将LCD显示器读数读入单片机的接口电路

     本文以一个全自动血压计为例，介绍将LCDLCD

　　LCD（Liquid Crystal Display），即液晶显示屏。LCD是平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。单色的LCD已经基本退出市场，彩色LCD主要又分为 STN 和 TFT 两种，其中TFT（Thin Film Transistor）LCD，又称为主动式电晶薄膜晶体管液晶显示屏，也就是被很多人俗称的真彩液晶显示屏；DSTN(Dual-ScnTwistedNematic)LCD，即双扫瞄液晶显示屏。 [全文]

显示器读数读入单片机单片机

　　单片机是单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）的简称，是一种将中心处理器微处理器随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）采纳超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。 [全文]

的接口电路。该血压计显示器为6 1/2位段式LCD显示器，3位显示收缩压，3位显示舒张压。1/2位在两组数码中间，显示4个指示符号。

　　1 LCD的电极连接结构和工作波形

　　1.1 LCD的电极连接结构

　　图1为血压计LCD的电极连接结构及等效电路。其中，图1(a)为公共电极连接排列，图1(b)为段电极连接排列。它共有4个公共电极COM0~COM3，每位数码各有2个段电极Sx-0、Sx-1，其等效电路为一个4行×2列的矩阵，如图1(c)所示。

图1 LCD电极连接结构及等效电路

　　1.2 LCD的工作波形

　　用双踪示波器示波器

示波器是一种用途十分广泛的电子测试仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就似乎一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。 [全文]

观察血压计LCD的工作波形，如图2所示。它采纳时分割驱动法驱动，偏比1/3,占空比1/4，B型[3]。公共电极 COM0~COM3的信号波形始终保持不变，段电极Sx-0、Sx-1信号波形随显示数字的变化而变化。图2中的Sx-0、Sx-1波形为显示数字 “0”时的工作波形。由图2可知，不考虑信号的直流重量，所有波形的前半周期t1~t4与后半周期t5~t8大小相等，极性相 反。COM0~COM3信号电压依次在t1~t4四个时间内达到峰值。时间t1为第1行上f、a两段的扫描时间，公共电极COM0，Sx-0为f段的段电 极，Sx-1为a段的段电极。在t1时间内， f段上的电压COM0-Sx-0=V0，a段上的电压COM0-Sx-1=V0，f、a两段均处于选择状态，显示。其余各段在其扫描时间内的电压和显示状 态如表1所列。7段中只有g段上的电压为V0/3，处于非选择状态，不显示。其余6段均处于选择状态，显示。因此，显示数字“ 0”。

图2 LCD工作波形

表1 显示“0”时各段的显示状态

　　由此可见，只要依次彻查在t1~t4四个时间内f、a、g、b、e、c、d各段上的电压COMx-Sx-y(x=0,1,…,6;y=0,1)是V0还是V0/3即可获得LCD各位数码的字形码，然后再将字形码转换为测试结果。

　　2 单片机读数接口电路

　　图3为根据上述工作原理设计的8051单片机读数接口电路。图中，LCD为血压计的液晶显示器，6位数码从右到左依次编号0~5，中间半位的编号为6。它有13个段电极、4个COM电极，GND为血压计的接地端。8051的 PC口为8051的扩展并行口。

图3 读数接口电路

　　2.1 显示状态读取电路

　　由CD4067、CD4051、LM324(UA、UB)组成显示状态读取电路，读取LCD数码各段的显示状态。CD4067多路模拟开关开关

　　开关是最常见的电子元件，功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通过，反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。 [全文]

从 LCD的13个段电极信号中选择一路Sx-x输出到LM324(UA)的反相输入端2脚。CD4051多路模拟开关从LCD的4个COM信号中选择一路 COMx输出到LM324(UA)的同相输入端3脚。LM324(UA)接成模拟减法器，由1脚输出信号COMx-Sx-x。UB作电压比较器比较器

　　比较器是一种得到广泛使用的电路元件。实际上也是增益非常高的运算放大器，可以放大输入端很小的差分信号，并驱动输出端切换到两个输出状态中的一个。以至于无法稳定在中间放大区，再不跳到低电平，再不跳到高电平。 [全文]

，参考电压 VR大小由电位器电位器

　　电位器是一种可调的电子元件。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。按材料分线绕、炭膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器(呈线性关系)、函数电位器(呈曲线关系)。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量操纵用。 [全文]

W1调节于V0/3～V0之间，将段电压COMx-Sx-x与VR比较。比较结果为该段的显示状态，高电平说明该段显示，低电平不显示。 显示状态送入8051的P1.6脚。R1、C1组成RC滤波器滤波器

　　凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信装备和各类操纵系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。 [全文]

，滤除高频干扰。

　　比如，要读取0号数码的a段显示状态，由图1知，0号数码a段的段电极是S0-1，公共电极是COM0。由程序操纵在t1时间内令PC1PC0 =00，使CD4051选择COM0，令PC5~PC2=0001，使CD4067选择S01，COM0和S01两信号电压经UA减法器相减，然后再经 UB电压比较后得到a段的显示状态，8051从P1.6脚读取此显示状态。

　　2.2 INT0中断信号产生电路

　　UC和UD组成INT0中断信号产生电路。UC 接成电压跟随器，减小电路对COM0信号的影响。R2、C2组成RC滤波器，滤除高频干扰。UD作电压比较器，参考电压VR加在同相输入端，VR大小由电 位器W2调节于2V0/3～V0。电压比较器将COM0信号转换为INT0负脉冲信号，工作波形如图4所示。负脉冲的下降沿为LCD驱动信号周期T的起始 时刻。此负脉冲接至8051的INT0脚，在负脉冲的下降沿产生外部中断0。

图4 比较器UD工作波形

　　3 程序设计

　　启用外部中断0和定时器定时器

　　定时器是装有时段或时刻操纵机构的开关装置。它有一个频率稳定的振荡源,通过齿轮传动或集成电路分频计数,当将时间累加到预置数值时，或指示到预置的时刻处，定时器即发送信号操纵执行机构。 [全文]

T0，以中断方式读取LCD各位数码的字形码。主程序以查询方式读取该字形码，然后经过读数校验、字形码到BCD码的译码、读数识别等，将字形码转换为读数。

　　3.1 读取字形码

　　通过外部中断0和定时器T0以中断方式读取LCD某一编号数码的字形码。如图5所示，INT0负脉冲在周期T的起始时刻引起外部中断0，由 INT0中断服务程序启动T0定时器，依次在t1～t4半个周期内的f、a、g、b、e、c、d各时刻产生T0中断，读取各段的显示状态，获得字形码。 T0定时器设为工作方式2，自动再装入定时时间为T/16，初始定时时间为T/32。INT0和T0中断服务程序流程如图6所示。

图5 T0中断的各个时刻

图6 INT0和T0中断服务程序流程

　　其中，PC口数据格式：PC5~PC3为要读取的那位LCD数码编号，PC2为段电极编号，PC1PC0为COM电极编号。

　　3.2 字形码转换

　　主程序以查询方式分别读取由中断服务程序采集的各位数码的字形码，查表将字形码转换为BCD码，再将几位数码的BCD码转变为数值。

　　3.3 读数校验

　　读取一位数码的字形码需要1个周期T(实际只用前半个周期)，经测试，T=16.318 ms。读取全部612位数码至少需要用7个周期，约114 ms。考虑到在单片机读数的过程中，LCD的读数有可能产生变化而导致读数错误，程序中采纳连续两次读数的方法来校验读数的正确性。假如连续两次读数相 同，则说明读数是正确的;假如连续两次读数不同，则说明读数可能是错误的，应重新读数。

　　3.4 读数识别

　　血压计显示的内容除了收缩压、舒张压和心率以外还有充气、放气时的瞬时压强以及一些状态信息。LCD中间的半位 (6号)用于显示待机 (Reay to measure)、充气(CUFF Inflating)、放气(CUFF Deflating)以及换掉电池电池

　　电池是一种能量转化与储存的装置，它通过反映将化学能或者物理能转化为电能。电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负两极浸泡再能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。 [全文]

(Replace Batteries)四个符号。另外，4号数码显示“E”时表示测试出错，显示“P”时，右边3位 (0~2号)数码显示的数字为心率。左右两边显示内容均是数字时，左边3位(3~5号)是收缩压，右边3位是舒张压，血压与心率交替显示。主程序通过这些 信息来识别LCD所显示的内容。

　　4 结论

　　使用此接口电路采集数据，不必考虑与拾取信号的测试相关的细节问题和技术规范。这样，当拾取信号的测试比较复杂时，可以有效地缩短开发周期。同时，它也不存在二次A/D转换或V/F转换方法所存在的单片机采集数据与仪表读数不完全一致的问题。

　　程序设计用1个驱动信号周期读取1位数码，这样的读取速度对于读数变化不是很快的血压计来说已经足够了。假如测试仪表LCD读数变化很快，可以修改编程，在1个周期内同时读取几位数码，甚至修改电路设计，将后半周期也用于进行读数，实现在1个信号周期内读取所有数码。

  来源:1111光棍

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