基于VGG12864Z-S002显示模块的抗干扰设计

时间：2024-09-03

山西大众电子信息产业集团有限公司魏明明

0 引言

显示模块是计算机及控制系统的重要组成部分，显示模块工作稳定、显示清晰、抗干扰性强对于用户来说十分重要。显示模块在受到外界电磁干扰时，屏幕上会出现抖动、扰纹、抽丝等现象，严重时还会出现显示屏不同步甚至死机等现象。随着电器及电子设备在现代生活和工业环境中的广泛使用，各种各样的电磁干扰源越来越多，电磁环境越来越恶劣，为保证显示模块的正常工作，必须加强显示模块的抗干扰设计。

电磁干扰途径可以分为两类：一是传导干扰；二是辐射干扰。[1]

抑制电磁干扰可以从以下四方面考虑：

1）加强显示模块开关电源的抗干扰能力；

2）对显示模块的电路系统采取必要的屏蔽措施；

3）对显示模块的接地点进行分析，寻找最佳的接地点；

4）采用RC滤波网络吸收电源导通/截止瞬间产生的尖峰脉冲。

1 VGG12864Z-S002的干扰源分析

VGG12864Z-S002是由北京维信诺光电技术有限公司生产的OLED显示模块，分辨率128*64，供电电源3.3V。显示模块的主体是显示屏体和驱动芯片，显示屏体是由两块薄玻璃中间夹有多层有机发光材料构成，通过行列电源线的有序通断控制流过发光材料的电流的有无，当电流流过发光材料时，就会激发发光材料发光，从而在整体屏幕上显示出图形。VGG12864Z-S002外形图如图1所示。

图1 VGG12864Z-S002外形图

VGG12864Z-S002显示屏体是无源器件，如果有损坏必是永久性的不可恢复的，不会重启后恢复正常。驱动芯片采用所罗门的SSD1325，将芯片绑定到屏体上，行列输出线接到对应的显示屏的行列输入线上，控制线、数据线、电源线留给用户接口。图2所示是SSD1325驱动芯片的原理图。

图2 SSD1325原理图

图3 故障树

输出单元是由耐高压三极管组成，一般情况不易受干扰而损坏，而且损坏后是不可恢复的。

与用户接口相连的是右上角的D0～RES#共16条信号线，加上VDD、VCC、VSS3条线。用户接口的信号线从主机传送过来，不可避免的会受到各种干扰源的干扰，但控制或数据线受到干扰后只会在当时的显示画面上有所响应，随后就会响应随之而来的没有受到干扰的信号的控制而正确显示。也就是说信号线上的干扰是和干扰源同时出现的可恢复到正常显示的一种干扰现象。

驱动芯片上占相当大比例的是各种电源泵，这些电源的电压值各不相同，相同的是精度要求很高，只有在这些电压值都保证在正常范围之内，才可能在用户输入控制信号的情况下正确显示。假如有超出正常值的高低电压侵入就会使得这些电源泵工作异常，使得控制电路瘫痪，从而无法再正确的工作，或停止工作，导致显示屏体上的显示花屏或死机。

2 VGG12864Z-S002显示模块硬件电路设计

2.1 供电模块

供电模块主要包括+5V电源和+3.3V电源。+12V电源经过电源芯片LM2575HVS-5.0转换为+5V，供给单片机及其外围电路。+5V电源经过电源芯片TLV1117-33I产生+3.3V电压给显示屏供电。为增加系统抗干扰能力，对电源模块采取了滤波措施，采用RC滤波网络吸收电源导通/截止瞬间产生的尖峰脉冲。

电源电路图如图4、图5所示。

图4 DC12V转DC5V电路图

图5 DC5V转DC3.3V电路图

2.2 控制模块

微控制器作为整个系统的控制核心，同时负责显示模块显示器的驱动。本单元选用了微控制器STC15F2K56S2芯片，该单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、高可靠、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，采用STC第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051但速度快8-12倍。[2]内部集成高精度R/C时钟，±1%温漂，常温下温漂5‰，5MHz～35MHz宽范围可设置，省掉昂贵的外部晶振。3路PWM/PCA，8路高速10位A/D转换(30万次/秒)，针对电机控制，强干扰场合。5V供电，能很方便地与外围设备进行通信。

控制板CPU与显示屏的接口芯片选用74LVC4245A。主要完成进CPU控制信号（5V）转换为适合显示屏信号信号控制（3.3V）。74LVC4245A是一款典型的双向电源供电的双收发器，通过控制DIR管脚的高低电平来控制传输方向：[3]

OE为低电平时收发器工作，高电平时截止；

DIR为高电平时，A为输入端，B=A；

DIR为低电平时，B为输入端，B=A。

在本单元中将OE端接低电平，DIR接高电平，故74LVC4245A单向将A端输入传输至B端，经由显示屏显示。

控制模块电路如图6所示。

图6 显示屏控制接口

3 VGG12864Z-S002显示模块软件设计

系统采用模块化结构，显示模块包括MCU初始化，OLED初始化，清除OLED显示器RAM，软件滤波处理，输出到显示器等程序，主程序是循环方式工作。显示模块的软件编写流程图如图7所示。

图7 主控板控制显示屏工作流程

4 VGG12864Z-S002显示模块接口设计

在控制系统中对显示屏进行屏蔽处理：将显示屏与控制器壳体接触面采用了丝网屏蔽玻璃进行隔离。

丝网屏蔽玻璃是一种防电磁辐射和电磁干扰的透光屏蔽装置，涉及光学、电学、金属材料、化工原料、玻璃、机械等诸多领域，由玻璃或树脂经特殊工艺在高温下制成，并经特殊工艺处理，使之对电磁干扰产生衰减，并保证屏蔽玻璃对所观察的各种图形（包括动态色彩图像）不产生失真，具有保真、高清晰的特点；同时还具有防爆玻璃特性。主要用于电子系统与电子设备间，防止电磁干扰、电磁信息泄露、电磁辐射污染；可有效保障仪器设备正常工作，机密信息的安全，以及人员的健康。[4]

丝网屏蔽玻璃的屏蔽性能不小于60dB，可见光透过率30%-80%，抗振动、冲击性良好，环境适应性良好，同时能够防尘、防盐雾、防霉，在-45℃-+60℃范围内能够正常工作。

本系统采用丝网屏蔽玻璃进行隔离的方法，在保证各模块正常工作的前提下，能有效地降低系统中各模块对显示屏的干扰，保障显示屏的正常工作。