MCU的IO口直接驱动段码LCD

只看该作者 · 2018-5-12 10:20

当产品需要段码LCD显示时，如果使用不带LCD驱动器的MCU，则需要外接LCD驱动IC，这会增加成本和PCB面积。事实上，很多小项目，比如大量的小家电，需要显示的段码不多，常见的是4个8带小数点或时钟的冒号“：”，这样如果使用IO口直接扫描显示，则会减小PCB面积，降低成本。

但是，本方案不合适驱动太多的段（占用IO太多），也不合适非常低功耗的场合。

段码LCD驱动简单原理：如图1所示。

LCD是一种特殊的液态晶体，在电场的作用下晶体的排列方向会发生扭转，因而改变其透光性，从而可以看到显示内容。LCD有一个扭转阀值，当LCD两端电压高于此阀值时，显示内容，低于此阀值时，不显示。通常LCD有3个参数：工作电压、DUTY（对应COM数）和BIAS（即偏压，对应阀值），比如4.5V、1/4 DUTY、1/3 BIAS，表示LCD显示电压为4.5V，4个COM，阀值大约是1.5V，当加在某段LCD两端电压大于1.5V时（一般加4.5V）显示，而加1.5V时不显示。但是LCD对于驱动电压的反应不是很明显的，比如加2V时，可能会微弱显示，这就是通常说的“鬼影”。所以要保证驱动显示时，要大于阀值电压比较多，而不显示时，要用比阀值小比较多的电压。

注意：LCD的两端不能加直流电压，否则时间稍长就会损坏，所以要保证加在LCD两端的驱动电压的平均电压为0。LCD使用时分割扫描法，任何时候一个COM扫描有效，另外的COM处于无效状态。

驱动1/4Duty 1/2BIAS 3V的方案电路见图1，LCD扫描原理见图3，MCU为3V工作，用双向口做COM，PUSH-PULL或STANDARD输出口接SEG，并且每个COM都接一个47K电阻到一个电容，RC滤波后得到一个中点电压。在轮到某个COM扫描时，设置成PUSH-PULL输出，如果与本COM连接的SEG不显示，则SEG输出与COM同相，如果显示，则反相。扫描完后，这个COM的IO就设置成高阻，这样这个COM就通过47K电阻连接到1/2VDD电压，而SEG继续输出方波，这样加在LCD上的电压，显示时是+-VDD，不显示时是+-1/2VDD，保证了LCD两端平均直流电压为0。

驱动1/4Duty 1/3BIAS 3V的方案电路见图4，LCD扫描原理见图5，，MCU为5V工作，SEG线通过电阻分压输出1.5V、3.5V，COM线通过电阻分压输出0.5V、2.5V（高阻时）、4.5V。在轮到某个COM扫描时，设置成PUSH-PULL输出，如果与本COM连接的SEG不显示，则SEG输出与COM同相，如果显示，则反相。扫描完后，这个COM的IO就设置成高阻，这样这个COM就通过47K电阻连接到2.5V电压，而SEG继续输出方波，这样加在LCD上的电压，显示时是+-3.0V，不显示时是+-1.0V，完全满足LCD的扫描要求。

当需要睡眠省电时，把所有COM和SEG驱动IO全部输出低电平，LCD驱动部分不会增加额外电流。

图1：驱动1/4Duty 1/2BIAS 3V LCD的电路

图2：段码名称图

图3：1/4Duty 1/2BIAS扫描原理图

图4：驱动1/4Duty 1/3BIAS 3V LCD的电路

图5：1/4Duty 1/3BIAS扫描原理图

为了使用方便，显示内容放在一个显存中，其中的各个位与LCD的段一一对应，见图6。

图6：LCD真值表和显存影射表

图7：驱动效果照片

本LCD扫描程序仅需要两个函数：

1、 LCD段码扫描函数 void LCD_scan(void)

程序隔一定的时间调用这个函数，就会将LCD显示缓冲的内容显示到LCD上，全部扫描一次需要8个调用周期，调用间隔一般是1~2ms，假如使用1ms，则扫描周期就是8ms，刷新率就是125HZ。

2、 LCD段码显示缓冲装载函数 void LCD_load(u8 n,u8 dat)

本函数用来将显示的数字或字符放在LCD显示缓冲中，比如LCD_load(1,6)，就是要在第一个数字位置显示数字6，支持显示0~9，A~F，其它字符用户可以自己添加。

另外，用宏来显示、熄灭或闪烁冒号或小数点。

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/****************** LCD段码扫描函数 ***************************



u8        code T_COM[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};



void        LCD_scan(void)        //5us @22.1184MHZ



{   u8        j;



j = scan_index >> 1;        //COMx



P2n_pure_input(0x0f);       //全部COM输出高阻, COM为中点电压



if(scan_index & 1)          //反相扫描



{   P1 = ~LCD_buff[j];        //送SEG驱动码



P2 = ~(LCD_buff[j|4] & 0xf0);   //送SEG驱动码和COM驱动码



}



else         //正相扫描



{   P1 = LCD_buff[j];          //送SEG驱动码



P2 = LCD_buff[j|4] & 0xf0;  //送SEG驱动码和COM驱动码



}



P2n_push_pull(T_COM[j]);        //某个COM设置为推挽输出



if(++scan_index >= 8)        scan_index = 0;   //扫描完成，重复扫描



}



 



/****************** LCD段码显示缓冲装载函数 ***************************/



/****************** 对第1~6数字装载显示函数 ***************************/



u8        code T_LCD_mask[4]  = {~0xc0,~0x30,~0x0c,~0x03};



u8        code T_LCD_mask4[4] = {~0x40,~0x10,~0x04,~0x01};



void        LCD_load(u8 n,u8 dat)        //n为第几个数字，为1~6，dat为要显示的数字        10us@22.1184MHZ



{   u8        i,k;



u8        *p;



if((n == 0) || (n > 6))        return;



i = t_display[dat];



 



if(n <= 4)        //1~4



{   n--;



p = LCD_buff;



}



else



{   n = n - 5;



p = &LCD_buff[4];



}



 



k = 0;



if(i & 0x08)        k |= 0x40;        //D



*p = (*p & T_LCD_mask4[n]) | (k>>2*n);



p++;



 



k = 0;



if(i & 0x04)        k |= 0x40;        //C



if(i & 0x10)        k |= 0x80;        //E



*p = (*p & T_LCD_mask[n]) | (k>>2*n);



p++;



 



k = 0;



if(i & 0x02)        k |= 0x40;        //B



if(i & 0x40)        k |= 0x80;        //G



*p = (*p & T_LCD_mask[n]) | (k>>2*n);



p++;



 



k = 0;



if(i & 0x01)        k |= 0x40;        //A



if(i & 0x20)        k |= 0x80;        //F



*p = (*p & T_LCD_mask[n]) | (k>>2*n);



}