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列有細槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成90°),也就是說,若一個平面上的分子南北向排列,則另一平面上的分子東西向排列,而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90°扭轉的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播,所以光線經過液晶時也被扭轉90°。當液晶上加一個電壓時,分子便會重新垂直排列,使光線能直射出去,而不發(fā)生任何扭轉。LCD正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光器構成的,所以在正常情況下應該阻斷所有試圖穿透的光線。但是,由于兩個濾光器之間充滿了扭曲液晶,所以在光線穿出第一個濾光器后,會被液晶分子扭轉90°,最后從第二個濾光器中穿出。另一方面,若為液晶加一個電壓,分子又會重新排列并完全平行,使光線不再扭轉,所以正好被第二個濾光器擋住?？傊?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電容器,一個電極連接著公共極板,另一個連接著字符段。LCD受電壓的均方根值控制,當施加在LCD上的電壓為零時,LCD呈透明狀態(tài)。當施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。如果用直流驅動LCD,將會引起顯示單元永久性的損壞。為了防止不可逆轉的電化學反應使LCD損壞,加在所有字符段上的電壓必須周期性翻轉極性,以使加在字符段上的平均電壓為0。為了節(jié)約單片機I/O口線,采用多路復用的方法驅動LCD。
2 單片機EM78P259N簡介
EM78P259N是臺灣義隆公司推出的8位單片機,引腳如圖1所示。
圖1
主要功能如下：
◆ 工作電壓范圍為2.3~5.5 V;
◆ 工作頻率（基于時鐘是2分頻）,在Crystal模式下DC—20 MHz/2 CLKS、5 V,DC—8 MHz/2 CLKS、3 V,在RC模式下DC—4 MHz/2 CLKS、5 V,DC—4 MHz/2 CLKS、3 V;
◆ 低功耗,在5 V/4 MHz時工作電流小于1.9 mA,在3 V/32 kHz時工作電流為15 μA,在睡眠模式耗電電流為1 μA;
◆ 內置RC振蕩,4 MHz、8 MHz、1 MHz、455 kHz(帶自動校驗);
◆ 80 B RAM;
◆ 2K×13程序空間;
◆ 雙向I/O口;
◆ 8級堆棧深度;
◆ 3個8位定時器,1個16位定時器;
◆ 1個比較器;
◆ 4路12位精度A/D轉換。
3 I/O口直接驅動LCD的實現(xiàn)方法
下面介紹多路復用顯示的驅動方法,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間叫一幀,單位時間內掃描多少幀的頻率叫幀頻,將掃描公共電極（COM）選通的時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。由于在多路復用顯示驅動方法中,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。在動態(tài)顯示時,要使LCD的某個像素實現(xiàn)顯示,就必須循環(huán)地在該像素上用公共級掃描脈沖（COM）和段掃描脈沖(SEG)合成一個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,從而擴大選擇像素與半選擇像素之間電壓的差距,提高顯示對比度,使非選擇像素和半選擇像素的顯示更均勻。
圖2
根據單片機的特性,采用1/2偏壓,1/2占空比方法驅動LCD,現(xiàn)以COM=2,SEG=4的LCD為例:LCD屏共有8個像素,公共極有2極,字符段為4段。
公共極信號產生的波形如圖3所示。
從圖3可看出,公共極信號發(fā)生可分成4個階段S0、S1、S2和S3。
S0: COM0=+5 V,COM1=+2.5 V。
S1: COM0=+2.5 V,COM1=+5 V。
S2: COM0=0 V,COM1=+2.5 V。
S3: COM0=+2.5 V,COM1=0 V。
圖3
這樣在S0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0 V,該像素才會亮。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要點亮的閥值電壓,所以此時與COM1連接的像素都不會亮。在S1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0 V,該像素才會亮。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要點亮的閥值電壓,所以此時與COM0連接的像素都不會亮。
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＋5 V,該像素才會亮。同時,驅動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要點亮的閥值電壓,所以此時與COM1連接的像素都不會亮。
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＋5 V,該像素才會亮。同時,驅動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要點亮的閥值電壓,所以此時與COM0連接的像素都不會亮。
結語
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直接驅動,公共極（COM）可擴展為3個,或4個以上。
參考文獻
1 郭強.液晶顯示應用技術.北京：電子工業(yè)出版社,2003
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