一文解析段碼LCD液晶屏驅(qū)動(dòng)方法

生活中小電器見(jiàn)到最多的lcd模組就是段碼lcd液晶屏，段碼lcd有普通的數(shù)碼管的特征，又有點(diǎn)陣LCD的特征，固定的圖形，優(yōu)點(diǎn)是省成本而有好看，那么段碼LCD液晶屏是怎么驅(qū)動(dòng)的呢？段碼LCD液晶屏是如何顯示的呢？跟隨小編一起來(lái)了解一下吧。

段碼LCD液晶屏驅(qū)動(dòng)方法

首先，不要以為用單片機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)就以為段碼屏是直流驅(qū)動(dòng)的，其實(shí)，段碼屏是交流驅(qū)動(dòng)，什么是交流？矩形波，正弦波等。大家可能會(huì)經(jīng)常用驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)玩，例如HT1621等，但是有些段式屏IO口比較少，或者說(shuō)IO口充足的情況下，也可以省去寫(xiě)控制器的驅(qū)動(dòng)了。與單片機(jī)接口方便，而后者驅(qū)動(dòng)電流小，功耗低、壽命長(zhǎng)、字形美觀、顯示清晰、視角大、驅(qū)動(dòng)方式靈活、應(yīng)用廣泛。但在控制上LCD較復(fù)雜，因?yàn)長(zhǎng)CD電極之間的相對(duì)電壓直流平均值必須為0，否則易引起LCD氧化，因此LCD不能簡(jiǎn)單地用電平信號(hào)控制，而要用一定波形的方波序列來(lái)控制。

LCD顯示有靜態(tài)和時(shí)分割兩種方 式，前者簡(jiǎn)單，但是需要較多的口線；后者復(fù)雜，但所需口線較少，這兩種方式由電極引線的選擇方式確定。下面以電子表的液晶顯示為例，小時(shí)的高位同時(shí)滅或亮，分鐘的高位在顯示數(shù)碼1～5時(shí)，其頂部和底部也是同時(shí)滅或亮，兩個(gè)dot點(diǎn)也是同時(shí)亮或滅，其驅(qū)動(dòng)方式是偏置比為1/2的時(shí)分割驅(qū)動(dòng)，共有11個(gè)段電極和兩個(gè)公共電極。 但是，IO模擬驅(qū)動(dòng)段式液晶有一個(gè)前提條件，就是IO必須是三態(tài)， 為什么？

下面我們一起細(xì)細(xì)道來(lái)：

第一步，段碼式液晶屏的重要參數(shù)：工作電壓， 占空比， 偏壓比。這三個(gè)參數(shù)非常重要，必須都要滿(mǎn)足。

第二步，驅(qū)動(dòng)方式：根據(jù) LCD 的驅(qū)動(dòng)原理可知，LCD 像素點(diǎn)上只能加上 AC 電壓，LCD 顯示器的對(duì)比度由 COM腳上的電壓值減去 SEG 腳上的電壓值決定，當(dāng)這個(gè)電壓 差大于 LCD 的飽和電壓就能打開(kāi)像素點(diǎn)，小于 LCD 閾值電壓就能關(guān)閉像素點(diǎn)，LCD 型 MCU 已經(jīng)由內(nèi)建的 LCD 驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)產(chǎn)生 LCD 驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因此只要 I/O 口能仿真輸 出該驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就能完成 LCD 的驅(qū)動(dòng)。

段碼式液晶屏幕主要有兩種引腳，COM，SEG，跟數(shù)碼管很像，但是，壓差必須是交替變化，例如第一時(shí)刻是正向的3V，那么第二時(shí)刻必須是反向的3V，注意一點(diǎn)，如果 給段碼式液晶屏通直流電，不用多久屏幕就會(huì)廢了，所以千萬(wàn)注意。下面我們來(lái)考慮如何模擬COM口的波形，以1/4D，1/2B為例子：

只要模擬出以上波形，液晶屏已經(jīng)成功了一大半了。

入以上代碼所示，定時(shí)2ms，讓4個(gè)COM交替輸出波形即可。

同時(shí)我們要注意，在COM輸出高的時(shí)候，如果要屏幕亮，SEG就要輸出低，那么在COM輸出低的時(shí)候，SEG就要輸出高，保證COM和SEG的壓差大于1/2B工作電壓就可以顯示了

下面我們看其中一個(gè)com口輸出時(shí)的函數(shù)

時(shí)刻讓SEG電平跟COM的電平反向，那么驅(qū)動(dòng)段式液晶就基本上成功了。

段碼lcd基本知識(shí)

液晶顯示是一種被動(dòng)的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周?chē)h(huán)境的光。它顯示圖案或字元只需很小能量。正因?yàn)榈凸暮托⌒突?LCD成為較佳的顯示方式。

液晶顯示所用的液晶材料是一種兼有液態(tài)和固體雙重性質(zhì)的有機(jī)物，它的棒狀結(jié)構(gòu)在液晶盒內(nèi)一般平行排列，但在電場(chǎng)作用下能改變其排列方向。

對(duì)于正性TN-LCD，當(dāng)未加電壓到電極時(shí)，LCD處于“OFF”態(tài)，光能透過(guò)LCD呈白態(tài)；當(dāng)在電極上加上電壓LCD處于“ON”態(tài)，液晶分子長(zhǎng)軸方向沿電場(chǎng)方向排列，光不能透過(guò)LCD，呈黑態(tài)。有選擇地在電極上施加電壓，就可以顯示出不同的圖案。

對(duì)于STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以對(duì)比度更好，視角更寬。STN-LCD是基于雙折射塬理進(jìn)行顯示，它的基色一般為黃綠色，字體蘭色，成為黃綠模。當(dāng)使用紫色偏光片時(shí)，基色會(huì)變成灰色成為灰模。當(dāng)使用帶補(bǔ)償膜的偏光片，基色會(huì)變成接近白色，此時(shí)STN成為黑白模即為FSTN，以上叁種模式的偏光片轉(zhuǎn)90°，即變成了藍(lán)模，效果會(huì)更佳。 下圖是一個(gè)反射式TN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖。

從圖中可以看出 ， 液晶顯示器是一個(gè)由上下兩片導(dǎo)電玻璃製成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料 - 膠框（一般為環(huán)氧樹(shù)脂）密封，盒的兩個(gè)外側(cè)貼有偏光片。

液晶盒中上下玻璃片之間的間隔，即通常所說(shuō)的盒厚，一般為幾個(gè)微米（人的準(zhǔn)確性直徑為幾十微米）。上下玻璃片內(nèi)側(cè)，對(duì)應(yīng)顯示圖形部分，鍍有透明的氧化甸 - 氧化錫（簡(jiǎn)稱(chēng) ITO ）導(dǎo)電薄膜，即顯示電極。電極的作用主要是使外部電信號(hào)通過(guò)其加到液晶上去。

液晶盒中玻璃片內(nèi)側(cè)的整個(gè)顯示區(qū)覆蓋著一層定向?qū)?。定向?qū)拥淖饔檬鞘挂壕Х肿影刺囟ǖ姆较蚺帕?，這個(gè)定向?qū)油ǔＪ且槐痈叻肿佑袡C(jī)物，并經(jīng)摩擦處理；也可以通過(guò)在玻璃表面以一定角度用真空蒸鍍氧化硅薄膜來(lái)製備。

在 TN 型液晶顯示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使長(zhǎng)棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一個(gè)固定方向排列，分子長(zhǎng)軸的方向沿著定向處理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，這樣，在垂直于玻璃片表面的方向，盒內(nèi)液晶分子的取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了 90 °（參見(jiàn)下圖）， 這就是扭曲向列型液晶顯示器名稱(chēng)的由來(lái)。

實(shí)際上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平行于玻璃表面，而是與其成一定的角度，這個(gè)角度稱(chēng)為預(yù)傾角，一般為 1 ° ~2 °。

液晶盒中玻璃片的兩個(gè)外側(cè)分別貼有偏光片，這兩片偏光片的偏光軸相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且與液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是將高分子塑膠薄膜在一定的工藝條件下進(jìn)行加工而成的。

我們通常所見(jiàn)的多是反向型的液晶顯示器，這種顯示器在下邊的偏振片后還貼有一片反光片。這樣，光的入射和觀察都是在液晶盒的同一側(cè)。

顯示方式

LCD 有叁種顯示方式：反射型，透射型和透反射型。反射型 LCD 的底偏光片后面加了一塊反射板，它一般在戶(hù)外和光線良好的辦公室使用。透射型 LCD 的底偏光片是透射偏光片，它需要連續(xù)使用背光源，一般在光線差的環(huán)境使用。透反射型 LCD 是處于以上兩者之間，底偏光片能部分反光，一般也帶背光源，光線好的時(shí)候，可關(guān)掉背光源；光線差時(shí)，可點(diǎn)亮背光源使用 LCD 。

LCD 顯示方式還分正性和負(fù)性。正性 LCD 呈現(xiàn)白底黑字，在反射和透反射型 LCD 中顯示最佳；負(fù)性 LCD 呈現(xiàn)黑底白字，一般用于透射型 LCD ，加上背光源，字體清晰，易于閱讀。

背光源

透射型和半透射型 LCD 一般都需要加背光源，其放置位置根據(jù)實(shí)際情況下面介紹幾種常見(jiàn)的背光源：

電致發(fā)光 （EL）：EL 背光源厚度薄，重量輕、發(fā)光均勻。它可用于不同顏色，但最常用于 LCD 白光背光。EL 背光源功耗低，只需電壓80-100VAC ，通過(guò)變壓器將 5V，12V 或 24VDC 轉(zhuǎn)變得到。 EL 背光源的半衰期約為 2000～3000 小時(shí)。

發(fā)光二極體 （LED）：LED 背光源主要用于字元型模組。比 EL 壽命更長(zhǎng)（最少 5000 小時(shí)），光更強(qiáng)，但能耗更大。作為固態(tài)裝置，它直接使用 5VDC 。 LCD 一般直接排列在 LCD 的后面，厚度要增加 5mm ， LED 可以發(fā)不同顏色的光，最常見(jiàn)的是黃綠光。

冷陰極螢光燈 （CCFL）：CCFL 能夠提供能耗低，光亮強(qiáng)的白光。它由冷陰極螢光管發(fā)光，通過(guò)散射器將光均勻分散在視窗區(qū)。側(cè)背光源體積小，能耗低，但 CCFL 需要一個(gè)變壓器來(lái)供應(yīng) 270-300VAC 的電源。它主要用于圖形 LCD ，壽命達(dá) 10000～15000 小時(shí)。

TN 和 STN 是液晶顯示器的二種形式。 TN 顯示的液晶在液晶盒內(nèi)扭曲 90°，一般用于低路數(shù)的 LCD 產(chǎn)品。

STN 顯示的液晶在液晶盒內(nèi)扭曲 180°～360°，扭曲角越大，電光曲線越陡， V on 和 V off 值越接近?？捎糜?32 路以上 LCD 產(chǎn)品生產(chǎn)。

LCD 的視角

視角簡(jiǎn)單地說(shuō)就是顯示圖案能看得清楚的角度。它是由定向?qū)拥哪Σ练较驔Q定，不能通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏光片改變。視角以時(shí)針的鐘點(diǎn)來(lái)命名，如6:00 視角， 12:00 視角等等。 6:00 視角就是指在 6 點(diǎn)時(shí)針的平面方向到法線方向這個(gè)區(qū)域 LCD 顯示效果理想； 12:00 視角是指 12 點(diǎn)時(shí)針的玉米麵到法線方向區(qū)域顯示理想。

LCD 的視角是由 LCD 顯示屏在儀器上的位置來(lái)確定。例如計(jì)算器一般放在桌上或拿在手上使用， LCD 做成 6:00 視角最好。有些儀器上的 LCD 屏裝在低于人眼視線以下，一般做成 12:00 視角。汽車(chē)上的時(shí)鐘一般裝在駕駛員的右邊，做成 9:00 的視角最佳。

LCD 視角示意圖

LCD的連接方式