【摘 要】文中在簡單分析段式液晶結構原理的基礎上，給出了利用C8051單片機的I/O口直接驅動段式液晶的方法。本設計充分利用了單片機多余的I/O口，節(jié)省了硬件成本，增加了驅動程序的可移植性。

【關鍵詞】C8051 段式液晶 I/O；直接驅動

隨著單片機的應用越來越廣泛和普遍， 液晶顯示技術也得到了迅速的發(fā)展。液晶模塊己經(jīng)成為人機界面交互的重要技術之一，其中，段式液晶顯示更是在生產(chǎn)生活中起到很重要的作用。本文中利用C8051單片機直接驅動段式液晶，從而代替了段式液晶顯示所需的專門的驅動芯片，進而減少了功耗和成本，增加了驅動程序的可移植性，便于項目的二次開發(fā)使用，縮短了項目的研發(fā)周期。

一、段式液晶的結構以及顯示原理

LCD顯示透光和不透光的電壓有效值的分界電壓稱為開啟電壓VH，當電壓有效值超過VH ，螺旋結構的旋光角度加大，透光率急劇變化，透明度急劇上升，顯示相應的內容；反之，則透明度急劇下降，不顯示。

段式液晶顯示器件是指以條狀顯示像素組成需要碼段的液晶顯示器件，簡稱段式液晶。段式液晶顯示器主要用于顯示數(shù)字，類似于數(shù)碼管顯示數(shù)字，但段式液晶顯示原理不同。而在工業(yè)使用中，我們經(jīng)常使用段碼類型是“8”的結構，以帶有小數(shù)點的8段最為常見。

二、液晶驅動的設計

（一）公共端口（COM）與各段控制端口（SEG）的關系

通過段式液晶顯示原理知道，要在公共端口和每個段選端口之間加上電壓差超過門限值的交流信號，段式液晶對應的各段才能點亮顯示，因此，段式液晶顯示在設計時候采用公共電極（底極板）和段選端口電極（面極板）分開的原理設計的。由圖1典型的段式液晶結構可知，對于面極板方面，液晶的每四個液晶顯示段的面極板是連在一起由一個引腳（SEG n）引出的，而這四個面極板分別對應不同的底極板，也就是COM口，有圖1可知，段式液晶的每位數(shù)字顯示都是由兩個SEG口和四個COM口掃描控制的。為了適應C8051類型單片機的工作電壓，可選用驅動的LCD點亮的電壓為3.3V，VH=1.65V。其中，液晶選用的是1/2偏置，1/4占空比（1/2B，1/4D）的液晶屏。

（二）液晶的動態(tài)驅動

由于設計中選用的LCD的VRMS=3.3V，偏置電壓1/2 *VRMS，當COM口與SEG口電壓差為1/2時，液晶熄滅，所以根據(jù)圖1所示，需要在COM口和SEG口之間加上振幅為3.3V的交流電壓便可點亮液晶顯示段。

根據(jù)圖1顯示的是8液晶顯示段，A，F(xiàn)，E，D和B，G，C，H四段分別聯(lián)在一起，一個SEG口控制四個液晶顯示段，因而每位數(shù)字顯示由兩個SEG口來共同控制，如果只是簡單的在COM口和SEG口之間加上振蕩電壓的話，四段只會一起亮一起滅，因此，我們要用時序波形來控制COM口和SEG口的動作電壓，使每個液晶顯示段能夠獨立點亮，而且不同液晶段之間的亮、滅互不影響。由于段式液晶的顯示采用的是時分動態(tài)掃描的驅動模式，在此模式下，每個 COM 的有效選通時間與整個掃描周期的比值即占空比是固定的，等于 1/COM 數(shù)。所以，在對四個COM口進行掃描時，把一個掃描周期分成四個時間段，在不同的時間段內對不同的COM口進行掃描。

在第一個時間段，給COM 0輸出振幅為3.3V的交流電壓，對應的SEG口，若使對應的液晶顯示段點亮，則使SEG口輸出與COM 0口相反的交流電壓，使兩個極板之間的電壓差等于VRMS；反之，若使對應的液晶顯示段熄滅，則使SEG口輸出的電壓波形與COM 0口的輸出電壓波形相同，使兩個極板之間的電壓差等于VH。而其他三個未被掃描到的COM口通過C8051單片機的內部寄存器設置為輸入，使其成為高阻態(tài)，由于單片機端口處于高阻態(tài)懸空時端口電壓容易受到外部信號影響，會使輸入的電壓變化較大，為了穩(wěn)定這類端口的電壓，還需要在額外在SEG端口外部加上拉電阻為其提供一個1.65V的穩(wěn)定電壓。由段式液晶原理可知，當COM口或者SEG口其中一個極板穩(wěn)定在中間電壓時，COM口和SEG口之間的電壓差值穩(wěn)定在±1.65V，由于沒有達到液晶門限值電壓，COM 1，COM 2，COM 3所對應的液晶顯示段都不被點亮。同樣，在第二個時間段，COM 1輸出振幅為3.3V的交流電壓，而COM 0，COM 2和COM 3都設置為輸入高阻狀態(tài)，通過外部的拉電阻使其電壓都穩(wěn)定在1.65V，控制方法和掃描COM 0一樣，這樣就控制了COM 1口對應液晶顯示段的亮滅。后面的第三個時間段和第四個時間段類推。

三、具體顯示實現(xiàn)

根據(jù)圖1所描述的時序，在一個周期內不同的SEG口在八個不同的時間段內定義了不同的電平變化，而段式液晶顯示的數(shù)字從0到9變化，因此在編寫程序前，需要定義一個10行8列的數(shù)組作為緩存數(shù)組。由于COM口的波形是受到C8051單片機固定輸出的，根據(jù)顯示不同的數(shù)字，在八個不同的時間段內對SEG口進行電平的高低變換，從而點亮相應COM口和SEG口對應的液晶段。

由于使用的四位八段段式液晶來說，本設計最多可以實現(xiàn)四位數(shù)字顯示數(shù)字，除了公共四個COM口公共端以外，每位數(shù)字用兩個SEG口來控制，因而我們需要8個SEG口來控制所有位的顯示，C8051定時器掃描中，通過寫入不同位選和段選的參數(shù)變量來動態(tài)顯示每一個位的數(shù)字?？梢詫⒉煌@示數(shù)字的數(shù)組直接裝載到軟件中動態(tài)掃描函數(shù)中，即可實現(xiàn)各個數(shù)字的顯示。

四、結論

在工業(yè)生產(chǎn)中，使用C8051單片機I/O口直接驅動液晶顯示有著以下較為突出的優(yōu)點。首先：節(jié)省專門的液晶驅動芯片，可以直接使用C8051空閑的I/O端口驅動液晶；其次：可移植性好，在使用其他CPU芯片時，直接改變庫中的宏定義就可以直接使用此類液晶。

參考文獻：

[1]新華龍電子官網(wǎng)C8051單片機數(shù)據(jù)手冊[DB/OL]. http：//www.xhl.com.cn.

[2]林濤.數(shù)字電子技術基礎[M]. 北京： 清華大學出版社.

[3]李維捉， 郭強. 液晶顯示應用技術[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社，2000.

作者簡介：馬瑞濤（1990-），河南省固始縣，碩士研究生，專業(yè)：信息與通信工程和振動傳感器檢測技術。