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断码式液晶屏驱动(段码液晶屏应用笔谈)

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液晶显示屏,英文简称LCD,全称为Liquid Crystal Display。

LCD从类型上分:有TN型LCD STN型LCD和TFT型LCD等。

不同类型LCD差别:

TN型

STN型

TFT型

驱动方式

单纯矩阵驱动之扭曲向列型

单纯矩阵驱动之超扭曲向列型

主动矩阵驱动

视角大小

视角 30度

视角 40度

视角 70度

画面对比

最小

中等

最大

反应速度

最慢(无法显示动画)

中等

最快

显示品质

最差

中等

最佳

颜色

单色

单色及彩色

彩色

价格

最低

中等

较高

功能

仅能显示单色机一些单一的文字和数字显示

面向对比强烈与画面转换反应时间较快的商品

显示反应速度更快,适用于动画及显像显示

“段码液晶屏”只是液晶屏的用户对于某一类液晶显示屏的一种叫法,从而来区别于点阵型的液晶屏,故段码液晶屏并不是一个很严格的表述或者分类,主要起源于早期液晶显示屏在开始应用的时候,主要是用来替代LED数码管的,现在,一般都将非点阵类的液晶屏均统称为段码液晶屏。这里是引用。

一.段码液晶屏的主要参数
  • 材质:TN,HTN,STN,BTN(即VATN),FSTN等材质
  • 显示模式:正显,负显
  • 偏光片类型:全透型,半透型,反射型
  • 连接方式:金属插脚连接,导电胶条连接,热压纸连接,FPC软线连接
  • 工作电压:通常设定的工作电压在3~5V之间, LCD功耗约10μA
  • 工作温度:可根据LCD的工作环境设定温度范围,最宽温约-35℃~85℃


二.段码液晶屏实现原理

断码式液晶屏驱动(段码液晶屏应用笔谈)(1)

段码屏中的每个段,都填充了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,从而可以看到显示的内容;要使晶体发生扭转,必须要在电极两端施加大于阀值的电压,才可以显示内容。

所以要使LCD段码屏驱动,我们需要关注三个参数:工作电压、Duty(占空比)和BIAS(偏压比)。

  • 工作电压:段码屏驱动的最大允许电压;通常设定的工作电压在3~5V之间, LCD功耗约10μA。
  • Duty(占空比):也称为 COM 数;由于 STN/TN 的 LCD 一般是采用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(Duty)是固定的,等于 1/COM 数。
  • BIAS(偏压比):一般来讲,Bias 是以最低一档与输出最高电压的比值来表示。偏压比是调节显示的黑色明亮字符和周围液晶点间的对比度。其中阀值电压一般等于工作电压*偏压比;如:3V工作电压,1/3偏压比,阈值电压大约是3V/3=1V。在实际使用中,为保证显示效果良好,通常给电极两端加的电压差接近LCD的工作电压;若要不显示,通常给电极两端加的电压差接近0V。

一般而言,Bias 和 Duty 之间是有一定关系的,duty 数越多,每根 COM 对应的扫描时间变短,而要达到同样的显示亮度和显示对比度,VON的电压就要提高,选电平和非选电平的差异需要加大,即 Bias 需要加大,网上可以找到一个经验公式

断码式液晶屏驱动(段码液晶屏应用笔谈)(2)

需要特别注意的是,液晶分子是需要用交流信号来驱动的,不可将直流电压长时间的加在电极两端,否则,会影响液晶分子的电气化学特性,引起显示效果模糊,使用寿命减少的后果,而且其破坏性是不可恢复。

三.段码液晶屏驱动实现方式

常见的几种方案:

1.MCU 专用的LCD显示驱动芯片。常用的驱动芯片有HT1621、HT1622等,对应的偏压比有1/2、1/3、1/4。MCU和驱动芯片间以串口通信为主,可以选择相对脚位少的、资源少点的MCU。

2.MCU自带液晶驱动外设。这种方案选择的偏压比常见的为1/3、1/4,主要看MCU本身的资源配置,而且外围电路很简单。

3.MCU本身不带LCD驱动功能,直接用IO口模拟驱动,但偏压比只能选择1/2,而且需要在COM口加上拉、下拉各1个电阻 同时,MCU的IO口可设置为推挽输出和浮空输入的状态。只适用点数较少的液晶屏。

下面主要介绍MCU直接用IO口模拟驱动LCD的方法:

硬件上:外围需要在COM和SEG口上加上拉、下拉各一个电阻,阻值一般为100K~200K,MCU的IO口可设置为推挽输出和浮空输入的状态。

断码式液晶屏驱动(段码液晶屏应用笔谈)(3)

液晶屏处在不显示状态:所有COM口和PIN口都设置为浮空输入。

下面我们以下图为例,说明下怎么驱动显示’1‘这个数字。

要显示’1‘,就是将3B和3C两段液晶点亮。由下图可知,这两段关联着PIN1、COM2和COM3。

COM根据一定的周期,循环切换输入态和输出态,输出恒定时间的高电平和低电平。

PIN1默认为输入态,在COM2输出高电平时,输出低电平;在COM2输出低电平时,输出高电平;在COM3输出高电平时,输出低电平;在COM3输出低电平时,输出高电平。

  • 输出波形参考下图

认为输入态,在COM2输出高电平是,输出低电平;在COM2输出低电平时,输出高电平;在COM3输出高电平时,输出低电平;在COM3输出低电平时,输出高电平。

  • 输出波形参考如下图

断码式液晶屏驱动(段码液晶屏应用笔谈)(4)

上期精彩回顾:麦克风和扬声器选型

断码式液晶屏驱动(段码液晶屏应用笔谈)(5)

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