基于TRIZ理论液晶显示模块开发板的创新设计

李志广 高彦昭

摘 要： 基于目前多数液晶显示模块开发板只能适应一种液晶显示模块接口的不足，设计一种能适应多种液晶显示模块接口的开发板。对常见的各种液晶显示模块的接口进行研究，总结了其所具有的共性和不同。将TRIZ中的冲突及其解决理论应用到液晶显示模块开发板的设计中，得出创新解。采用多组拨码开关实现STC89C52RC单片机I/O口与各种不同液晶显示模块接口之间的匹配。通过实验验证，该开发板可以驱动字符型、图形点阵等各种8位并行数据接口的液晶显示模块。

关键词： 液晶显示模块； 开发板； TRIZ； STC89C52RC单片机； 接口匹配； 创新解

中图分类号： TN27?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）14?0058?04

Innovative design of development board for LCD module based on TRIZ

LI Zhiguang1，2， GAO Yanzhao1

（1. School of Sciences， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China；

2. National Technological Innovation Method and Tool Engineering Research Center， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China）

Abstract： As most development boards of LCD module can only be applied to a specific LCD module interface at present， a development board applicable to various LCD module interfaces is designed. Research on various common LCD module interfaces is carried out， and the similarities and differences that they possess are summarized. An innovative solution was obtained by applying the conflict in TRIZ and its solution theory to the design of development board for LCD module. The matching between the I/O interface of STC89C52RC MCU and various LCD module interfaces is achieved by using multiple sets of dial switches. It was experimentally verified that the development board can drive the LCD module with various 8?bit parallel data interfaces of different modes such as character and graphical dot?matrix.

Keywords： LCD module； development board； TRIZ； STC89C52RC MCU； interface matching； innovative solution

0 引 言

液晶显示模块的应用开发在液晶器件专业方向的科研及教学实验，以及一些相关企业的产品开发中经常进行。例如在一些采用液晶显示模块作为人机界面的应用系统的设计开发过程中，像家居智能信息仪设计[1]，基于单片机的智能SMS心率计设计[2]，基于T6963C的出租车计费大屏幕显示屏设计[3]等，其中液晶显示部分的开发是极其重要的部分。

目前，一般使用的液晶显示模块的驱动开发板都只能适应一种特定的液晶显示模块接口。很多工程师或科研工作者在进行液晶显示模块的应用开发或实验设计时，都需要根据使用的具体液晶显示模块的型号进行开发板驱动电路接口设计，这个工作量是比较大的而且也是相对重复的工作。甚至，也有开发者将多种接口设计在一块开发板上，这样会造成开发板的面积变得非常大，使用起来很不方便。因此，设计一种能够适应多种液晶显示模块接口的兼容性开发板，使其能够根据不同类型的液晶显示模块接口改变自身的接口配置，是非常有必要的。文中运用TRIZ冲突及其解决理论，对液晶显示模块的驱动开发板进行创新设计，解决了开发板在面对多种类型的液晶显示模块时接口设计上的难题，实现了使用同一接口的开发板驱动多种类型的液晶显示模块。

1 液晶显示模块的接口

液晶显示模块的接口引脚一般包括数据接口、电源接口、读/写接口、使能信号接口、片选信号接口、以及一些特定功能的引脚，但是引脚的顺序并不是统一的。一般液晶显示模块的数据接口是连续的8个引脚（DB0～DB7），而其他引脚如电源引脚（VSS，VDD）、时序引脚（RS，R[W]，E，RD，WR）、以及一些其他的功能引脚位于8个数据接口引脚的前或后，而且其位置和顺序也不是固定的。以深圳市拓普微公司的两款模块为例，可以看出上述的引脚排列特点，其結构和接口如图1和图2所示。

每种液晶显示控制器都有其独特的显示功能特性、电路特性、指令系统，以及由控制器的引脚排布和液晶显示模块的电路板设计所造成的不同的电路接口。尽管不同液晶显示器件生产厂家生产的同种类型的液晶显示模块的特性大同小异，但是具体的功能引脚的配置和引出位置却不同。液晶显示模块种类繁多，要开发一款液晶显示模块关键是弄懂其所装配的控制器。各种液晶显示控制器的电路特性在各种液晶显示模块自身的电路板设计中解决，显示功能特性和不同的指令系统是在显示程序设计时考虑的。也就是说，只有液晶显示模块的电路接口是在设计开发板时需要考虑的。

2 TRIZ中的冲突及其解决理论与液晶显示模

块开发板设计

2.1 TRIZ中的冲突及其解决理论

TRIZ是前苏联发明专家G.S.Altshuller等人在研究了世界上250万件高水平专利的基础上，提出的具有完整体系的解决发明问题的系统化方法[4]。TRIZ理论广泛应用到技术工程领域，主要是机械、航空航天和电子技术等领域[5]。经过近些年的应用研究，目前已经涉及到自然科学、社会科学、生物科学、管理科学等多个学科领域[6?9]。冲突分为三类，TRIZ中主要解决技术与物理冲突[4]。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统某方面性能变坏。物理冲突是指为了实现某种功能，一子系统或元件应具有某种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。对于冲突可以应用39个通用的标准工程参数进行描述，然后查找冲突矩阵确定发明原理，根据提示的发明原理利用类比的方式寻求创新解。

2.2 液晶显示模块开发板系统中冲突的发现

TRIZ理论就是靠发现和消除冲突，从而实现产品的创新设计[10]。如何发现和确定产品设计中的冲突是十分关键和重要的。归纳起来，确定冲突的方法有TRIZ中的物质?场分析[11]、QFD、AD、TOC等分析问题的理论和方法。

下面以物质?场分析法对开发板驱动液晶显示模块的系统进行分析。液晶显示模块开发板的功能是对液晶显示模块提供电源、时序控制、功能设置以及显示数据信号，从而液晶显示器显示出单片机程序中设计的内容。然而，液晶显示模块开发板上的接口只能向特定的一种液晶显示模块提供上述信号，换为另外一种液晶显示模块将无法驱动。此问题可用物质?场模型来描述，如图3所示。

图3中，S2表示液晶显示模块开发板，S1表示液晶显示模块，FE表示开发板对液晶显示模块的作用。图3中的箭头为虚线表示开发板对液晶显示模块的作用不足，表明系统中存在冲突。需要进行创新设计，弥补开发板对液晶显示模块作用的不足。改进后的物质?场模型如图4所示。

该系统中的冲突可以描述为：为了开发板能够驱动多种液晶显示模块，需要在开发板上设计很多组电路接口，但这样不仅会使开发板的面积增大，还会使设计电路板走线时难度和产品成本大大增加。

2.3 解决冲突实现液晶显示模块开发板创新设计

在确定系统中的冲突后，需要借助TRIZ中的冲突解决理论进行冲突求解[12]，消除冲突。消除冲突就标志着问题得到了解决，实现了产品的创新。经分析，此冲突属于技术冲突，应用39个标准工程参数进行描述。将该冲突描述为TRIZ标准冲突，需要改善的参数是“35适用性及多用性”，恶化的参数是“6静止物体的面积”。再应用TRIZ中的“冲突矩阵”来确定需要采用的发明原理。从矩阵中查找到被建议的发明原理“15动态化，16未达到或超过的作用”。考虑第一建议的发明原理，利用类比思考的方式可以得到解决冲突的思考方向。该问题的解为，为开发板设计一种接口，可以随着所连接的不同类型的液晶显示模块而改变其接口配置。

2.4 液晶显示模块开发板的电路设计

根据2.2节得出的解得到启发，采用多组拨码开关实现开发板接口的可变性，得到改进型的液晶显示模块开发板方案，其原理示意图如图5所示。

根据得出的方案，采用Protel软件设计开发板的电路原理图，如图6所示。

3 液晶显示模块开发板的测试

根据第2.4节所述的电路原理图，生成PCB制板图，制作PCB板，安装元件，最后得到改进型的液晶显示模块开发板，如图7所示。

4 结 语

基于TRIZ中的冲突及其解决理论，对液晶显示模块开发板进行了创新设计，得到在一块开发板上使用同一個接口，驱动多种液晶显示模块的创新解。经过测试和分析，该开发板可以驱动大多数基于8位并行数据接口形式的液晶显示模块，包括Intel8080以及M6800两种时序接口的液晶显示模块。该开发板设计巧妙，使用方便，为液晶显示模块的开发提供了方便，在科研及教学方面具有非常高的实用价值。

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