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用STC系列MCU的IO口直接驱动段码LCD
时间：2016-12-09
用STC系列MCU的IO口直接驱动段码LCD
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。
/****************** 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，<span style="text-transform: none; font-style: normal; letter-spacing: 0p