利用單片機(jī)I/O口直接驅(qū)動(dòng)LCD

    如何將小家電成本降低的同時(shí)，又保證其性能，是對(duì)應(yīng)用工程師提出的更高要求。本控制板需要進(jìn)行溫度控制，顯示界面要求LCD顯示。帶專用LCD驅(qū)動(dòng)器，又帶A／D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)成本太高，因此選用臺(tái)灣義隆公司帶A／D的單片機(jī)EM78P259N直接驅(qū)動(dòng)LCD。該款單片機(jī)性價(jià)比高，性能可靠，很適合在家電控制中應(yīng)用。

1 LCD簡介
    目前，市面主流LCD(液晶顯示器)分成以下幾大類：TN(扭曲陣列型)、STN(超扭曲陣列型)、DSTN(雙層超扭曲陣列)、HPA(高性能定址或快速DSTN)、TFT(薄膜場效應(yīng)晶體管)等。由于成本因素，目前小家電大多數(shù)采用的是TN型單色液晶顯示器，它的原理是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的梧互相垂直(相交成90°)，也就是說，若一個(gè)平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90°扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90°。當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí)，分子便會(huì)重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。LCD正是由這樣兩個(gè)相互垂直的極化濾光器構(gòu)成的，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個(gè)濾光器之間充滿了扭曲液晶．所以在光線穿出第一個(gè)濾光器后，會(huì)被液晶分子扭轉(zhuǎn)90°，最后從第二個(gè)濾光器中穿出。另一方面，若為液晶加一個(gè)電壓，分子叉會(huì)重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個(gè)濾光器擋住。總之，加電將光線阻斷，不加電則使光線射出。LCD模型可以把其看成一個(gè)電容器，一個(gè)電極連接著公共極板，另一個(gè)連接著字符段。LCD受電壓的均方根值控制，當(dāng)施加在LCD上的電壓為零時(shí)，LCD呈透明狀態(tài)。當(dāng)旅加在字符段與公共極的電壓大于LCD的閥值電壓，則該字符段就顯示出來。如果用直流驅(qū)動(dòng)LCD，將會(huì)引起顯示單元永久性的損壞。為了防止不可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)使LCD損壞，加在所有字符段上的電壓必須周期性翻轉(zhuǎn)極性，以使加在字符段上的平均電壓為O。為了節(jié)約單片機(jī)I／O口線，采用多路復(fù)用的方法驅(qū)動(dòng)LCD。

2 單片機(jī)EM78P259N簡介
    EM78P259N是臺(tái)灣義隆公司推出的8位單片機(jī)，引腳如圖l所示。

    主要功能如下：
    ◆工作電壓范圍為2．3～5．5 V；
    ◆工作頻率(基于時(shí)鐘是2分頻)，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時(shí)工作電流小于1．9 mA，在3V／32 kHz時(shí)工作電流為15μA，在睡眠模式耗電電流為lμA；
    ◆內(nèi)置RC振蕩，4MHz、8MHz、1MHz、455kHz(帶自動(dòng)校驗(yàn))；
    ◆80B RAM；
    ◆2K×13程序空間；
    ◆雙向I／O口；
    ◆8級(jí)堆棧深度；
    ◆3個(gè)8位定時(shí)器，1個(gè)16位定時(shí)器；
    ◆1個(gè)比較器；
    ◆4路12位精度A／D轉(zhuǎn)換。

3 I／O口直接驅(qū)動(dòng)LCD的實(shí)現(xiàn)方法
    下面介紹多路復(fù)用顯示的驅(qū)動(dòng)方法，電路圖如圖2所示。將所有公共電極(COM)各施加一次掃描電壓的時(shí)間叫一幀，單位時(shí)間內(nèi)掃描多少幀的頻率叫幀頻，將掃描公共電極(COM)選通的時(shí)間與幀周期之比叫占空比。通常占空比等于公共電極數(shù)N的倒數(shù)，即1／N。由于在多路復(fù)用顯示驅(qū)動(dòng)方法中，像素被分成選通像素、非選通像素和半選通像素。它們都被加上了一定的電壓。所以引出了平均電壓法。選通像素上的電壓與非選通像素上的電壓比就是常說的LCD偏壓比。在動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，要使LCD的某個(gè)像素實(shí)現(xiàn)顯示，就必須循環(huán)地在該像素上用公共級(jí)掃描脈沖(COM)和段掃描脈沖(SEG)合成一個(gè)超過液晶閥值電壓的工作電壓(及平均電壓)才能完成。說到底，平均電壓法是把半選通像素上的電壓和非選通像素的電壓平均化，用適度提高非選擇像素的電壓來抵消半選擇像素的一部分電壓，從而擴(kuò)大選擇像素與半選擇像素之間電壓的差距，提高顯示對(duì)比度，使非選擇像素和半選擇像素的顯示更均勻。

    根據(jù)單片機(jī)的特性，采用1／2偏壓，l／2占空比方法驅(qū)動(dòng)LCD，現(xiàn)以COM=2，SEG=4的LCD為例：LCD屏共有8個(gè)像素，公共極有2極，字符段為4段。

    公共極信號(hào)產(chǎn)生的波形如圖3所示。

    從圖3可看出，公共極信號(hào)發(fā)生可分成4個(gè)階段SO、S1、S2和S3。
   

   
    這樣在SO階段，選通的像素只可能是與COM0連接的像素，并且SEG段必須為OV，該像素才會(huì)亮。與COMl連接的像素只可能是非選通像素或半選通像素，而半選通像素電壓低于LCD要點(diǎn)亮的閥值電壓，所以此時(shí)與COM1連接的像素都不會(huì)亮。

    在S1階段，選通的像素只可能是與COMl連接的像素，并且SEG段必須為0V，該像素才會(huì)亮。與COM0連接的像素只可能是非選通像素或半選通像素，而半選通像素電壓低于LCD要點(diǎn)亮的閥值電壓，所以此時(shí)與COM0連接的像素都不會(huì)亮。

    在S2階段，選通的像素只可能是與COM0連接的像素，并且SEG段必須為+5V，該像素才會(huì)亮。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)LCD的電壓極性相反，與COM1連接的像素只可能是非選通像素或半選通像素，而半選通像素電壓低于LCD要點(diǎn)亮的閥值電壓，所以此時(shí)與COM1連接的像素都不會(huì)亮。

    在S3階段，選通的像素只可能是與COM1連接的像素，并且SEG段必須為+5V，該像素才會(huì)亮。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)LCD的電壓極性相反，與COM0連接的像素只可能是非選通像素或半選通像素，而半選通像素電壓低于LCD要點(diǎn)亮的閥值電壓，所以此時(shí)與COM0連接的像素都不會(huì)亮。

結(jié)語
    利用上面提供的方法，只要LCD要顯示的像素不多，都可利用帶雙向口的單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，公共極(COM)可擴(kuò)展為3個(gè)，或4個(gè)以上。