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1、数字显示原理发布:2011-09-07 | 作者: | 来源: liaozhihua | 查看:997 次 | 用户关注：数字电路的输出可以用字段形式、点矩阵形式或整字形式进行显示，显示器件主要有发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD）等。（1 ）LED 的工作原理和驱动电路 LED 是一种售价比较低的显示器件，如图1 所示。它利用场致发光原理工作，即通过偏置某些半导体的 PN 结使它发光。半导体的主要成分为磷化镓、磷砷化镓等，用来产生红色、绿色（磷化镓中掺入氮等杂质）等颜色的显示。图 1 发光二极管这种器件的工作电压和功耗都比较低，能直接与 TTLMO数字电路的输出可以用字段形式、点矩阵形
2、式或整字形式进行显示，显示器件主要有发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD）等。（1）LED 的工作原理和驱动电路 LED 是一种售价比较低的显示器件，如图 1所示。它利用场致发光原理工作，即通过偏置某些半导体的 PN 结使它发光。半导体的主要成分为磷化镓、磷砷化镓等，用来产生红色、绿色（磷化镓中掺入氮等杂质）等颜色的显示。图 1 发光二极管这种器件的工作电压和功耗都比较低，能直接与 TTLMOS 集成电路配合使用，受温度变化的影响小，使用寿命长，坚固牢靠。图 2 示出的是一种用 A、B 、C 、D 四个输人驱动 LED 显示的逻辑电路图。这一电路由四输人锁存器、译码器、显示控制电路和驱动级
3、等几部分组成。D、C 、B 、A 输人8421 码，与其对应的 LED 显示的数字为 09 。当 LE 为低电平时，将输入端A、B 、C、D 的状态打人锁存器；LE 转为高电平后，已打八的数据则锁定在触发器中。DPI 为小数点控制端，当其为高电平时，小数点点亮；为低电平时，小数点熄灭。BL 为显示消隐控制端，当其为高电平时，数码及小数点无条件消稳；反之，显示。RBI 用来控制无效零的消隐，按照图示逻辑，RBI0，DPI 0 ，而且锁存器内容为零，则不显示。此时，RBO 输出低电平。图 2 驱动 LED 显示的逻辑电路框图若将计数部分也包括进去，则可构成图 3 所示电路。图中 R 为计数器的复位
4、端。EN 和 CL 为计数允许和计数脉冲输入端。当 EN1 时， CL 正跳变计数；EN0 时不计数。或者，当 CL0 时，EN 负跳变计数；CL1 时不计数。图 3 带有计数功能的驱动电路（2）LCD 的工作原理和驱动电路 液晶是一种有机化合物，这种有机物质在一定的温度范围内，既具有液体的流动性和连续性，又具有某些晶体的光学性质。LCD 就是利用这种物质在电场的作用下能产生特殊的电光效应而制成的。按照使用的电光效应的不同，LCD 可分为动态散射效应和扭曲一向列效应两种类型；按采光方式的不同又可分为透射式和反射式。LCD 的基本结构由内表面刻有透明电极（典型图形为 7 段字形）的两块平板玻璃中
5、间注入薄薄（约 10pm 厚）的液晶层构成。它的上、下表面各放了一块偏振片（起偏振片、检偏振片）。下偏振片下面常常再放一块高效的反射器件，以获得良好的清晰度。LCD 采用表面排列技术，对刻有透明电极的玻璃进行表面处理，使液晶分子在液晶盒内的排列方向呈 90扭曲。线性偏振光进入扭曲的液晶盒后，偏振面旋转 90。加上电场后，由于正介电各向异性液晶分子的取向具有和电场方向排列一致的性质，故扭曲结构消失，线性偏振光可以直接通过液晶盒。去掉电场后，液晶分子的排列又恢复扭曲，使线性偏振光的偏振面旋转 90。因此，当扭曲液晶盒置于起、检偏振片之间时，改变两块偏振片的相对位置（正交或平行），就可得到白底黑字（
6、正常开启）或黑底白字（正常关闭）的显示形式。扭曲效应 LCD 工作原理如图 4 所示，两块偏振片正交排列，故可获得白底黑字的显示形式。图 4 扭曲效应 LCD 工作原理液晶数字显示器是一种被动式显示器件，它本身不发光，仅调制环境光。因此，可在室内外明亮环境中使用，而且显示的清晰度不随环境亮度的增加而减弱，在太阳光下也能清晰地显示。LCD 的驱动电压低（36V），功耗极微（0.3100pW），这也是LCD 的主要特点。因此，LCD 很适宜以 CMOS 电路直接驱动和用在以干电池供电的携带式数字仪表中。它的主要弱点是响应时间较长（毫秒级）、在黑暗环境中需加辅助光源才能显示。LCD 有静态驱动和动态
7、驱动两种驱动方式。图 5 是静态驱动的原理电路和接线图。前面一块玻璃板上的每一字段各有一根引出线，分别和驱动它们的电路相连。后面一块玻璃板上刻有公共电极，此公共电极用另一根引出线引出。各字段和电极上的驱动电压波形为交流方波。图 5 静态驱动的原理电路和接线图由数字电路的理论知，异或门的输出 SAB AB。式中，A 为控制字段是否显示的控制信号；B 为接公共电极的方波信号。当 A 端为“0”电平时，S 端与 B 端同相位，该字段与公共电极之间的电平之差为 0，因此不显示。当 A 端为“1”电平时，S 端相位与 B 端相位相反，字段与公共电极之间形成交流电压而显示。图 6 是与图 6 显示字符对应
8、的波形图，因为加在 a、 b、c、d 、g 5 个字段上的方波信号与公共电极方波的相位相反，所以产生交流方波；e、f 字段信号与公共电极方波相位相同，因而电位差为零。因此，显示数字“3” 。由此可见，只要在异或门输入端加控制信号，改变驱动器输出方波的相位，即可显示所需要的数字。图 6 静态驱动的波形注意，公共电极上所加的方波与异或门输出到显示器字段电极的方波必须严格对称，以保证加到 LCD 两端的交流电压平均值为零。过大的直流电压会使液晶材料迅速分解，大大缩短 LCD 的工作寿命。因此，要求直流分量越小越好，至少应小于 100mV。静态驱动方式常在显示位数不多的仪表中使用。对于显示位数多或显示内容多的场合，静态驱动则不合适。这时应采用多路寻址动态扫描方式，以减少显示器字段的引出线数目、驱动回路数目以及电路与显示器的连接线数目，以便降低成本，提高可靠性。
