從LCD電極讀數的單片機接口技術(shù)分析

以測量?jì)x表中常見(jiàn)的時(shí)分割驅動(dòng)法驅動(dòng)的段式LCD顯示器為例，分析LCD顯示器的電極連接結構和驅動(dòng)信號波形；介紹單片機讀取儀表LCD讀數的接口電路。此接口電路應用于筆者開(kāi)發(fā)的自動(dòng)血壓監控儀的研制及臨床應用項目中，由8031單片機讀取血壓計的收縮壓、舒張壓、心率以及充氣和放氣時(shí)瞬時(shí)壓強。實(shí)驗證明，此接口電路工作穩定、可靠。

關(guān)鍵詞 LCD電極 讀數 時(shí)分割驅動(dòng)法 接口設計

　　通過(guò)測量?jì)x表拾取被測信號是單片機前向通道設計中常用的數據采集方式。通常，接口電路從儀表電路中取得相關(guān)的模擬信號，經(jīng)過(guò)A/D轉換或V/F轉換送入單片機；或者取得一個(gè)頻率信號，經(jīng)整形后送入單片機[1]。然而，有些測量?jì)x表電路中可能找不到這樣的信號。以電容式壓力傳感器血壓計為例，盡管從其振蕩電路中可以取得一個(gè)與壓強成線(xiàn)性關(guān)系的頻率信號[2]，送入單片機測得壓強，但這個(gè)壓強并不是所要拾取的收縮壓、舒張壓和心率；而普通的血壓計又沒(méi)有智能儀表那樣的通信接口與單片機通信。顯然，要想通過(guò)這樣的儀表拾取被測信號只有直接讀取其顯示屏的讀數了。

　　本文以一個(gè)全自動(dòng)血壓計為例，介紹將LCD顯示器讀數讀入單片機的接口電路。該血壓計顯示器為6 1/2位段式LCD顯示器，3位顯示收縮壓，3位顯示舒張壓。1/2位在兩組數碼中間，顯示4個(gè)指示符號。

1 LCD的電極連接結構和工作波形

1.1 LCD的電極連接結構

　　圖1為血壓計LCD的電極連接結構及等效電路。其中，圖1（a)為公共電極連接排列，圖1（b)為段電極連接排列。它共有4個(gè)公共電極COM0~COM3，每位數碼各有2個(gè)段電極Sx-0、Sx-1，其等效電路為一個(gè)4行×2列的矩陣，如圖1（c)所示。

圖1 LCD電極連接結構及等效電路

1.2 LCD的工作波形

　　用雙蹤示波器觀(guān)察血壓計LCD的工作波形，如圖2所示。它采用時(shí)分割驅動(dòng)法驅動(dòng)，偏比1/3,占空比1/4，B型[3]。公共電極COM0~COM3的信號波形始終保持不變，段電極Sx-0、Sx-1信號波形隨顯示數字的變化而變化。圖2中的Sx-0、Sx-1波形為顯示數字“0”時(shí)的工作波形。由圖2可知，不考慮信號的直流分量，所有波形的前半周期t1~t4與后半周期t5~t8大小相等，極性相反。COM0~COM3信號電壓依次在t1~t4四個(gè)時(shí)間內達到峰值。時(shí)間t1為第1行上f、a兩段的掃描時(shí)間，公共電極COM0，Sx-0為f段的段電極，Sx-1為a段的段電極。在t1時(shí)間內， f段上的電壓COM0－Sx-0=V0，a段上的電壓COM0－Sx-1=V0，f、a兩段均處于選擇狀態(tài)，顯示。其余各段在其掃描時(shí)間內的電壓和顯示狀態(tài)如表1所列。7段中只有g(shù)段上的電壓為V0/3，處于非選擇狀態(tài)，不顯示。其余6段均處于選擇狀態(tài)，顯示。因此，顯示數字“0”。

圖2 LCD工作波形

表1 顯示“0”時(shí)各段的顯示狀態(tài)

　　由此可見(jiàn)，只要依次檢查在t1~t4四個(gè)時(shí)間內f(wàn)、a、g、b、e、c、d各段上的電壓COMx－Sx-y(x=0,1,…,6;y=0,1)是V0還是V0/3即可獲得LCD各位數碼的字形碼，然后再將字形碼轉換為測量結果。

2 單片機讀數接口電路

　　圖3為根據上述工作原理設計的8051單片機讀數接口電路。圖中，LCD為血壓計的液晶顯示器，6位數碼從右到左依次編號0~5，中間半位的編號為6。它有13個(gè)段電極、4個(gè)COM電極，GND為血壓計的接地端。8051的 PC口為8051的擴展并行口。

圖3 讀數接口電路