EL场致显示技术及其在便携式电子系统中的应用

    摘要：介绍了EL场致显示技术及如何构建EL显示控制模块以便对EL屏进行显示控制的原理和方法，给出了控制模块的设计框图及实际的电路连接图。最后给出了该接口技术的软件设计流程图和初始化程序。

    关键词：EL LCD 显示控制 电磁干扰 接口技术

1 引言

显示屏作为人机交互的关键设备，其重要性不言而喻。传统的CRT显示屏由于受到基本结构的限制，在体积、功耗方面的表现往往不尽如人意。随后又出现了LCD液晶显示屏，其小巧的造型，较低的功耗，立即引起了人们的注意。目前在许多领域中，LCD都得到了广泛的应用。但是，LCD的亮度、可视范围、响应时间上的缺陷，又成为其继续推广的最大障碍。EL场致显示屏的推出，在很大程序上弥补了CRT及LCD的不足，因而代表了表一代显示屏的发展趋势。

2 EL场致显示原理

场致显示的电子来源是依靠电场自发射阴极（cathode emitter）材料尖端产生的，这就使得场发射电子束的能量分布范围比传统的热电子束更窄，因此具有较高的亮度。与LCD的受光型工作方式不同，EL屏采用类似于传统CRT的方法，通过电子束轰击屏幕上的荧光粉而发光。由于CRT在显像管内部有三个电子枪，为了使电子束获得足够的偏离，就必须把显像管做得有一段距离，因此CRT显示器大、厚、重。而EL屏则在每一个荧光点后面不到3mm处放置了成千上万个极小的小突起似的电子发射器，因此，EL显示技术是把CRT阴极射线管的明亮、清晰与液晶显示的轻、薄结合起来的一种新型显示器件，它同时具有液晶显示器的厚度和CRT显示器的快速响应特性，能获得比液晶显示器大得多的亮度。EL屏内置的千万冗余电子发射器使其比液晶显示器的视角更宽广，且不会出现象液晶显示器那样一个晶体管损坏便会在显示屏上很明显地显露出来的情况。即便坏了一个，也还有成千上万个可以补上。

3 EL显示屏的主要技术参数

3.1 温度范围

目前EL显示屏主要应用于工业现场控制及野外作业，所以对温度范围有着较高的要求。在一般情况下，EL屏能够在-40至+85℃的温度范围内正常运作，而TFTLCD的工作温度范围仅为0～55℃。

3.2 可视范围

EL屏在水平、垂直两个方向上都有着较亮的视角范围，其可视范围≥160℃。

3.3 EMI指标

EL屏不仅具有较低的EMI敏感度，而且能有效地抑制EMI的产生。较低的EMI敏感度使得EL显示屏在运行时不易受到邻近电源线及其它设备的EMI干扰；而较好的EMI抑制特性则使得EL屏在工作中不会干扰其周期的电子设备。

3.4 功耗

随着现代仪器仪表的小型化、微型化的进一步发展，电子器件的功耗问题已成为一个相当重要的技术指标。EL屏的低功耗使得在电池供电的便携式应用设备中完全可以采用EL屏作为人机交互设备。同时，简单的输入电源要求，也大大简化了用户的设计过程。

3.5 响应时间

EL屏具有快速的响应时间，能够满足实时显示的要求，其响应时间小于1ms；而TFTLCD的响应时间则需要40ms。在对显示速度有较高要求的应用场合，EL屏是最佳的选择。

4 EL屏在便携式系统中的应用

在大多数便携式设备中，显示屏的选择目前只有LCD和EL。但在对实时性要求较高的场合，LCD就显得有些力不从心了。下面就结合超声数字式探伤仪的设计来重点介绍系统与EL屏的接口应用问题。

由于在超声探伤设备中往往需要对采得的回波信号进行实时显示，而且显示的刷新速度要相当快，所以在这种场合下，LCD的响应速度就远远满足不了设计要求，在此我们选用了美国PLANAR公司（www.planar.com）的一款EL320×240.36的EL屏。该屏不但有极高的响应速度（小于1ms），而且功耗也很低（2.4W）。

其实，EL屏在设计时就已经考虑到了接口及与LCD的兼容性问题，故其接口标准与4位LCD控制控制信号完全匹配。对EL屏的控制一般需要如下几个信号：

（1）VS：帧信号；

（2）HS：数据锁存信号；

（3）VCLK：列驱动器的位移时钟信号；

（4）VID0～VID3：列驱动器数据线；

（5）VCC：5V电源输入；

（6）VH：12V电源输入；

（7）GND：地。

不过仅有这几路控制信号还远远无法在EL屏上完成文本和图形的显示工作，一般还需要自行构建出显示控制模块后才能进行显示。图1所示就是控制模块的总体框图。

在该控制模块中，SMOS133X是核心部件。它是由SEIKOEPOSON公司推出的一款显示控制芯片（SED133X系列）。该芯片带有功能强劲的I/O缓冲器、丰富的指令集及四位数据并行发送能力。SED133X可与8080系列和M6800系列的MCU接口。它由振荡器、功能逻辑电路、显示RAM管理电路、字符库管理电路产生驱动时序的时序发生器构成。其振荡器可工作在1MHz～10MHz范围。SED133X能在很高的工作频率下迅速地解译MCU发来的指令代码，并将参数置入相应的寄存器内，同时触发相应的逻辑功能电路以使其正常运行。控制部分可以管理64k显示RAM、管理内藏的字符发生器及外扩的字符发生器CGRAM或EXCGROM。SRAM可用于该控制模块的显示存储。

图2所示为该控制模块的实际接口电路。

为使EL屏能正常工作，首先必须对SED133X进行一系列的初始化工作，图3是初始化的具体流程。具体的说明如下：

（1）系统设置工作主要是对显示模块进行软件初始化。如果该项设置出现错误，那么，系统将不能正常显示。系统设置初始参数有内、外字符发生器的选择、外部字符发生器CGRAM的字符代码范围。外部字符发生器的字符点阵格式、驱动器系统配置、显示字符的高和宽有效显示窗口的长度以及EL的点行数等。

（2）显示区设置主要是对各显示区的超始地址及所点有的显示行数进行设置。

（3）合成显示方式设置用于规定重叠显示的合成方式及一、三显示区的显示属性。

（4）光标地址设置主要是对光标地址并行设置，该地址有两个功能：一是作为显示屏上光标显示的当前位置，二是作为显示缓冲区的当前地址指针。如果光标地址值超出了显示屏所对应的地址范围，那么光标将消失，所以在进行编程设计时，要特别注意。光标地址在读、写操作后将自动修改。

（5）光标形式设置用于对光标的显示方式及形状进行设定。

在初始化后，就可以对显示屏进行文本和图像的显示了。

以下为具体的初始化程序：所占用的寄存器为：

A，DPTR，R2，R3。

PR1：MOV DPTR，#0001H；指令口

MOV A，#40H ；SYSTEM SET指令代码

MOVX @DPTR，A ；写入指令代码

MOV R2，#08H

MOV R3，#00H

PR11：MOV DPTR，#TAB1；写SYSTEM SET参数

MOV A，R3

MOVC A，@A+DPTR

MOV DPTR，#0000H；数据口

MOVX @DPTR，A

INC R3

DJNZ R2，PR11

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#44H ；SCROLL指令代码

MOVX @DPTR，A ；写入SCROLL指令代码

MOV R2，#0AH

MOV R3，#00H

PR12：MOV DPTR，#TAB2 ；写入SCROLL参数

MOV A，R3

MOVC A，@A+DPTR

MOV DPTR，#0000H ；数据口

MOVX @DPTR，A

INC R3

DJNZ R2，PR12

MOV A，#5AH ；HDOTSCR指令代码

MOV DPTR，#0001H

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H ；HDOTSCR P1=0

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#5BH ；OVERLAY指令代码

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H ；OVERLAY P1=0

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0001H

LCALL PR2 ；调清RAM子程序

MOV A，#59H

MOVX @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#54H ；开文本、图形显示

MOVX @DPTR，A

RET

清显示RAM区子程序如下：

PR2：MOV DPTR，#0001H

MOV A，#4CH ；光标地址指针移动方向

MOVX @DPTR，A

MOV A，#46H ；光标地址指针设置

MOVA @DPTR，A

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#00H

MOVX @DPTR，A

MOVX @DPTR，A

MOV R2，#00H

MOV R3，#00H

MOV DPTR，#0001H

MOV A，#42H ；写数据指令

MOVX @DPTR，A

CLR A

PR21：MOVX @DPTR，A

DJNZ R3，PT21

DJNZ R2，PR21

RET

（注：TAB1，TAB2为SYSTEM SET与SCROLL指令参数，可根据需要制成不同的表，如TAB1：DB 30H，87H……等）

5 结束语