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1、LCD控制器班级： 计算机14-1班 学号： 140344801XX 姓名： 一.实验目的1.掌握LCD控制器的工作原理；2.掌握LCD控制器在实际开发的运行及编程。二实验内容1液晶显示基础知识1.1 液晶显示原理（1）液晶材料特性实验发现，液晶材料在一定的温度范围，处于兼有液体和晶体两种特性的物质状态中。液晶显示器是以液晶材料为基本材料，并将其装在两块导电玻璃基片间的液晶盒中，依靠外电场作用于初始排列的液晶分子，使液晶单元产生遮光与透光效果，达到显示目的的一种显示设备。液晶分子的液体特性，使其具有两个非常有用的特点。一个特点是，当把液晶材料装入两面带有细小沟槽的液晶盒中，在无外电场作用下，液
2、晶单元的液晶分子会顺着两个面的沟槽方向排列；如果对液晶单元施加一定的外电场，棒状液晶分子会以电流流向方向排列。另一个特点是，如果液晶层分子排列方向发生了扭转，会使通过液晶层的光线随之扭转，以不同方向（与入射面方向不同）从另一个面射出。液晶材料本身并不发光，通常在玻璃基片的一侧有一个光源，称为背光源。液晶面板一般在每个像素对应处有一个液晶单元，液晶单元连接一对电极，通过给电极对施加一定的电压，或使电压为0，使得液晶单元能够阻挡背光源的光线通过，或允许背光源的光线通过，产生像素暗、亮的显示效果。 TN型液晶器件显示原理TN（Twisted Nematic，扭曲向列型）液晶器件显示原理参见图1.1。
3、 图 1.1 TN型液晶器件显示原理图图1.1中，两块导电玻璃基片间充满了液晶，上下偏光片（起偏器、检偏器）偏振轴作正交设置。当不加电压时，如图左侧，液晶分子沿着两个面排列，但分子长轴在上下基片之间连续扭曲90度。由于液晶分子的排列使得液晶具有90度的旋光性，从而使入射偏振光的偏振方向（透光方向）旋转90度，透过检偏器，实现透光。图1.1中右侧表示加了一定的电压后，液晶分子的长轴开始沿电场方向倾斜。当电压达到一定值时，液晶分子都变成沿电场方向排列，这时液晶90度旋光性能消失，进入的偏振光被检偏器阻隔，光线无法射出，从而可以遮光也有将图1.1中上下偏光片的偏振轴平行排列的，这种液晶器件不加电时遮
4、光，加电时透光。3 TN型液晶器件电光特性曲线TN型液晶器件电光特性曲线见图1.2。 图 1.2 TN型液晶器件电光特性曲线当液晶器件的起偏器和检偏器的偏振轴正交排列，如图1.1所示，它的电光特性曲线是图1.2(b)中的正型电光特性曲线。在图1.2(b)中，横轴表示加在液晶单元电极对上的电压，纵轴表示液晶单元透光强度，它是跟随加在电极对上的电压改变的。当施加的电压为0时，透光强度最大；当施加的电压等于阈值电压Vth时，透光强度为90%；随着施加电压的增大，透光强度逐渐降低，当施加电压达到饱和电压Vs后，透光强度降低为10%；之后电压的增大引起透光强度的变化就很缓慢了。当施加电压变为0时，透光强
5、度又变为最大。当液晶器件的起偏器和检偏器的偏振轴平行排列时，它的电光特性曲线是图1.2(a)中的负型电光特性曲线。由于液晶体在直流电压作用下会产生电解作用，并且液晶单元是容性负载，加在电极对上的正压或负压所起的作用是一样的，所以采用交流驱动的方法，某段时间电极对施加正压，另一段时间施加负压。由于TN型液晶器件存在以下缺点：电光特性曲线不陡，电光响应速度慢，光透过和遮挡不彻底，所以TN型液晶器件只限于用作液晶中的低档产品，如手表、数字仪表、电子钟、计算器中的LCD。4 STN型液晶器件显示原理STN（Super Twisted Nematic，超扭曲向列型）液晶器件显示基本原理，是将传统的TN液
6、晶分子扭曲角加大，实验证明这样就可以明显地改善电光特性曲线的陡度。扭曲角在180360度时的液晶器件被称为超扭曲向列型液晶。当扭曲角为270度时，电光特性曲线陡度最大。1.2 STN LCD基础知识S3C2410A LCD控制器支持的STN LCD面板可以分为单色面板和彩色面板。不同的单色面板可以分为只显示单色、标定为4级灰度、标定为16级灰度的面板。不同的彩色面板可以分为显示256色、显示4096色的面板。只显示单色的STN面板显示原理介绍如下。假设面板规格为320240，表示面板上有240行、360列显示像素。也就是说，240行中的每1行，有360个像素；而360列中的每1列，有240个像
7、素。生产液晶面板时，在上下玻璃基片内侧，各光刻出X方向和Y方向两组平行的直线电极，每一个X、Y电极交叉处对应一个液晶单元（像素）。X方向电极称为行电极，也称扫描电极；Y方向电极称为列电极，也称信号电极。在X方向某一电极与Y方向某一电极施加驱动电压后，在外电场作用下，X方向与Y方向交叉点液晶单元中液晶分子的初始排列状态发生改变，调制通过液晶单元的背光，产生亮与暗、遮光与透光的效果，达到显示的目的。外加驱动电压必须超过液晶显示的阈值（通常大于饱和电压），并且应该维持一定时间。当驱动电压消失后，该液晶单元的液晶分子排列又恢复到初始排列状态。STN液晶屏一帧的显示过程，可以细分为一帧中各行的显示过程。
8、例如液晶屏为240行，360列。每一帧的显示先从第一行（液晶屏顶部）开始，然后是第2行、第3行，直至最后1行，即第240行。最后1行显示完，一帧显示结束，开始下一帧的显示。这种显示模式称为单扫描模式。每一行的显示，首先由LCD控制器将这一行的360个像素（列像素）对应的数据（像素数据），比如1表示显示，0表示不显示，通过传输线送到LCD驱动器的移位寄存器。移位寄存器的每1位，与1个列电极相连。之后LCD控制器通过传输线送出行同步信号脉冲到LCD驱动的某一行的电极，在这一行的电极与连接在移位寄存器上的360个列电极共同作用下，对这一行上的360个液晶单元分别施加了不同的两种合成驱动电压，例如某一
9、像素合成电压为0，而另一像素合成电压为饱和电压，由此决定了这一行上列像素的显示与不显示。行同步信号脉冲结束后，这一行360个列液晶单元将不再施加行驱动电压。这种驱动技术称为无源动态驱动技术。液晶屏双扫描模式指的是，把液晶屏分成上半屏和下半屏两部分，比如某液晶屏全屏为240行，把1120行作为上半屏，121240行作为下半屏。LCD控制器首先同时送出第1行和第121行的数据（例如8条数据线中4条用于第1行数据传输，另4条用于第121行数据传输，连续传输），分别送到LCD驱动器的两个移位寄存器，当这两行全部数据送完，LCD控制器发出行同步信号脉冲，LCD驱动器同时扫描这两行。然后LCD控制器依次送
10、出第2行和第122行数据，扫描； 。S3C2410A LCD控制器支持单色STN面板灰度显示的基本原理描述如下。前面讲过，对LCD面板X方向某一电极与Y方向某一电极施加驱动电压，该电极对应的液晶单元处于显示状态；没有施加驱动电压，液晶单元处于非显示状态；也就是说液晶单元只处于这两种状态中的一种。驱动电压不能单独控制某一液晶单元（像素）显示的亮暗程度（灰度级）。一个单色LCD面板如果标定为16级灰度时，有灰度0、1、2 15共16个级，如果LCD面板上某像素显示灰度级为0，LCD控制器把每16帧作为一个周期，在这连续的16帧中，控制该像素均不显示；另一个像素灰度级为1，LCD控制器控制该像素在1
11、帧中显示，其余15帧该像素均不显示；对灰度级为15的像素，LCD控制器控制该像素在16帧均显示。用这种方法，实现了灰度16个级的显示。对于STN彩色面板，例如能够显示4096色，其中红色有16个级、绿色有16个级、蓝色有16个级。红、绿、蓝色各个级组合起来就能够产生4096种颜色。彩色显示的基本原理，是显示面板的每个像素（分为3个窗口，各加了红、绿、蓝滤光片，可以显示红、绿、蓝三原色）由红、绿、蓝三个子像素组成，红色（绿色、蓝色）16个级产生的方法与前述灰度产生16个级的方法相同。S3C2410A LCD控制器输出到单色STN LCD驱动器的数据，是某一行、某一列像素亮与灭对应的数据；对彩色S
12、TN LCD驱动器，是某一行、某一列像素的3个子像素（红、绿、蓝）亮与灭对应的数据。1.3 TFT LCD基础知识TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管型） LCD内部驱动方式与STN LCD不同之处是，TFT LCD对液晶屏的每个液晶单元（像素），连接一个有源器件，使每个液晶单元可以单独驱动、控制。这种驱动技术称为有源驱动技术。有源器件和矩阵电极均在下基板，上基板只有一个公用电极。TFT LCD使用的液晶材料，仍然是TN（扭曲向列型）材料。TFT液晶屏内部驱动电路框图见图1.3 图 1.3 TFT液晶屏内部驱动电路见图1.3，TFT LCD玻璃基板与STN LCD玻璃基
13、板不一样，在下基板上要光刻出行扫描线和列寻址线，构成一个矩阵。在其交点上要制作出TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管）有源器件和液晶单元电极。同一行中与各液晶单元串联的场效应管（FET）的栅极是连在一起的，故行电极X也称为栅极母线；而信号电极Y同一列中各FET的漏极连在一起，故列电极也称为漏极母线；FET的源极则与液晶单元的电极相连。为了增加液晶单元的显示时间，液晶单元还并联一个适合的电容。显示时，当扫描到某一行时，扫描脉冲使该行上的全部FET导通，同时各列将信号电压施加到液晶单元，并对并联的电容充电。如果信号电压大于已经存储在液晶单元并联电容上的电压，则对该电容充电而
14、提高其电压；如果信号电压小于液晶单元电容上的电压，则降低该电容上的电压。扫描行各列信号电压的大小决定了各液晶单元透光的多少。当一行扫描过后，这一行变成了非选通行，下一行变成了选通行，不管以后各列信号如何变化，都不会影响非选通行。由于有源器件的存在，并且液晶单元并联电容具有电荷存储性，电容上的信号电压可以保持一帧时间不变。单个液晶单元的显示原理，可以用于彩色显示，采用在每个像素位置处开三个窗口，分别加红、绿、蓝滤色膜等技术加以实现。 对彩色TFT LCD驱动器，S3C2410A LCD控制器送出的数据是每一行每一列红、绿、蓝三色对应的数字信号，如红色级数字信号、绿色级数字信号和蓝色级数字信号，由
15、LCD驱动器将它们显示出对应级的红色、对应级的绿色和对应级的蓝色。TFT液晶屏也使用背光。1.4 STN/TFT LCD特点及应用场合与TFT LCD比较，STN LCD主要特点有：对比度不高、色彩不丰富、反应速度慢、价格较低。常用于普通电话机、普通游戏机、传真机、医疗设备、仪器仪表、电子词典、PDA、MP3和汽车仪表上的显示模块。而TFT LCD对比度高、色彩丰富、反映速度较快、价格较高。常用于笔记本电脑、动漫显示设备、PC机、手机、数码相机等作为显示模块。2. S3C2410A LCD控制器概述LCD控制器支持STN型和TFT型面板。LCD控制器使用专门的LCD DMA通道，读取位于系统存储器（内存）视频缓冲区的图像数据，在LCD控制器中经过处理或变换，与相应的时序信号配合，送到LCD驱动器。LCD驱动器与LCD面板是一体的。 LCD控制器能够与如下STN LCD面板接口： 单色显示LCD面板； 2BPP（Bits Per Pixel，位/像素），单色LCD面板标定为4级灰度； 4BPP，单色LCD面板标定为16级灰度； 8BPP，256色，彩色LCD面板； 12BPP，4096色，彩色LCD面板。 LCD控制器能够与如下TFT彩色LCD面板接口： 1BPP、2BPP、4BPP和8BPP，在LCD控制器内使用调色板的
