基于c8051单片机的段式液晶显示设计

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1、基于C8051单片机的段式液晶显示设计　　【摘要】文中在简单分析段式液晶结构原理的基础上，给出了利用C8051单片机的I/O口直接驱动段式液晶的方法。本设计充分利用了单片机多余的I/O口，节省了硬件成本，增加了驱动程序的可移植性。　　【关键词】C8051段式液晶I/O；直接驱动　　随着单片机的应用越来越广泛和普遍，液晶显示技术也得到了迅速的发展。液晶模块己经成为人机界面交互的重要技术之一，其中，段式液晶显示更是在生产生活中起到很重要的作用。本文中利用C8051单片机直接驱动段式液晶，从而代替了段式液晶显示所需的专门的驱动芯片，进而减少了功耗和成本，增加了驱动程序的可移植性，便于

2、项目的二次开发使用，缩短了项目的研发周期。　　一、段式液晶的结构以及显示原理　　LCD显示透光和不透光的电压有效值的分界电压称为开启电压VH，当电压有效值超过VH，螺旋结构的旋光角度加大，透光率急剧变化，透明度急剧上升，显示相应的内容；反之，则透明度急剧下降，不显示。　　段式液晶显示器件是指以条状显示像素组成需要码段的液晶显示器件，简称段式液晶。段式液晶显示器主要用于显示数字，类似于数码管显示数字，但段式液晶显示原理不同。而在工业使用中，我们经常使用段码类型是“8”的结构，以带有小数点的8段最为常见。　　二、液晶驱动的设计　　（一）公共端口（COM）与各段控制端口（SEG）的关

3、系　　通过段式液晶显示原理知道，要在公共端口和每个段选端口之间加上电压差超过门限值的交流信号，段式液晶对应的各段才能点亮显示，因此，段式液晶显示在设计时候采用公共电极（底极板）和段选端口电极（面极板）分开的原理设计的。由图1典型的段式液晶结构可知，对于面极板方面，液晶的每四个液晶显示段的面极板是连在一起由一个引脚（SEGn）引出的，而这四个面极板分别对应不同的底极板，也就是COM口，有图1可知，段式液晶的每位数字显示都是由两个SEG口和四个COM口扫描控制的。为了适应C8051类型单片机的工作电压，可选用驱动的LCD点亮的电压为3.3V，VH=1.65V。其中，液晶选用的是1/

4、2偏置，1/4占空比（1/2B，1/4D）的液晶屏。　　（二）液晶的动态驱动　　由于设计中选用的LCD的VRMS=3.3V，偏置电压1/2*VRMS，当COM口与SEG口电压差为1/2时，液晶熄灭，所以根据图1所示，需要在COM口和SEG口之间加上振幅为3.3V的交流电压便可点亮液晶显示段。　　根据图1显示的是8液晶显示段，A，F，E，D和B，G，C，H四段分别联在一起，一个SEG口控制四个液晶显示段，因而每位数字显示由两个SEG口来共同控制，如果只是简单的在COM口和SEG口之间加上振荡电压的话，四段只会一起亮一起灭，因此，我们要用时序波形来控制COM口和SEG口的动作电压，

5、使每个液晶显示段能够独立点亮，而且不同液晶段之间的亮、灭互不影响。由于段式液晶的显示采用的是时分动态扫描的驱动模式，在此模式下，每个COM的有效选通时间与整个扫描周期的比值即占空比是固定的，等于1/COM数。所以，在对四个COM口进行扫描时，把一个扫描周期分成四个时间段，在不同的时间段内对不同的COM口进行扫描。　　在第一个时间段，给COM0输出振幅为3.3V的交流电压，对应的SEG口，若使对应的液晶显示段点亮，则使SEG口输出与COM0口相反的交流电压，使两个极板之间的电压差等于VRMS；反之，若使对应的液晶显示段熄灭，则使SEG口输出的电压波形与COM0口的输出电压波形相同

6、，使两个极板之间的电压差等于VH。而其他三个未被扫描到的COM口通过C8051单片机的内部寄存器设置为输入，使其成为高阻态，由于单片机端口处于高阻态悬空时端口电压容易受到外部信号影响，会使输入的电压变化较大，为了稳定这类端口的电压，还需要在额外在SEG端口外部加上拉电阻为其提供一个1.65V的稳定电压。由段式液晶原理可知，当COM口或者SEG口其中一个极板稳定在中间电压时，COM口和SEG口之间的电压差值稳定在±1.65V，由于没有达到液晶门限值电压，COM1，COM2，COM3所对应的液晶显示段都不被点亮。同样，在第二个时间段，COM1输出振幅为3.3V的交流电压，而COM0

7、，COM2和COM3都设置为输入高阻状态，通过外部的拉电阻使其电压都稳定在1.65V，控制方法和扫描COM0一样，这样就控制了COM1口对应液晶显示段的亮灭。后面的第三个时间段和第四个时间段类推。　　三、具体显示实现　　根据图1所描述的时序，在一个周期内不同的SEG口在八个不同的时间段内定义了不同的电平变化，而段式液晶显示的数字从0到9变化，因此在编写程序前，需要定义一个10行8列的数组作为缓存数组。由于COM口的波形是受到C8051单片机固定输出的，根据显示不同的数字，在八个不同的时间段内