（毕业论文  字数：20677 页数：61）摘 要：本文由两大部分组成，首先介绍了真空荧光显示(VFD)技术的发展历程、现状和前景，并就课题的研究方向做了有关论述;进一步研究了VFD技术的发展对电路设计方法的影响。然后对论文各章节的安排和DVD及其盘片物理结构进行了简单介绍，并说明了所采用的ESS公司的软件方案框架。最后阐述了本课题主要研究方向及意义。
其次，在本文第二大部分着重探讨了真空荧光显示电路的设计及其在DVD中的应用，首先详细介绍了VFD驱动与控制芯片PT6311和DVD刻录机的概况，接下来对DW8090型DVD刻录机硬件工作原理作了简要介绍；然后给出了基于PT6311的真空荧光显示电路，并利用PROTEL99画出了该电路；并讲述了PT6311在VFD显示系统中的应用，最后简要介绍了DVD的前面板，并通过PT6311实现了前面板的正常显示，使人机交互成为现实。
最后，文章归纳总结了真空荧光显示电路的设计，并对VFD技术在今后技术上的和发展前景进行了讨论。

关键词：真空荧光显示电路，VFD主控芯片PT6311，ESS设计方案，DW8090型DVD刻录机；

Abstract ：This paper is consist of two major parts, firstly, the paper give us a introduction about the history, current situation and the future development of the Vacuum Fluorescent Display technology. As the further introduction, we make a short discussion about the research direction of the subject, and the influence which would be brought to the circuit design by the Vacuum Fluorescent Display technology. Then we move on to the topics about the arrangement of this thesis, development of DVD, DVD recorder and correlative knowledge, and some description of the software design frame of the ESS company included . At last, we elaborate the major research direction and the meaning of this paper.
Secondly, in the second part of the paper, we made a special effort to investigate and study on the design of the Vacuum Fluorescent Display circuit and its use in the DVD. After a particular presentation on the PT6311 chip, which is the major chip that used to drive and control the VFD;, we go on with a short introduce of working theory about the DW8090’s hardware, then we give an account of the design principle of the Vacuum Fluorescent Display circuit which is based on the PT6311, I also draw this circuit with the help of PROTEL99 software. At the same time, I narrate the application of the PT6311 in the VFD area. Finally, I make a present of front pane , carry out the display of the front pane and achieve the man-machine interaction.
In the end, I conclude and sum up the main points of the design of Vacuum Fluorescent Display circuit, also discuss the VFD technology’s application and future prospect in the development.

Keyword: Vacuum Fluorescent Display circuit；VFD major control chip PT6311；the frame of the software on ESS； DW8090 DVD recorder

目 录
第一章　绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 VFD技术综述 2
1.2.1 VFD的发展简介 2
1.2.2 VFD的特点 3
1.3 论文各章节的安排 5
第二章 DVD概述 7
2.1 DVD及其发展现状 8
2.1.1 什么是DVD 8
2.1.2 DVD盘片物理结构 8
2.1.3 DVD播放机软件方案介绍 10
2.2 本课题的主要研究方向及意义 10
第三章 真空荧光显示电路的初步设计 12
3.1 VFD 屏驱动芯片PT6311 介绍 12
3.1.1 PT6311的组成 12
3.1.2 PT6311的主要性能特点 13
3.1.3 管脚及其功能介绍 14
3.2 PT6311的控制命令与串行口时序 15
3.2.1 PT6311的控制命令 15
3.2.2外部通信接口及信号时序 17
第四章 VFD显示电路的设计及其在DVD中的应用研究 20
4.1 DW8090型DVD刻录机概况 20
4.2 DW8090型DVD刻录机硬件工作原理 20
4.2.1硬件整体工作情况 21
4.2.2 DW8090型DVD刻录机工作流程 21
4.3 DW8090型DVD刻录机开发环境 23
4.3.1 硬件环境 23
4.3.2 软件环境 23
4.4真空荧光显示电路的设计 25
4.4.1真空荧光显示电路 25
4.4.2程序设计流程图 27
4.5 PT6311在VFD显示系统中的应用 28
4.5.1系统的组成 28
4.5.2 VFD显示程序的编制 28
4.6 DVD前面板简介 34
4.7 实现前面板的显示功能 34
第五章 总结与展望 38
参考文献 39
致 谢 40
附 录 41
附录A 41
附录B 55



第一章　绪 论
1.1 引言
　 众所周知,21 世纪是信息世纪,信息量翻一番所需时间越来越短[1]。例如:
1750～1900 年　150 年信息量翻一番
1900～1950 年　50 年翻一番
1950～1960 年　10 年翻一番
1960～1990 年　5 年翻一番
到2020 年每二个半月翻一番
电子显示是将电子的和数字的信号产生在线的文字、图表和照片,帮助人们看见不可见的各种信息。没有显示人们就不可能利用计算机的威力或网络的威力。而计算机或网络的发展就会受到严重的制约。因此,电子技术的广泛采用,极大地增强了对电子显示的需求。
20 世纪对于显示器件来说,真空显示器件是领头羊。真空显示器件主要包括CRT , VFD , FED等。其中CRT 是最主要的真空显示器件。包括CPT ,CDT ,21 世纪将是显示器件进入百花齐放的时期,但总趋势是真空显示器件产量缓慢下降,而平板显示器件( FPD) 产量上升较快。主要用于大屏幕显示的光投影显示也会占相当一部分市场. 预计2004～2005 年真空显示器件和平板显示器件二者产值相当。各种显示器件由于自身的技术和市场需求原因,发展并不平衡,在新世纪中有的显示器件将会占有较大的市场,但是也会有部分显示器件市场会缩小,甚至退出市场。在新世纪还会不断有新的显示器件出现。总之,新的显示器件将更能满足市场需求。
显示器件的市场十分庞大。显示器件在信息科学的各个方面得到广泛的应用,其产值在信息产业中占有重要的地位。目前在全球范围内,CRT 与FPD 的产值在全球比移动通信、光纤通信的产值要高得多。以2000 年为例, CRT 产值为＄240 亿,FPD 为＄170 亿,移动通讯＄180 亿,光纤通讯为＄190 亿,当然每种产品产值年递增率不同。
显示器件代表一个很大的经济势力, 例如在2001 年全球半导体工业的＄1510 亿用于显示器件,无源部件中有＄570 亿用于显示器件,印刷电路板有＄360 亿,连接器有＄280 亿用于显示器件. 显示器件(包括CRTs) 本身就达到＄430 亿。在2002 年已形成＄500 亿市场。
近年来显示技术成为继通讯、IC、软件之后,信息产业又一重要组成部分,显示技术在全球信息产业中占有十分重要的地位,2002 年全球显示产品销售收入约为550 亿美元,预计到2010 年将达到1000 亿美元。显示在我国经济发展中具有战略地位,2002 年彩电行业对我国电子信息产业经济增长贡献率达到42. 5 %。
显示器件是多学科交叉的综合技术,是生命力非常强的一门学科。信息显示主要方式有两大类,CRT 显示发展接近显示要求的上限而FPD 显示达到显示的最低要求。每种类别中有几十种技术和上百种的可能的技术变种。每当新显示器件出现时,它首先瞄准的应该是市场,力求在市场中占一定份额而不是瞄准其它显示器件企图取而代之。
显示器件的发展方向是高分辨率、高清晰度。因为市场对高分辨率、高清晰度的显示器件需求量越来越大,人们对显示的质量的要求也越来越高。对显示器的要求也越来越多样化。
随着我国加入WTO，大屏幕显示产品也将拥有更加广阔的国内外市场，尤其是北京2008年奥运会的申办成功，奥运会各大场馆对大屏幕显示技术与设备的需求，将推动大屏幕显示设备产品不断更新，也必将促进我国和世界各国在大屏幕显示设备及信息领域的交流与合作，促进我国相关产业的发展，满足我国国民经济高速发展与各行业（银行、证券、通信、教育、交通等）和人民生活对大屏幕显示设备和相关产品的需要。
1.2 VFD技术综述
1.2.1 VFD的发展简介
VFD是在1967年由日本伊势电子株式会社以中村先生为首的研究小组发明的。1971年，杭州大学葛世潮老师研制成功荧光数码管，并于1973年移交绍兴电子管厂生产。VFD经过30年的发展，性能不断提高，工作电压从45Vpp降到20Vpp以下，亮度从150cd/m’提高到700cd/m'，显示形式从单色园柱管的数码管显示发展到平板型的多色矩阵图形显示，九十年代初，日本又试制成功薄膜岛栅型VFD，并实现商品化，较好地满足了高信息容量显示的需求，使VFD继续保持旺盛的生命力。
典型的VFD是三极结构, 图1所示为真空荧光显示器结构示意图。由丝状直热式氧化物阴极、网状或丝状栅极和表面涂覆有发光粉的阳极构成。整个结构置于由二块平板玻璃和边框组成的真空密封腔体内。前盖玻璃板内侧有透明导电膜, 与阴极支架相连, 用于保持玻璃板的电位,防止电荷在玻璃板上积累或防止外界电场对阴极发射的影响。阴极发射的电子在阳极和栅极的正电位吸引下形成电子流, 其中一部分穿过栅网轰击阳极表面的发光粉发光。
目前我国用的V FD 以数码和字符显示为主。电子秤、数字钟上用七段的数码显示, 颜色一般为蓝绿色。影碟机上有各种符号和数字的显示, 发光以蓝绿为主, 加滤色膜后, 有绿色、白色和金黄色,每个显示单元设计成与其功能相匹配的图案, 可以进入我国的普通家庭, 这段时间也是我国V FD 迅速发展的阶段, 同时国产V FD 还有音响的功率放大器和频率均衡器指示等, 发光颜色有红、绿、蓝和黄。国内用的V FD 已经扩大到DVD、吸排油烟机、空调机、健身器材、消毒柜等各种家用电器。在汽车中使用的V FD 因其环境的影响, 要求发光亮度高、防震性能好,
以适应室外夏天的强光条件, 并且能在室外的温差很大和运动的条件下都能正常工作。
1.2.2 VFD的特点
初期的产品外形象小型电子管[2], 全部的电极组装成一体后封入玻璃圆管内, 可显示一个笔段构成的数码; 显示内容由一位数码发展到多位数码。随后的平板多位数码管的阳极、引线和发光材料直接印在作为外壳的平板玻璃上, 大量采用丝网印刷工艺, 适合大批量的制作, 可显示数码、文字和符号。采用薄膜工艺制作的阳极基板, 可以达到比较高的分辨率, 用其工艺制作的矩阵屏可显示图表、文字。结合TFT 技术制作的显示屏可以显示视频图像,颜色由单一的蓝绿色发展到多色。从发明开始它就有下列优点:
1. 低工作电压, 阳极和栅极的电压12～ 20 V ,每一路的驱动电流几mA。可以用集成电路直接驱动;
2. 亮度高, 蓝绿色为1 000～ 2 000 cdöm 2, 用于汽车上的平视显示器(head up disp lay) , 亮度可达10 000 cdöm 2 以上; 红色和蓝色为几百cdöm 2;基本上没有视角的限制;
3. 厚度为6～ 10 mm , 平板结构; 一个DVD 用的显示屏只有75 mm ×14 mm ×6. 3 mm , 而大型的长度可达550 mm;
4. 显示图案灵活, 可以做成笔段和符号的形状, 也可以点矩阵显示和全矩阵显示。
低阳极工作电压的VFD 便于用集成电路驱动, 给使用者带来了很大的方便; 器件的内部和外部都不会有“打火”的现象; 也没有X 射线产生。低能电子发光的另一问题是电子能量太小, 不能穿过铝膜层; 因而V FD 也不能象CRT 那样, 借助荧光粉表面镀铝膜保持荧光粉层表面的电位, 只能依赖荧光粉本身的良好导电性能, 让入射的电子穿过发光粉层, 流向阳极。
在低能电子激发中, 电子的穿透深度很小。500 eV 的电子在ZnO: Zn 和ZnS 类的发光粉内的电子穿透深度也不超过811 nm 和610 nm。对阳极电压12 V 就正常发光的ZnO: Zn 来说, 此时电子渗入到发光体内的深度很浅。发光粉的粒径一般为几个微米, 因而发光只限于发光粉的表面, 要求V FD 中使用的发光粉, 有比较好的表面发光效率。对CRT 中使用的大部分发光粉来说, 表面电子的无辐射跃迁使其在小于2 kV 的阳极电压下不发光或效率很低, 这个电压称为“死电压”。而ZnO:Zn 的死电压几乎不存在或接近0 V。
根据阴极射线发光理论可知, 发光亮度L 与阳极电压V a、阳极电流密度ia、发光效率G及激发占空比D F 有如下关系：
L = D F× G× I a×V a
式中的L 是人眼所感觉到的亮度。V FD 的电压低,是CRT 的1ö100, 即使在发光效率相当时, 要得到相同的亮度也必须要有几百倍的平均阳极激发电流密度。因而V FD 是低压大电流的发光器件, 需要能提供较大电流的阴极和能够耐电流轰击的发光材料。
ZnO: Zn 是极少数本身导电的荧光粉之一, 发蓝绿色光, 发光峰值波长505 nm , 是一种n 型半导体, 在烧粉和制作显示器的过程中会吸收大量的气体, 如水汽、CO 2、CO、O 2, 影响发光, 在制作过程中, 要充分除气。高能量电子激发下的能量转换效率一般为7% , 流明效率为25 lmöW; 而在V FD 中的发光效率一般不超过15 lmöW。由于ZnO: Zn 的发光光谱几乎包含了整个可见光, 可以用滤色片得到不同颜色的显示屏, 目前常用的除本身的蓝绿色外, 还有加滤色片得到绿色、黄色和白色的。自身导电的发光材料还有SnO 2: Eu (红) 和(ZnM g)O: Zn,Cl (浅黄)。
导电性差的荧光粉通常加入In2O 3、SnO 2 或ZnO 导电微粒, 以改善导电性, 这是获得更多的低压荧光粉的有效方法。用此法制成的蓝粉有ZnS:A g, 目前常用的还有加In2O 3 的(ZnxCd1- x ) S:A g,Cl, 其发光颜色可根据不同的x 值, 得到从绿偏黄至红色的低压荧光粉。现可实用的发光粉已有多种, 发光颜色从红到蓝都有, 色坐标如表1所示：
表1.1　VFD 中常用的发光材料颜色
色坐标 蓝 蓝绿 柠檬 黄 琥珀 橙 红
x 0. 180 0. 245 0. 370 0. 435 0. 525 0. 600 0. 640
y 0. 195 0. 410 0. 575 0. 540 0. 465 0. 400 0. 360
此外, 为降低荧光粉受电子激励放出硫化物气体, 致使氧化物阴极中毒和发光效率下降, 开发了非硫化物荧光粉ZnGa2O 4, 其发光颜色为蓝色, 色坐标为(0118, 0117)。由于欧洲开始对含Cd 的有害材料有了严格的限制, (Zn Cd) S: A g, Cl 红粉不能再用了, 迫切需要开发无Cd 的新发光材料。用SrT iO 3: P r, A l, Ga, Zn 可以得到色坐标为(01666, 01333) 的红色发光材料。
由于VFD 所固有的特点, 它也有一些难以克服的缺点:
1. 阴极功耗大。V FD 的总功耗主要有阴极加热功率、栅极功率和阳极功率。不管发光点有多少是开通发光的, 只要一开机, 阴极的加热始终常开。不考虑驱动电路的功率损耗,V FD 屏本身的阴极加热占全屏功耗的1ö3 以上;
2. 低阳极电压的工作条件下, 难以找到合适的高效率、长寿命发光粉。限制了全彩色显示屏的开发;
3. 真空结构, 难以制作大面积的电视显示屏。V FD 的应用范围主要是用于家用电器的工作状态显示和仪器仪表的数码和符号、图表显示。
1.3 论文各章节的安排
第一章叙述了VFD技术的发展，VFD技术的特点、应用与发展。
第二章介绍了DVD及其发展现状，具体为：讲述了什么是DVD、DVD的盘片物理结构、DVD播放机软件方案ESS介绍和DVD研究现状与意义，为VFD技术在DVD中的应用做准备工作；最后阐述了本课题的研究现状与意义。
第三章是本论文的电路设计部分，介绍了、DW8090型DVD刻录机概况及其开发环境、DW8090型DVD刻录机硬件工作原理、VFD主控芯片PT6311和真空荧光显示电路的设计。
第四章是研究了PT6311在VFD和DVD中的应用，简介了DVD的前面板，并实现了前面板的显示功能。
第五章为总结和展望，总结了本论文实现的功能，阐述本课题的现实意义，以及对未来VFD技术的展望。