基于STM8S的LCD驅(qū)動(dòng)電路和LCD顯示原理分析

一、LCD的顯示原理。

LCD的工作原理和驅(qū)動(dòng)電路 液晶是一種有機(jī)化合物，這種有機(jī)物質(zhì)在一定的溫度范圍內(nèi)，既具有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又具有某些晶體的光學(xué)性質(zhì)。LCD就是利用這種物質(zhì)在電場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生特殊的電光效應(yīng)而制成的。按照使用的電光效應(yīng)的不同，LCD可分為動(dòng)態(tài)散射效應(yīng)和扭曲一向列效應(yīng)兩種類型;按采光方式的不同又可分為透射式和反射式。

LCD的基本結(jié)構(gòu)由內(nèi)表面刻有透明電極(典型圖形為7段字形)的兩塊平板玻璃中間注入薄薄(約10pm厚)的液晶層構(gòu)成。它的上、下表面各放了一塊偏振片(起偏振片、檢偏振片)。下偏振片下面常常再放一塊高效的反射器件，以獲得良好的清晰度。

LCD采用表面排列技術(shù)，對(duì)刻有透明電極的玻璃進(jìn)行表面處理，使液晶分子在液晶盒內(nèi)的排列方向呈90°扭曲。線性偏振光進(jìn)入扭曲的液晶盒后，偏振面旋轉(zhuǎn)90°。加上電場(chǎng)后，由于正介電各向異性液晶分子的取向具有和電場(chǎng)方向排列一致的性質(zhì)，故扭曲結(jié)構(gòu)消失，線性偏振光可以直接通過液晶盒。去掉電場(chǎng)后，液晶分子的排列又恢復(fù)扭曲，使線性偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)90°。因此，當(dāng)扭曲液晶盒置于起、檢偏振片之間時(shí)，改變兩塊偏振片的相對(duì)位置(正交或平行)，就可得到白底黑字(正常開啟)或黑底白字(正常關(guān)閉)的顯示形式。扭曲效應(yīng)LCD工作原理如圖4所示，兩塊偏振片正交排列，故可獲得白底黑字的顯示形式。

由上面介紹可以看出，讓液晶顯示需要在液晶的兩端加上電壓，改變液晶的光特性，讓其顯示出預(yù)設(shè)的圖案。

二、段式LCD的顯示方式

一般LCD在制作的時(shí)候?yàn)榱斯?jié)省引腳，會(huì)跟數(shù)碼管一樣多個(gè)液晶公用一個(gè)公共端COM，另一端一般稱之為SEG，在SEG和COM上加上電壓就可以“點(diǎn)亮”該段液晶。

若在COM3和SEG5之間加上電壓，則會(huì)點(diǎn)亮AM這兩個(gè)字母的顯示。

但是在驅(qū)動(dòng)液晶的時(shí)候有個(gè)重要問題需要注意，COM口與SEG之間必須加上對(duì)稱的交流電壓，以保證加到LCD兩端的交流電壓平均值為零。過大的直流電壓會(huì)使液晶材料迅速分解，大大縮短LCD的工作壽命。因此，要求直流分量越小越好，至少應(yīng)小于100mV。這也是LCD與段式LED最大的不同之處。

與LED的顯示類似，LCD要顯示出來有一定的門限電壓，高于這個(gè)電壓則會(huì)提高“亮度”，在LCD中一般稱之為對(duì)比度，低于這個(gè)門限電壓則完全不顯示。這個(gè)們限電壓在制作好的時(shí)候一般被稱之為BIAS(偏置)。一般制作好的LCD屏幕，會(huì)告訴你一個(gè)驅(qū)動(dòng)條件參數(shù)，類似：1/4 duty 1/3BIAS 這個(gè)BIAS即是這里的偏置，1/3是指偏置電壓為工作電壓的1/3。Duty是指驅(qū)動(dòng)周期，有多少個(gè)COM，驅(qū)動(dòng)該LCD就需要多少個(gè)周期

三、基于STM8S的LCD驅(qū)動(dòng)電路

通過上面的分析，我們知道驅(qū)動(dòng)LCD需要在COM口和SEG口不斷產(chǎn)生相反的且大于BIAS的電壓差，同時(shí)要保證不工作的SEG口與COM電壓不能大于BIAS。在一般應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)會(huì)選擇專門LCD驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)LCD屏幕，這些芯片一般是通過SPI通信控制的。但在一些特殊的對(duì)成本敏感的項(xiàng)目中，我們其實(shí)也可以通過STM8S來直接驅(qū)動(dòng)LCD屏幕，此時(shí)就需要巧妙的設(shè)計(jì)一些外部電路，來解決單片機(jī)只能產(chǎn)生兩種邏輯電平的問題了。

3.1 STM8s外部電路

COM口：

我們?cè)贑OM外設(shè)計(jì)如下電路

該電路使得COM口通過不同的輸出模式，能輸出5種不同的電壓：

3.3V：

設(shè)置COM口為推挽輸出，并輸出高。

3.3V * 3/4：

設(shè)置COM口為浮空輸入，將BIAS引腳設(shè)置為推挽輸出，同時(shí)輸出高。

3.3V* 1/2：

將COM口與BIAS口都設(shè)置為浮空輸入。

3.3V*1/4：

設(shè)置COM口為浮空輸入，將BIAS引腳設(shè)置為推挽輸出，同時(shí)輸出低。

0V：

設(shè)置COM口為推挽輸出，并輸出低。

SEG口：

我們?cè)赟EG口電路設(shè)計(jì)如下

該電路使得SEG口通過不同的輸出模式，能輸出5種不同的電壓：

3.3V：

設(shè)置SEG口為推挽輸出，并輸出高。

3.3V* 1/2：

將SEG口設(shè)置為浮空輸入。

0V：

設(shè)置SEG口為推挽輸出，并輸出低。

四、適合單片機(jī)的LCD驅(qū)動(dòng)方式

以1/2 BIAS 1/4duty的LCD為例

驅(qū)動(dòng)他大概有2種方式。

兩種方式的COM口電平如下：

1.

我建議使用第二種方式來驅(qū)動(dòng)LCD，因?yàn)榈诙N方式在單片機(jī)程序中更容易實(shí)現(xiàn)，占用的資源更少，更符合程序設(shè)計(jì)的習(xí)慣。

再來說說SEG口，對(duì)于1/2BIAS的LCD，當(dāng)COM口為高時(shí)，選定的SEG口為低，當(dāng)COM口為低時(shí)，選定的SEG口為高。不現(xiàn)實(shí)的SEG口保持與COM口相同的電平即可，此時(shí)其他的COM口都為1/2VCC，不高于門限電壓，不會(huì)使得其他液晶顯示。

但是若LCD為1/3BIAS的，此時(shí)就不可以按1/2BIAS的方式來驅(qū)動(dòng)，因?yàn)楫?dāng)電壓為1/2時(shí)已經(jīng)大于他的門限電壓，若還按照上面方式，則會(huì)留下殘影(就是對(duì)比度很低的液晶顯示)。

此時(shí)，驅(qū)動(dòng)方式為，當(dāng)選定的COM口電壓為VCC時(shí)，將其他COM的電壓全為3/4 VCC，選定的SEG口全部為1/2VCC，未選定的SEG口電壓也為VCC。反之，當(dāng)選定的COM口電壓為0時(shí)，將其他COM的電壓全為1/4 VCC，選定的SEG口全部為1/2VCC，未選定的SEG口電壓也為0.這種方式可以避免殘影產(chǎn)生，其他方式均會(huì)產(chǎn)生殘影。