利用单片机I/O口直接驱动LCD

        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。

 

       这两个平面上的梧互相垂直(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，分子叉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。当旅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O。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l所示。

    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、5V，DC-8MHz／2 CLKS、3V，在RC模式下DC-4MHz／2 CLKS、5V，DC-4 MHz／2 CLKS、3V；
    ◆低功耗，在5V／4MHz时工作电流小于1．9 mA，在3V／32 kHz时工作电流为15μA，在睡眠模式耗电电流为lμA；
    ◆内置RC振荡，4MHz、8MHz、1MHz、455kHz(带自动校验)；
    ◆80B 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。

        根据单片机的特性，采用1／2偏压，l／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SO、S1、S2和S3。
   

   

         这样在SO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OV，该像素才会亮。与COMl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COMl连接的像素，并且SEG段必须为0V，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+5V，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+5V，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。