液晶顯示器是一種電壓型非主動(dòng)發(fā)光顯示器，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。典型液晶顯示器利用液晶材料的介電常數(shù)各向異性和折射率各向異性的物理特性，通過(guò)改變加在液晶盒上的電壓來(lái)改變液晶分子的排列方式，從而改變液晶盒的透光率這一原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光的控制，通過(guò)反射（無(wú)背光型）或透射（有背光型）光來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示，液晶顯示器功耗很低，適用于使用電池的電子設(shè)備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。

　　試驗(yàn)室用于LCD的測(cè)試系統(tǒng)就是在液晶盒中注入不同的液晶材料，用電極引線做成筆段式或矩陣型的LCD，然后在電極上加上所要求的驅(qū)動(dòng)脈沖，使被選行與被選列交叉位置上的液晶像素或筆段在電場(chǎng)作用下呈現(xiàn)顯示狀態(tài)，以此測(cè)試LCD的性能，現(xiàn)代科技將各種非電量的信息，處理器進(jìn)行感知和處理，傳輸給顯示裝置，再由顯示裝置進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)換，經(jīng)由顯示器件轉(zhuǎn)換為人類視覺(jué)可識(shí)別的信息。目前試驗(yàn)室的測(cè)試只能用簡(jiǎn)單的方波作為驅(qū)動(dòng)脈沖，然而LCD的驅(qū)動(dòng)必須采用交流驅(qū)動(dòng)，以減少直流分量。為了使測(cè)試方便、快捷，要使驅(qū)動(dòng)電源能夠提供各種所需驅(qū)動(dòng)脈沖；要使驅(qū)動(dòng)電源使用方便快捷。本設(shè)計(jì)目的就是制作一款用于LCD測(cè)試系統(tǒng)的程控驅(qū)動(dòng)器。該程控驅(qū)動(dòng)器基于嵌入式系統(tǒng)ARM7實(shí)現(xiàn)程序控制，內(nèi)建DC／DC升壓電路和DC／AC轉(zhuǎn)換電路以提供直流電源和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，電源內(nèi)建／外接可選。該系統(tǒng)輸出的脈沖電壓峰值、頻率、占空比均可調(diào)。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　Philips的LPC2132是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有32kB、64kB、128kB、256kB和512kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。該系統(tǒng)就是采用LPC2132，一方面通過(guò)其2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件I2C接口傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)字電位器，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)程控來(lái)半自動(dòng)化調(diào)節(jié)升壓DC／DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)反饋，而升壓DC／DC轉(zhuǎn)換器能在芯片操作時(shí)調(diào)整輸出電壓；另一方面通過(guò)脈寬調(diào)制器PWM輸出脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)光電耦合繼電器中的LED，使其實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能，一路PWM輸出控制2個(gè)光電耦合繼電器的開(kāi)與關(guān)來(lái)選擇所需電壓，一路PWM輸出控制4個(gè)橋式光電耦合繼電器的開(kāi)與關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流轉(zhuǎn)換交流。這樣可以讓實(shí)驗(yàn)更加順利的進(jìn)行，并且這樣可以更快的得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　考慮到內(nèi)部產(chǎn)生的電壓范圍可能達(dá)不到所需電壓的范圍，巧妙地接入了外部電壓輸入端，并用一個(gè)雙道雙擲開(kāi)關(guān)內(nèi)外互換；另外，由于PWM輸出脈沖達(dá)不到LED工作所需的電壓電流，因此增加了LED的驅(qū)動(dòng)電路模塊；該程控驅(qū)動(dòng)器有2個(gè)輸出。如圖1所示的交流電壓輸出。

    1.1 0～90 V可調(diào)直流電源設(shè)計(jì)

　　采用2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件I2C接口傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)字電位器X9241，通過(guò)程控來(lái)半自動(dòng)化調(diào)節(jié)升壓DC／DC轉(zhuǎn)換器LT3482的負(fù)反饋，而LT3482能在芯片操作時(shí)調(diào)整輸出電壓。設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

    電路中，將X9241的4個(gè)電位器串聯(lián)起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)254級(jí)可調(diào)，同時(shí)與-122 kΩ的電阻串聯(lián)到5 V電壓上，根據(jù)分壓原理，該電位器的輸出電壓可達(dá)O～1.235 V。將X9241的SCL和SDA連接到LPC2132的I2C總線上進(jìn)行串口通信，通常在SCL和SDA線上需要設(shè)置上拉電阻，由于LPC2132的I2C總線上已具有上拉電阻，故此處的上拉電阻可以省略。將X9241的4位地址A0～A1引腳都連接到地，此時(shí)編程地址定義為0000。  數(shù)字電位器X9241的滑動(dòng)輸出端連接到LT3482的13腳（CTRL引腳），以提供輔助基準(zhǔn)輸入電壓O～1.235V。當(dāng)輔助基準(zhǔn)輸入電壓在0～1.235V時(shí)，LT3482將調(diào)節(jié)輸出電壓Vout2（4腳），使負(fù)反饋端（14腳）電壓Vref與輔助基準(zhǔn)輸入電壓匹配。如圖所示，Vout2與Vref存在以下關(guān)系：  

　　為了實(shí)現(xiàn)Vout2輸出0～90 V可調(diào)電壓，設(shè)計(jì)中取RL1，RL2的值分別為1 MΩ，14 kΩ。

　　1.2 頻率、占空比可調(diào)的正負(fù)脈沖電路設(shè)計(jì)

　　主要將光耦用于開(kāi)關(guān)電路，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)直流變交流，基本思路如圖3所示。它采用4個(gè)光耦構(gòu)成橋式電路，其中1，2，3，4四個(gè)開(kāi)關(guān)擬為4個(gè)光耦：a端接入電壓；c端接地；b，d作為輸出端。工作時(shí)，1，3開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，同時(shí)2，4開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，接著2，4開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，同時(shí)1，3開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。這樣反復(fù)交替更換即可實(shí)現(xiàn)正負(fù)脈沖。

   　　光耦的“開(kāi)”與“關(guān)”實(shí)際上是其內(nèi)部LED的點(diǎn)亮與否，所以用一脈沖驅(qū)動(dòng)LED，即可實(shí)現(xiàn)光耦的“開(kāi)”與“關(guān)”。至于如何實(shí)現(xiàn)b，d輸出端的脈沖頻率、占空比可調(diào)，可以轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)PWM輸出的脈沖頻率，占空比。由于光耦內(nèi)部LED的工作電壓為1.0～1.5 V，工作電流為10 mA左右，而PWM輸出脈沖電壓3.3 V電流比較小，由于電壓比較大但是電流不大，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)加入了晶體管、電阻、5 V電壓。由于需要上下幅值不一樣的正負(fù)脈沖，所以導(dǎo)致電壓不夠需求，這樣就無(wú)法工作，所以在設(shè)計(jì)時(shí)多增加了2個(gè)光耦來(lái)選擇上下電壓幅值，同時(shí)也增加了2個(gè)外部輸入端口。

　　2 軟件編程

　　首先對(duì)要實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)波形進(jìn)行分析。如圖4所示，對(duì)要實(shí)現(xiàn)的脈沖P1，P2進(jìn)行分析。通過(guò)PWM4來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖電平的轉(zhuǎn)換，將其設(shè)置為雙邊沿輸出；通過(guò)PWM2來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖的正負(fù)轉(zhuǎn)換，將其設(shè)置為雙邊沿輸出。當(dāng)確定了Vout1，Vout2，t1，t2，t3，t4，T時(shí)，輸出脈沖就確定了。如圖所示：

    首先對(duì)要實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)波形進(jìn)行分析。如圖4所示，對(duì)要實(shí)現(xiàn)的脈沖P1，P2進(jìn)行分析。通過(guò)PWM4來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖電平的轉(zhuǎn)換，將其設(shè)置為雙邊沿輸出；通過(guò)PWM2來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖的正負(fù)轉(zhuǎn)換，將其設(shè)置為雙邊沿輸出。當(dāng)確定了Vout1，Vout2，t1，t2，t3，t4，T時(shí)，輸出脈沖就確定了。

　　程序設(shè)計(jì)思路如下：上電后系統(tǒng)進(jìn)行初始化，當(dāng)MCU接收到開(kāi)始命令時(shí)（0xCD），開(kāi)啟串口通信，將Vout1，Vout2，t1，t2，t3，t4，T七個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)定好。接著，Vout1，Vout2進(jìn)行公式轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)通過(guò)2路I2C總線發(fā)送到數(shù)字電位器來(lái)調(diào)節(jié)升壓AD／AD轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，與此同時(shí)PWM2，PWM4進(jìn)行雙邊沿輸出來(lái)調(diào)節(jié)輸出脈沖的電平、頻率和占空比，返回到初始化后。

　　程序編譯器使用ADS1.2，ADS是ARM公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件，ADS包括了4個(gè)模塊，分別是SIMULATOR，C編譯器，實(shí)時(shí)調(diào)試器，應(yīng)用函數(shù)庫(kù)。所使用語(yǔ)言為C語(yǔ)言，在周立功單片機(jī)提供的工程模板的基礎(chǔ)上，加入自己的主程序，經(jīng)測(cè)試無(wú)誤后生成HEX文件，然后通過(guò)JTAG接口，使用AXD軟件，把程序燒寫入單片機(jī)。這樣就可以正常的工作。

  　　3 程控驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試及結(jié)果分析

　　程序編譯器使用ADS1.2，ADS是ARM公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件，它的功能非常強(qiáng)大，ADS包括了4個(gè)模塊，分別是SIMULATOR，C編譯器，實(shí)時(shí)調(diào)試器，應(yīng)用函數(shù)庫(kù)。所使用語(yǔ)言為C語(yǔ)言，在周立功單片機(jī)提供的工程模板的基礎(chǔ)上，加入自己的主程序，經(jīng)測(cè)試無(wú)誤后生成HEX文件，然后通過(guò)JTAG接口，使用AXD軟件，把程序燒寫入單片機(jī)。程控驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試及結(jié)果分析軟件經(jīng)調(diào)試無(wú)誤后，將終版軟件編譯后生成的HEX（i32）文件通過(guò)JTAG仿真接口燒寫到單片機(jī)內(nèi)，通過(guò)計(jì)算機(jī)上串口終端軟件發(fā)送7個(gè)數(shù)據(jù)到單片機(jī)，并開(kāi)始操作單片機(jī)。但是多輸出電壓進(jìn)行測(cè)試卻范閑與所得的電壓有一定的差別，所以可以決定這樣肯定存在一定的誤差。經(jīng)過(guò)分析，可能存在以下幾方面問(wèn)題：

　?。?）數(shù)字電位器的工作電壓為5 V，實(shí)際上沒(méi)有真正達(dá)到5 V，經(jīng)測(cè)試為4.8 V，故分壓后輸入的基準(zhǔn)電壓有誤差；

　?。?）在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)不是很，所以結(jié)果肯定有誤差。

　　（3）電路中存在電阻、電容、電感效應(yīng)等的干擾；

　?。?）存在電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，由于個(gè)人水平有限，在工作人員的工作過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這也是噪聲的一個(gè)重要來(lái)源。

　?。?）由于外界的各種因素，會(huì)導(dǎo)致電路的部分失靈，這樣就沒(méi)有辦法準(zhǔn)確的讀出數(shù)據(jù)。

　　綜上考慮，電阻電容的干擾無(wú)法避免，采用數(shù)據(jù)修定方法，即在程序中加入一不變量，使數(shù)據(jù)變得更。如圖5所示。

    采用二乘法對(duì)實(shí)際電壓與預(yù)期電壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，比例值約為0．957 67，故在程序中加入修定值公式：
   
   

     兩式分別除以0．957 67。和想象的數(shù)據(jù)基本一致。
　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)主要是為L(zhǎng)CD測(cè)試系統(tǒng)提供一款程控驅(qū)動(dòng)器。經(jīng)過(guò)測(cè)試，我們解決了LCD多樣化，復(fù)雜化的問(wèn)題，制作出的程控驅(qū)動(dòng)器輸出波形基本符合要求，該系統(tǒng)輸出的工作電壓峰值、頻率、占空比均可調(diào)，是一個(gè)低功耗、低輸出阻抗的LCD程控驅(qū)動(dòng)器。這樣就符合了我們做這個(gè)測(cè)試的目的，完成了測(cè)試。