液晶动态响应测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型为一种液晶动态响应测试系统，该系统组成包括电源模块、单片机最小系统、数码管显示模块、按键模块、MSP430最小系统模块、LCD驱动模块、LCD、串行数据传输模块和信号采集模块，其连接顺序为电源模块、数码管显示模块、按键模块、LCD驱动模块、MSP430最小系统模块分别与单片机最小系统相连接，LCD驱动模块与LCD相连接，信号采集模块与LCD相连接，电源模块、信号采集模块、串行数据传输模块分别与MSP430最小系统模块相连接。本实用新型操作简单，系统能够自动对液晶盒施加用户设置的电压脉冲并实时测量传感器模块的响应而得到数据，可以根据实验得到的数据绘制液晶动态响应曲线。
【专利说明】液晶动态响应测试系统
【技术领域】
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[0001]本实用新型设计的是液晶动态响应测试装置，能够测量液晶在不同驱动电压下的响应，并可根据测量所得数据绘制液晶的动态响应曲线，可以应用到实际生产生活及液晶显不等。
【背景技术】
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[0002]在某些生产以及生活中，例如胶片的定影过程、液晶显示、精密科学实验等，生产或者实验操作者有必要知道当施加给液晶盒某个电压值的电压量时，液晶的动态响应数据和响应曲线。
[0003]对液晶盒(IXD)施加不同的电压，即使入射光强不变，其透射光强也会发生变化，当入射光强处在某一个固定值时，若液晶盒不施加任何电压，则透射光强也处在某一固定值，其值可由娃光电池传感器测量得出，若在某一时刻在液晶盒上施加一电压脉冲，贝1J透射光强在此时间范围内会相应发生变化，这种变化会在硅光电池传感器两极上得到表现，实验者可通过数字示波器直观地观察到这种变化，并且当施加不同幅值的电压脉冲时，透射光强的变化不同。因此，可以通过控制施加不同的电压脉冲并检测硅光电池传感器的响应而得出液晶的动态响应。在保证入射光强度一定的前提下，我们希望系统能够自动调节LCD上的驱动电压，实时自动检测硅光电池传感器的响应并返回数据。为此，我们开发了液晶动态响应测试系统。
实用新型内容:
[0004]为了测试在提供固定入射光强的前提下，施加不同幅值电压脉冲时液晶的动态响应，本实用新型提供了一种新型的液晶动态响应测试系统。该装置由单片机控制数模转换芯片输出标准脉冲，并运用硅光电池传感器对光强敏感的特性，对透射光强的变化做出反应，从而得出在施加不同幅值电压脉冲时液晶的动态响应；通过信号采集模块中的传感器，采用的是线性的，即电流随光照强度线性变化，当施加给液晶盒的电压值不同时，液晶盒的光透过率会发生变化，透射光照射在传感器的感光面上，传感器的输出电流随光强变化而变化，这样，通过采集传感器的电流变化就能得到液晶动态响应的实验数据，并绘制实验曲线。
[0005]本实用新型的技术方案为:
[0006]一种液晶动态响应测试系统，该系统组成包括电源模块、单片机最小系统、数码管显示模块、按键模块、MSP430最小系统模块、LCD驱动模块、LCD、串行数据传输模块和信号采集模块，其连接顺序为电源模块、数码管显示模块、按键模块、LCD驱动模块、MSP430最小系统模块分别与单片机最小系统相连接，LCD驱动模块与LCD相连接，信号采集模块与LCD相连接，电源模块、信号采集模块、串行数据传输模块分别与MSP430最小系统模块相连接。
[0007]所述的电源模块包括各自独立的型号为LM7805稳压管和AMS1117-3.3集成稳压芯片；其连接关系为LM7805与单片机最小系统相连接；集成稳压芯片AMSl117-3.3与MSP430最小系统模块相连接。
[0008]所述的信号采集模块的组成包括硅光电池传感器。
[0009]所述的IXD驱动模块的组成包括IXD驱动电压幅度控制器、A路DA转换、B路DA转换三个部分；其连接关系为LCD驱动电压幅度控制器与A路DA转换、B路DA转换和单片机最小系统分别相连接。
[0010]所述的单片机最小系统包括型号为STC89C52的单片机。
[0011]所述的MSP430最小系统模块包括型号MSP430F149的单片机。
[0012]本实用新型的有益效果为:
[0013]本实用新型操作简单，根据用户的需求设置不同幅值的电压脉冲，系统能够自动对液晶盒施加用户设置的电压脉冲并实时测量传感器模块的响应而得到数据，同时配备了数码管显示功能，能够显示当前工作状态，便于用户了解液晶盒的状态；对于初始状态设置模糊的用户，可以利用系统自动检测功能，根据实验得到的数据绘制液晶动态响应曲线。
【专利附图】
【附图说明】
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[0014]图1本实用新型液晶动态响应测试系统的结构图
[0015]图2本实用新型IXD驱动模块的结构图
[0016]图3本实用新型系统电源原理图，其中，图3(1)为L7805CV稳压管电源原理图；图3⑵为AMSl117-3.3集成稳压芯片电源原理图
[0017]图4本实用新型IXD驱动电压幅度控制器原理图
[0018]图5本实用新型A路DA转换原理图
[0019]图6本实用新型B路DA转换原理图
[0020]图7本实用新型单片机最小系统原理图
[0021]图8本实用新型数码管显示模块原理图
[0022]图9本实用新型MSP430最小系统原理图
[0023]图10本实用新型按键模块原理图
[0024]图11本实用新型3伏电压下扭曲向列相液晶动态响应理论曲线
[0025]图12本实用新型3伏电压下扭曲向列相液晶动态响应实验曲线
【具体实施方式】
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[0026]如图1，本实用新型系统组成包括电源模块(I)、单片机最小系统(2)、数码管显示模块(3)、按键模块(4)、MSP430最小系统模块(5)、LCD驱动模块(6)、LCD (7)、串行数据传输模块(8)和信号采集模块(9)，其连接顺序为电源模块(I)、数码管显示模块(3)、按键模块(4)、LCD驱动模块(6)、MSP430最小系统模块(5)分别与单片机最小系统(2)相连接，LCD驱动模块(6)与LCD (7)相连接，信号采集模块(9)与LCD (7)相连接，电源模块(I)、信号采集模块(9)、串行数据传输模块(8)分别与MSP430最小系统模块(5)相连接。
[0027]其中电源模块⑴主要由各自独立的型号为LM7805稳压管(如图3(1))和AMSl117-3.3集成稳压芯片(如图3(2))组成。其连接关系为LM7805与单片机最小系统
(2)相连接；集成稳压芯片AMSl117-3.3与MSP430最小系统模块(5)相连接。
[0028]所述的信号米集模块(9)的组成包括型号为HS116K的娃光电池传感器；IXD(7)液晶盒由河北冀雅电子有限公司购得，灌注的液晶材料为P0616A(E7)，由石家庄诚志永华显示材料有限公司购置。
[0029]如图2，所述的IXD驱动模块(6)的组成包括IXD驱动电压幅度控制器(11)、A路DA转换(12)、B路DA转换(10)三个部分；其连接关系为LCD驱动电压幅度控制器(11)与A路DA转换(12)、B路DA转换(10)和单片机最小系统⑵分别相连接。
[0030]所述的单片机最小系统由型号为STC89C52的单片机、按键一个、型号为1ΚΩ的电阻一个、型号为10pF的电容三个、频率为12MHz晶振一个组成，其连接关系如图7所示。
[0031]所述的MSP430最小系统模块(5)由型号MSP430F149的单片机、型号为10pF的电容两个、型号为12MHz、32768Hz的晶振各一个组成，其连接关系如图9所示。
[0032]所述的按键模块由四个型号为10ΚΩ的电阻和四个按键组成，其连接关系如图10所示。
[0033]IXD驱动电压幅度控制器(11)、A路DA转换(12)和B路DA转换(10)均主要由各自独立的型号为DAC0832的芯片和型号为LM358的芯片组成，其中(11)中的DAC0832的DO?D7引脚与单片机的PO端口对应相连接，DAC0832的1utU 1ut2引脚分别与LM358中的一个运放的反相输入端、同相输入端相连接，DAC0832的Rfb引脚与前述的运放的输出端相连接，DAC0832的CE、WR1、WR2、XFAL引脚都与GND相连接，DAC0832的ILE引脚与VCC相连接。(12)与(11)的区别为(12)的DO?D7连在一起且与(11)的输出相连接，(10)与(11)的区别为DO?D7连在一起且与(11)的输出端相连接。其连接关系分别为图4、图
5、图6所示。
[0034]由于该系统中的单片机引脚有限，所以只能采用显示功能简单的显示器，在本系统中采用的是两位数码管显示器。数码管显示模块如图8所示
[0035]上电后由电源模块(I)给其他各个模块供电，系统工作在自动测量模式，预置驱动电压为每1s施加LCD—个脉宽为200ms的脉冲，电压脉冲的幅值以1.0V为步进值，提供1.0-10.0V的电压脉冲。光照强度由信号米集模块(9)将光强转换为电信号传送给MSP430F149单片机，单片机分析信号采集模块(9)传来的电信号后得到液晶动态响应的数据，数据由串行数据传输模块(8)发送到上位机。当外界光强恒定时，施加以不同幅值的电压脉冲给LCD(7)液晶盒，并由单片机最小系统(2)给MSP430最小系统模块(5) —个触发信号，信号采集模块(9)输出电压减小，经MSP430单片机分析后，得到信号采集模块上硅光电池传感器动态响应数据。
[0036]单片机通过对按键模块(4)的扫描分析来实现增加IXD(7)的驱动电压、减小LCD (7)的驱动电压、液晶特性测试功能。液晶特性的测试是由单片机产生从1.0V到10.0V以1.0V为步进值的驱动电压驱动LCD，电压步进值和幅值均可调，单片机模块(2)将输出的电压脉冲幅值数据经数码管显示模块(3)显示，以便操作者观察。硅光电池传感器对光强变化做出反应，反应得出的数据经过信号采集模块(9)传送给MSP430F149单片机。MSP430F149单片机对数据进行处理和判断，并经由串行数据传输模块返回给上位机。数据采集完成之后，就可以利用数据处理方法及软件得到结果，所述的方法和软件均为本领域数据采集及处理的公知技术，本领域普通人员根据这些器件自然就能实现。
[0037]如图11，所述的3伏电压下扭曲向列相液晶动态响应理论曲线，即IXD施加和撤掉3V电压时透射光强随时间变化的理论曲线，不加电压时液晶盒是透光的，并且透过率最大，施加3V电压后，透射光强在很短时间内发生明显变化，透射光达到最小，撤掉3V电压后，透射光强在一个相对较长时间内又恢复到没有施加电压时的强度。理论曲线计算步骤如下:
[0038]I)由液晶弹性理论推导得到液晶盒系统在施加某一电压达到平衡时的平衡态方程，利用差分迭代方法数值模拟液晶分子在液晶盒内的分布，即液晶指向矢分布。
[0039]2)由液晶指向矢的分布可以得到每一个液晶子层的琼斯矩阵，通过扩展琼斯矩阵方法数值模拟可以得到液晶盒动态响应理论曲线。
[0040]如图12，本实用新型系统测量得到的3伏电压下扭曲向列相液晶动态响应实验曲线，对应常白模式LCD，即起偏器和检偏器透射光轴相互垂直放置，液晶盒摩擦方向与起偏器成45°。实验测量过程如下:
[0041]I)选择特定波长的光作为光源(如波长为632.8nm的He-Ne激光器)。调节光学器件同轴等高，保证光路畅通，给液晶盒施加或撤去电压，利用硅光电池传感器采集该过程中的光信号变化，采集密度为每500ns采集一次，采集时长为300ms，即采集600个数据，得到电压变化过程中的透射光强度变化；
[0042]2)将采集到的数据作为纵坐标，添加时间为横坐标，得到电压变化过程中液晶盒透射光强随时间的变化关系；
[0043]3)利用数据处理软件绘图，将实验数据做归一化处理得到黑色的原始测量结果；将归一化的测量结果利用相邻点求平均的方法进行处理，得到镂空三角的拟合曲线；将拟合曲线再次进行归一化处理，得到实验曲线的最终结果(即镂空五角星拟合曲线)，图中各曲线横坐标均为时间，单位为ms，纵坐标为液晶盒光学透过率，无量纲；
[0044]4) IXD驱动电压从1.0V到10.0V以1.0V为步进电压递增，测得不同驱动电压下的动态响应实验曲线。
[0045]图11和图12是IXD动态响应的理论和实验对比，其上升和下降趋势基本一致，这一结果也证实了采用线性硅光电池传感器的必要性。只是在理论计算和实际的测量中LCD的参数设置稍微有些差别，导致两图存在小的差异。通过对比说明本系统能够很好地测量液晶的动态响应特性，得到液晶动态响应曲线。
[0046]本实用新型未尽事宜为公知技术。
【权利要求】
1.一种液晶动态响应测试系统，其特征为该系统组成包括电源模块、单片机最小系统、数码管显示模块、按键模块、MSP430最小系统模块、LCD驱动模块、LCD、串行数据传输模块和信号采集模块，其连接顺序为电源模块、数码管显示模块、按键模块、LCD驱动模块、MSP430最小系统模块分别与单片机最小系统相连接，LCD驱动模块与LCD相连接，信号采集模块与LCD相连接，电源模块、信号采集模块、串行数据传输模块分别与MSP430最小系统模块相连接； 所述的信号采集模块的组成包括硅光电池传感器； 所述的IXD驱动模块的组成包括IXD驱动电压幅度控制器、A路DA转换、B路DA转换三个部分；其连接关系为LCD驱动电压幅度控制器与A路DA转换、B路DA转换和单片机最小系统分别相连接。
2.如权利要求1所述的液晶动态响应测试系统，其特征为所述的电源模块包括各自独立的型号为L7805CV稳压管和AMS1117-3.3集成稳压芯片；其连接关系为L7805CV与单片机最小系统相连接；集成稳压芯片AMSl117-3.3与MSP430最小系统模块相连接。
3.如权利要求1所述的液晶动态响应测试系统，其特征为所述的单片机最小系统包括型号为STC89C52的单片机。
4.如权利要求1所述的液晶动态响应测试系统，其特征为所述的MSP430最小系统模块包括型号MSP430F149的单片机。
【文档编号】G02F1/13GK204086731SQ201420406522
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】秦禹, 叶文江, 刘晓梦 申请人:河北工业大学