基于EL屏的宽温显示模块设计

李敏哲，高俊丽，苏 倩

（西安航天动力测控技术研究所，陕西 西安 710025）

0 引 言

显示模块是军用便携式电子设备的重要组成部分。军用便携式电子设备的工作环境复杂多变，因此显示模块不仅需要能在高温、寒冷以及振动等恶劣环境下正常工作，而且需要自身体积小且功耗低。目前，市场上液晶显示屏种类繁多，但大部分属于工业级产品，因为环境适应性差、抗振性能差以及体积和功耗大，所以不能满足军用便携式电子设备的特殊使用需求。

（1）环境适应性差。工业级液晶屏的使用温度集中于-20～+50 ℃，而军用便携式设备为适应野外极端寒冷气候，设备使用温度均要求在-40～+70 ℃，因此常规工业级显示屏温度适应性差，无法满足军用便携式电子设备所需的宽温工作条件。

（2）抗振性能差。工业级液晶显示屏抗振性能差，可靠性低，如面对野外运输等恶劣环境，低抗振性将严重影响显示屏的正常使用，降低设备可靠性。

（3）体积大、功耗大。工业级液晶显示屏普遍含内置驱动，且功能复杂，因此整个液晶显示模块体积大、功耗大，无法满足小型便携式设备的需求。

Plannar公司的EL160.80.50是一款军品级电致发光显示屏，能够在-40～85 ℃温度范围内正常工作，并抵抗各种复杂环境下的剧烈振动[1]。此外，它显示屏体积小、功耗低且价格适中，特别适用于小型便携式设备。

1 系统设计

EL显示屏能满足军用便携式电子设备对显示模块的需求，但没有内置驱动，需要单独配置。配置的芯片要求采购方便、宽温工作、功耗低以及能适配常用的微处理器，因此采用EPSON公司生产的S1D13700F02驱动芯片，配合EL显示屏实现显示模块。S1D13700F02驱动芯片是日本EPSON公司生产的，用于控制传统单色液晶模块的芯片，功能框图如图1所示。

图1 S1D13700F02功能框图

S1D13700F02芯片具有较强的I/O缓冲功能，最高可支持 640×240（1 bit/pixe l）、320×240（2 bits/pixe l）和240×160（4 bits/pixe l），兼容逻辑5 V和3.3 V，支持Intel公司的MSC-51系列和Motorola公司的M6800系列微控制器，具有直接和间接两种寻址方式。直接寻址方式和间接寻址方式[2]分别如图2和图3所示。

图2 直接寻址方式

图3 间接寻址方式

驱动芯片和微处理器硬件的连接分为直接寻址和间接寻址。直接寻址通过16位地址总线直接选中片内地址进行读写，会耗费大量的微处理器I/O端口。本设计采用间接寻址方式，只要连接少量的I/O即可实现，有利于扩展微处理器的其他功能。间接寻址方式加大了软件编程的难度，使EL屏的初始化设置更复杂，命令的时序要求也更加严格。

2 硬件电路设计

选择89C52型号的微处理器，设计的液晶显示系统框架如图4所示。

图4 液晶显示模块框架图

按照S1D13700F02驱动芯片间接寻址使用方式的技术要求，S1D13700F02芯片硬件电路接口包含MCU节后、芯片控制以及液晶驱动3个部分。

2.1 MCU接口部

A0接口在间接模式下为I/O缓冲器选择信号。A0=1时，表示写数据和参数，读忙标志；A0=0时，表示写指令代码和读数据；D[7:0]为数据总线连接到MCU的P0口，RD为读信号，低电平有效，接MCU的P3.7；WR为写信号，低电平有效，接MCU的P3.6，WAIT为等待信号，低电平有效，接MCU的P3.5；RES为复位信号，接MCU的复位端；CS为片选信号，低电平有效，接MCU的P2.7；CNF4在间接模式下接3.3 V电压，CNF1接高电平，CNF0、CNF3以及CNF2接地。该驱动芯片采用50 M晶振和1/16分频[3]。接口电路如图5所示。

图5 接口电路图

2.2 芯片控制部

驱动芯片支持文本方式、图形方式以及文本和图形叠加方式。设计使用纯文本方式，显示芯片自带字符库。字符库包含160种5×7点阵字符字模。

2.3 液晶驱动部

驱动部负责传输数据和产生所需时序，采用4位并行方式进行传输。其中，FPFRAME为帧信号，负责显示每帧图像脉冲；FPLINE为行同步信号，负责显示行数据脉冲；FPSHIFT为像素输入脉冲；FPDAT[3:0]为数据总线，用来提供图像数据。

3 软件实现

软件编程主要包括系统初始化、写命令操作以及写数据操作3个部分。下面分别针对这3部分给出简单实例。

系统初始化程序：

按照上述程序，可以很容易实现点亮EL屏和输出字符。如果想显示汉字，需要进行额外的汉字编码。

4 结 论

以EL屏为基础，完成S1D13700F02驱动芯片硬件和软件的设计。以MCU为微处理器搭建系统框架，确保整个系统在高低温试验中正常可靠运行。该设计简单，能适应复杂多变的恶劣环境，相比同类军品级内置驱动显示屏，成本降低一半。但是，因为S1D13700F02驱动芯片目前不提供汉字字模库，所以需要使用人员自己开发，完善设计。