基于HT48单片机的笔段型液晶显示的简易驱动

1 笔段型液晶显示器件

笔段型液晶显示器件是指以长条状显示像素组成一位显示类型的液晶显示器件，简称段型液晶显示器件。段型显示器件主要是显示数字，或围绕数字显示。在形状中总是围绕"8"的结构变化。其中以七段显示最为常用。段型液晶显示器件的驱动分为两类：一是静态驱动；二是动态驱动。由于段型动态液晶显示器件寻址路数一般不超过4路，故动态驱动通常称为多路寻址驱动。多路寻址驱动液晶显示器件结构如图1所示，引脚排布如表1所列。其中PIN1～3为液晶SEGMENT段，PIN4～6为液晶COM段。PB.0、PB.1、PB.2、PA.7、PA.6、PA.5为单片机驱动管脚。


2 笔段型液晶显示的驱动

由于LCD在各个像素点上应加上AC电压(加上直流电压将会引起永久性损坏)，因此，LCD显示器的对比度由提供到每个像素上的实际RMS电压控制，这个值相当于COM引脚上RMS电压减去SEG引脚上电压。只有当RMS电压大于LCD的饱和电压才能打开像素点，同时必须小于阈值电压才能关闭像素点。这种要求限制了直流电路的零电压，而且不能以最少数目的连接来控制尽可能多的像素点。为此，需要由系统来控制单片机以产生时间和增益都可变的信号提供给LCD显示器使用。这种信号的占空比决定了使用COM口的个数，也称为底板或COMS。通常占空比有1／2、1／3、1／4 (分别表示COM的个数为2、3、4)，可以用来定义每个LCD信号帧内的时间分割数。图2所示是3个COM口上的电压时序信号波形。图3则为l／3占空比和1／2偏压值的LCD信号。3个COM口中，每个COM均有亮、灭两种状态，因此共有23种状态。


3 显示驱动的实现

3.1 HT48系列单片机简介

HT48系列是8位的高性能、高效益的RISC结构单片机，适用于多输入／输出的控制，该系列包含HT48R10A-1／HT48C10-1、HT48R30A-1／HT48C30-l、HT48R50A-1／HT48C50-1、HT48R70A-1／HT48C70-1等型号。其内部特殊特性(如暂停、唤醒功能、振荡器选择和蜂鸣器驱动等)提升了单片机的灵活度，同时也降低了成本。该系列产品主要的不同在于I／O引脚数目、RAM和ROM的容量、定时器数目和大小等，其中HT48R10A-1、HT48R30A-1、HT48R50A-1、HT48R70A-1为一次可编程单片机(One-TimeProgrammable，OTP)，而HT48C10-1、HT48C30-1、HT48C50-1、HT48C70-1为掩膜版，它们与OTP版完全兼容。

3.2 硬件电路

图4所示是基于AT48系列单片机的LCD驱动电路。图中的5 V电源经电阻分压后分别接在PA7～PA5口，U1为HT48R10A-1单片机。HT48系列单片机I／O口通过控制寄存器(PAC、PBC、PCCl可设置成三种状态。例如：SET PAC.7，PA.7为输入态，相当于高阻态。5 V电压经R4、R1分压接入液晶COM3时，其电压为：VCOM3=5R1／(R1+R4)=2.5V(VB)；CLR PAC.7，PA.7为输出态，CLR PA.7，PA.7输出为低电平，当该低电平直接接在液晶COM3时，电压为0 V(VSS)；SET PA.7，PA.7输出高电平，高电平直接接在液晶COM3上，电压为5 V (VA)。这样就可得到3个COM 口的液晶驱动电压。

3.3 软件设计

由图2可知，每一个COM口的一帧信号均含有6个脉冲周期。由图3所示的驱动输出时序，当SEGMENTS信号在6个脉冲周期里分别为H、L、H、L、H、L时为全不亮，当SEGMENTS信号在6个脉冲周期里分别为L、H、L、H、L、H时为全亮。由此，根据图3给出的时序图，就可以点亮或熄灭段型液晶显示器的任何一位。其模拟脉冲子程序如下：




显示笔段A段可由COM0和PB.1共同控制。但在COM0上除了可控制A段以外，还可控制B段。因此在点亮A段时，同时要熄灭B段。其部分程序如下：




显示其余各段时，可依据图3所示的时序，在1～6模拟脉冲内将相应的SEGMENT脚置高或者清零。尤其要注意是，笔段型液晶驱动时，不点亮的段位要做熄灭处理。

4 结束语

通过本文介绍的驱动方案，可以从机理上掌握笔段型液晶驱动方法。在液晶显示不太复杂的设计中，采用这种方法可以简化设计、节约成本。通过作者在多种数字仪表上的应用证明，该方法效果很好。