近開發的絕緣油耐壓測試儀中出現的CMOS自鎖現象,提出了一種在強電磁場等特殊環境下,可靠使用液晶顯示器的技術方法。

            LCD與微控制器的接口技術目前市面上的液晶顯示模塊是將接口電路、行列驅動以及液晶屏組合為一體的專用模塊,模塊中常有兩片以上的CMOS大規模集成電路,對外與控制器的接口功能只是一些工作方式寄存器的讀寫和對應的點陣RAM的讀寫,具體工作的方式控制、掃描顯示及驅動均由模塊內的集成電路來完??刂破髋cLCD交換數據信息有串行通訊方式(通過RS232接口)和并行通訊方式,LCD顯示屏大多采用并行接口方式。

            2.1 LCD的并行接口方式顯示模塊的外部接口一般采用并行方式,并行接口外接口線的讀寫時序常見以下兩種模式。(18080模式,這類模式通常有下列接口信號:Vcc(工作主電源)、Vss(公共端)、Vee(偏置負電源,常用于調整顯示對比度)/RES,復位線。DB0~DB7,雙向數據線。D/,數據/指令選擇線(1:數據讀寫,0:命令讀寫)。/CS,片選信號線(如果有多片組合,可有多條片選信號線)。/WR,MPU向LCD寫入數據控制線。/RD,MPU從LCD讀入數據控制線。(26800模式,在這種模式下,Vcc、Vss、Vee、/RES、DB0~DB7、D/I的功能同模式(1,其他信號線為:/,讀寫控制(1:MPU讀,0:MPU寫)。E,允許信號(多片組合時,可有多條允許信號線)。在接口電路中,微控制器與LCD的接口常采用兩種方式:1)總線式接口方式,該方式適用于各種CPU(如80×86)芯片和具有并行總線(地址總

            線、數據總線、控制總線)接口的單片機(如MCS 51系列),接口電路中,DB0~DB7直接接數據總線,其他信號線用地址線和控制線一起譯碼產生。在譯碼電路中,GAL芯片的使用可以簡化邏輯設計。(2)I/O接口方式,該方式適用于各種具有并行總線接口的單片機(如MCS 51系列,此時并行口直接進行操作)和不具備并行總線接口的單片機(如PIC系列、51LPC系列),接口電路中,通過對各條接口線讀寫實現LCD所要求的時序。

            2.2?。郑澹宓漠a生在LCD模塊中,對比度的調整往往是通過調整Vee的數值進行的。對比度的大小會隨著溫度的變化而變化,準確的調整方式是加以溫度傳感器通過補償電路來進行的。大多數使用者是采用在Vcc和一個負電源V_之間接一個電位器,通過調整電位器使之輸出一個合適的Vee來調整LCD的對比度。負電源V_可以通過一個直流電源電路產生。如果該測控儀表中設計了RS232接口,就需要有TTL電平與RS232電平的轉換電路。目前常用的芯片是MAX202芯片。MAX202是MAXIM公司出品的接口芯片,可以進行TTL電平與RS232電平的轉換。該芯片內帶電源提升泵,工作時只需單5V電源而無須外接12V電源,使用方便而且性能可靠。MAX202芯片的引腳有負電源輸出,利用這一個引腳可以代替一個直流電源電路。

            2.3 抗干擾措施LCD顯示屏常置于儀表的面板上,通過一條扁平電纜連接于主控板上。測控儀表內部的電磁干擾對LCD的工作有一定的影響[3,4],如果該儀表工作于工業生產過程,惡劣的環境對于液晶屏的工作更為不利,這就需要在設計中采用各種抗干擾措施,一般情況下采用下述措施即可:1)主板上與LCD模塊接口的邏輯電路盡可能采用驅動能力強的芯片。(2LCD模塊的接口中,在Vcc和Vss之間接一個0.1μF的濾波電容。(3LCD模塊的工作電流很小,為幾個mA,但其背光部分所需要的電流遠大于其工作電流,最好將工作電源和背光電源分別走線。(4)定期對液晶屏復位(通過/RES引腳)可以保證液晶顯示屏長期工作的穩定性。如果不允許液晶屏定期復位,可以檢測LCD內部工作寄存器和顯示RAM,一旦發現LCD不正常,可以對LCD復位。3?。茫停希幼枣i現象及其抑制隨著CMOS器件在電子設計領域中應用范圍的日益廣泛,對其性能可靠、抗干擾方面的要求也越來越高,而在特定環境下,其自身特有的自鎖[5]現象嚴重影響了系統的正常工作,因此,如何有效抑制CMOS自鎖現象的產生已成為使用CMOS器件設計電路中一個不可忽視的問題。

            3.1 自鎖現象自鎖現象又稱可控硅(SCR)現象。這是因為器件內部存在的pnpn結構形成了雙結型寄生晶閘管,此寄生晶閘管的電路結構與SCR的結構完全相同。在測試和使用過程中,當有外來的電壓或電流信號觸發動作,CMOS器件的漏極Vdd和源極Vss之間就會出現很大的導通電流。該電流一旦開始流動,即使除去外來觸發信號也不會中斷,只有關斷電源或將電壓降到某個值以下才能解除該電流,此時器件處于自鎖狀態。理論和實驗證明,CMOS電路的自鎖效應是由于其內部存在寄生雙極晶閘管所引起的。產生自鎖的原因是多方面的,具體分為外部原因和內部原因兩類。內部原因是因其內部雙寄生晶體管的特殊構造引起的,其制造工藝在出廠后已確定,在此不做詳述。外部原因主要由以下幾方面構成:1)輸入或輸出端的電平下降到比Vss還低,或者上升到比Vdd還高;2)接到Vdd端的電源有異常的浪涌電壓或噪聲干擾侵入;3)電源電壓瞬間跳動引起反偏下p阱襯底結電容出現較大的充放電電流,該電流的大小與電源電壓變化速度呈正比;4)受到電離輻射,如α射線或γ射線輻照,使襯底、阱等處有異常的電流流過。

            3.2?。茫停希幼枣i現象的抑制措施為了避免自鎖現象的發生,一方面從CMOS器件的制造工藝上改進其基本結構,另一方面在電路設計中,針對具體產生自鎖的原因采取相應的措施,具體為以下幾種方案:1)輸入輸出電源端有浪涌電壓或電流出現時,可在輸入端、輸出端串聯電阻以限制觸發電,或者加粗電源線。(2)當電源線阻抗較高時,系統內集成電路開關引起的動態壓降也易引起自鎖。此時可在Vdd和Vss間接入電容,提供動態電流,減小電源線上的動態壓降。(3)由于大多數自鎖現象是外來噪聲和系統暫態過程引起的,只是瞬間產生,可在由浪涌電壓或電流引起的強磁場形成前斷開系統內CMOS器件的供電,躲過強磁場后繼續上電工作。4 絕緣油耐壓測試儀LCD顯示中的CMOS自鎖現象的抑制措施。

            4.1 絕緣油耐壓測試儀設計中自鎖現象的產生絕緣油耐壓測試儀是一種廣泛應用于電力行業的測量變壓器絕緣油耐壓強度的儀器。其工作原理是:在電力絕緣油的測試過程中,需要一個可調的高壓電壓,該電壓加在絕緣油杯兩端,電壓由零逐步上升,當電壓在任意時刻擊穿時,當前的電壓值即為油的絕緣值。具體實現電路原理框圖如圖1?! ∑渲?/span>,系統的高壓產生部分是通過交流電機帶動自耦變壓器(可調),產生0220V的交流電,經過1400的高壓變壓器產生088kV交流電壓。在具體的設計調試中,我們發現每當絕緣油被擊穿時,用于顯示系統加壓狀態的液晶屏都會出現花屏,導致系統不能正常工作。經過反復實驗發現,造成系統工作失常的是由于在絕緣油擊穿時,通過油杯的擊穿電流為1020mA,因變壓器變壓比為1400,升壓變壓器初級線圈將有48A的大電流流過,這么大的電流突變在電路周圍產生了強電磁場干擾,嚴重干擾了暴露在外的液晶顯示模塊中CMOS器件,引發了器件的自鎖現象。

            4.2 抑制方法由于本系統中,CMOS器件是集成在液晶模塊中,不能采取傳統方法直接加限流電阻來抗干擾,只能采用第三種方法來抑制自鎖現象的產生。具體實現是:一方面,將系統中大電流導線遠離微機控制電路,并使兩根大電流導線絞合成雙絞線以降低對外的空間干擾;另一方面,考慮到由于大多數自鎖現象是外來噪聲和系統暫態過程引起的,只是瞬間產生,則可在由浪涌電壓或電流引起的強磁場形成前斷開系統內CMOS器件的供電,待強磁場撤除后繼續上電工作。為此,本系統增設了擊穿時的復位電路,見圖2。其中J1繼電器控制高壓的閉合與斷開,2繼電器控制液晶顯示屏的供電;1為D觸發器,當SD=,CD=L時,=;當SD=,CD=H時,=H。滿位開關信號是由滿位限位開關提供,在電機正轉達到滿位之前,輸出為高。具體工作原理是:系統啟動時,啟動信號輸入為低脈沖,觸發器CD為低,滿位開關輸入高電平信號,此時Q=L低,1繼電器閉合,高壓接通。當高壓擊穿時或電機正轉到滿位(二者滿足任一條件),高壓信號輸入變低,觸發器SD=,CD=,=,高壓控制繼電器斷開,同時因C3電容兩端電壓不能突變,4輸出正脈沖,2動作,斷開液晶屏供電電源,而且RESET輸出為高,復位信號有效,系統復位。過一段時間(約1s)后,+5V電源對電容C3充電,使電容兩端變高,4輸出變低,液晶屏恢復正常供電,系統復位撤除,恢復正常工作。

            4.3 試驗結果實驗表明,該方法能有效控制絕緣油擊穿時高壓的通斷,能夠準確測量變壓器絕緣油的耐壓值,并且在絕緣油擊穿時斷開液晶顯示模塊的電源供電,有效避免了液晶屏內CMOS器件自鎖現象的產生。

           


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