利用单片机I/O口直接驱动LCD
发布时间：2010-9-11 13:06
发布者：techshare
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如何将小家电成本降低的同时，又保证其性能，是对应用工程师提出的更高要求。本控制板需要进行温度控制，显示界面要求LCD显示。带专用LCD驱动器，又带A/D转换器的单片机成本太高，因此选用台湾义隆公司带A/D的单片机EM78P259N直接驱动LCD。该款单片机性价比高，性能可靠，很适合在家电控制中应用。 1 LCD简介 目前,市面主流LCD(液晶显示器)分成以下几大类：TN(扭曲阵列型)、STN(超扭曲阵列型)、DSTN(双层超扭曲阵列)、HPA(高性能定址或快速DSTN)、TFT(薄膜场效应晶体管)等。由于成本因素，目前小家电大多数采用的是TN型单色液晶显示器，它的原理是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90°),也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90°扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90°。当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成的，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90°，最后从第二个滤光器中穿出。 另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。LCD模型可以把其看成一个电容器，一个电极连接着公共极板，另一个连接着字符段。LCD受电压的均方根值控制，当施加在LCD上的电压为零时，LCD呈透明状态。当施加在字符段与公共极的电压大于LCD的阀值电压，则该字符段就显示出来。如果用直流驱动LCD，将会引起显示单元永久性的损坏。为了防止不可逆转的电化学反应使LCD损坏，加在所有字符段上的电压必须周期性翻转极性，以使加在字符段上的平均电压为0。为了节约单片机I/O口线，采用多路复用的方法驱动LCD。 2 单片机EM78P259N简介 EM78P259N是台湾义隆公司推出的8位单片机，引脚如图1所示。  图1 主要功能如下： ◆ 工作电压范围为2.3"5.5 V； ◆ 工作频率（基于时钟是2分频），在Crystal模式下DC—20 MHz/2 CLKS、5 V，DC—8 MHz/2 CLKS、3 V，在RC模式下DC—4 MHz/2 CLKS、5 V，DC—4 MHz/2 CLKS、3 V； ◆ 低功耗，在5 V/4 MHz时工作电流小于1.9 mA,在3 V/32 kHz时工作电流为15 μA,在睡眠模式耗电电流为1 μA; ◆ 内置RC振荡，4 MHz、8 MHz、1 MHz、455 kHz(带自动校验); ◆ 80 B RAM; ◆ 2K×13程序空间; ◆ 双向I/O口; ◆ 8级堆栈深度; ◆ 3个8位定时器，1个16位定时器; ◆ 1个比较器; ◆ 4路12位精度A/D转换。 3 I/O口直接驱动LCD的实现方法 下面介绍多路复用显示的驱动方法，电路图如图2所示。将所有公共电极（COM）各施加一次扫描电压的时间叫一帧，单位时间内扫描多少帧的频率叫帧频，将扫描公共电极（COM）选通的时间与帧周期之比叫占空比。通常占空比等于公共电极数N的倒数，即1/N。由于在多路复用显示驱动方法中，像素被分成选通像素、非选通像素和半选通像素。它们都被加上了一定的电压，所以引出了平均电压法。选通像素上的电压与非选通像素上的电压比就是常说的LCD偏压比。在动态显示时，要使LCD的某个像素实现显示，就必须循环地在该像素上用公共级扫描脉冲（COM）和段扫描脉冲(SEG)合成一个超过液晶阀值电压的工作电压（及平均电压）才能完成。说到底，平均电压法是把半选通像素上的电压和非选通像素的电压平均化，用适度提高非选择像素的电压来抵消半选择像素的一部分电压，从而扩大选择像素与半选择像素之间电压的差距，提高显示对比度，使非选择像素和半选择像素的显示更均匀。  图2 根据单片机的特性，采用1/2偏压，1/2占空比方法驱动LCD,现以COM=2,SEG=4的LCD为例:LCD屏共有8个像素，公共极有2极，字符段为4段。 公共极信号产生的波形如图3所示。 从图3可看出，公共极信号发生可分成4个阶段S0、S1、S2和S3。 S0: COM0=+5 V,COM1=+2.5 V。 S1: COM0=+2.5 V,COM1=+5 V。 S2: COM0=0 V,COM1=+2.5 V。 S3: COM0=+2.5 V,COM1=0 V。  图3 这样在S0阶段，选通的像素只可能是与COM0连接的像素，并且SEG段必须为0 V,该像素才会亮。与COM1连接的像素只可能是非选通像素或半选通像素，而半选通像素电压低于LCD要点亮的阀值电压，所以此时与COM1连接的像素都不会亮。在S1阶段，选通的像素只可能是与COM1连接的像素，并且SEG段必须为0 V,该像素才会亮。与COM0连接的像素只可能是非选通像素或半选通像素，而半选通像素电压低于LCD要点亮的阀值电压，所以此时与COM0连接的像素都不会亮。 在S2阶段，选通的像素只可能是与COM0连接的像素，并且SEG段必须为＋5 V,该像素才会亮。同时，驱动LCD的电压极性相反，与COM1连接的像素只可能是非选通像素或半选通像素，而半选通像素电压低于LCD要点亮的阀值电压，所以此时与COM1连接的像素都不会亮。 在S3阶段，选通的像素只可能是与COM1连接的像素，并且SEG段必须为＋5 V,该像素才会亮。同时，驱动LCD的电压极性相反，与COM0连接的像素只可能是非选通像素或半选通像素，而半选通像素电压低于LCD要点亮的阀值电压，所以此时与COM0连接的像素都不会亮。 结语 利用上面提供的方法， 只要 LCD 要显示的像素不多，都可利用带双向口的单片机直接驱动，公共极（COM）可扩展为3个，或4个以上。 |
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