使用 8 位 MCU、小型 BOM 和本文提供的可下載代碼來(lái)驅(qū)動(dòng)多路復(fù)用 4 段 LCD 是一件簡(jiǎn)單的事情。

　　無(wú)需微控制器上的專用 LCD 驅(qū)動(dòng)器即可直接驅(qū)動(dòng) LCD，并且需要很少的額外資源。LCD 有兩種類型——靜態(tài)和多路復(fù)用。本文討論了多路復(fù)用 LCD 與 Zilog 的 Z8 Encore！? 微控制器的編程。

　　Z8 安可！閃存微控制器概述

　　Zilog 的 Z8 安可！產(chǎn)品基于 eZ8? CPU，并將閃存引入 Zilog 廣泛的 8 位微控制器系列。閃存在線編程能力允許更快的開(kāi)發(fā)時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)程序更改。eZ8 內(nèi)核的高性能、基于寄存器到寄存器的架構(gòu)保持與 Zilog 流行的 Z8 MCU 的向后兼容性。

　　Z8 安可！MCU 將 20 MHz 內(nèi)核與閃存、線性寄存器 SRAM 和大量片上外設(shè)組合在一起。這些外圍設(shè)備造就了 Z8 Encore！MCU 適用于各種應(yīng)用，包括電機(jī)控制、安全系統(tǒng)、家用電器、個(gè)人電子設(shè)備和傳感器。

　　驅(qū)動(dòng)液晶顯示器

　　靜態(tài) LCD 具有用于 LCD 的每個(gè)段的單獨(dú)引腳和一個(gè)公共背板引腳。照亮分段的要求是使分段偏向背板。另一個(gè)要求是 LCD 不能讓直流電 （DC） 出現(xiàn)在段上。

　　為了防止段上出現(xiàn)直流，背板用低頻方波驅(qū)動(dòng)，段相對(duì)于背板進(jìn)行切換。

　　多路 LCD 具有多個(gè)背板，并且多個(gè)段之間共享一個(gè)段引腳。為了照亮特定的段，段引腳與背板相反驅(qū)動(dòng)，未使用的背板保持空閑狀態(tài)。背板再次使用低頻方波驅(qū)動(dòng)，以防止分段上的直流偏置。

　　挑戰(zhàn)

　　由于段的多路復(fù)用排列，對(duì)多路復(fù)用 LCD 進(jìn)行編程可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。多路復(fù)用 LED 通常為每個(gè) LED 數(shù)字配備一個(gè)單獨(dú)的背板。然而，多路復(fù)用 LCD 將其背板布置在數(shù)字的頂部、中間和底部。這種安排會(huì)使解碼過(guò)程變得非常復(fù)雜，但重要的是，即使具有專用 LCD 驅(qū)動(dòng)器的微控制器仍然需要一個(gè)困難的解碼過(guò)程（見(jiàn)圖 1）。

　　圖 1：分段排列。

　　下一個(gè)工程任務(wù)與照亮一段所需的電壓有關(guān)。多路復(fù)用段的 ON 驅(qū)動(dòng)電平降低了，因?yàn)樵摱未蟛糠謺r(shí)間都處于空閑狀態(tài)，并且只有 25% 的時(shí)間被斷言。實(shí)際上，這句話意味著在較低的工作電壓下，一個(gè)段可能不會(huì)發(fā)光。

　　更復(fù)雜的情況是，當(dāng)共享段引腳由當(dāng)前活動(dòng)的背板斷言時(shí)，段可以在其關(guān)閉狀態(tài)下感知電壓電位。隨著更多的背板被添加到顯示器，這些對(duì)比問(wèn)題可能會(huì)變得更糟，因?yàn)槊吭黾右粋€(gè)背板，可用的導(dǎo)通電壓就會(huì)降低，而剩余的關(guān)斷電壓會(huì)增加。

　　圖 2 顯示了每個(gè)背板的對(duì)比度如何降低，因?yàn)?ON 段和 OFF 段之間的差異較小。在圖 2 中，帶有一個(gè)背板的靜態(tài)顯示器在開(kāi)啟電壓時(shí)接收其可用 Vcc 的 100%，在關(guān)閉電壓時(shí)接收 0%。在三平面示例中，V cc的一半可用于 ON 電壓，OFF 段接收 V cc的四分之一。LCD 因制造商而異，但典型閾值電壓為 2.3 V RMS。

　　圖 2：驅(qū)動(dòng)電平。

　　由于只有一半的 V cc可用于導(dǎo)通電壓，因此很容易看出 3.3 V 微控制器如何無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)多路復(fù)用 LCD。本文的目的是展示您可以在 3 V Z8 Encore 上驅(qū)動(dòng)多路復(fù)用 LCD！單片機(jī)。

　　硬件架構(gòu)

　　要使用 3 V MCU 驅(qū)動(dòng)多路復(fù)用 LCD，必須提高驅(qū)動(dòng)電平。為了減少門(mén)數(shù)和復(fù)雜性，只對(duì)背板進(jìn)行了提升。段驅(qū)動(dòng)電壓擺動(dòng)高于和低于 Vcc 的二分之一；因此，增強(qiáng)的背板信號(hào)必須使用 Z8 Encore 以相同的方式執(zhí)行！MCU 的端口引腳作為兩個(gè)電荷泵，參考電壓為 V cc的二分之一。IC1，4050緩沖器用于提供電平轉(zhuǎn)換功能。

　　每個(gè)背板被驅(qū)動(dòng)為高電平，并在其他平面被驅(qū)動(dòng)時(shí)處于空閑狀態(tài)。該過(guò)程被反轉(zhuǎn)以去除任何直流分量，如圖 3 所示。

　　圖 3：背板波形。

　　通過(guò)在有源背板的相反方向上驅(qū)動(dòng)段引腳來(lái)打開(kāi)段，通過(guò)在有源背板的方向上驅(qū)動(dòng)引腳來(lái)關(guān)閉段。在背板的空閑狀態(tài)期間，任何段上的電壓都低于閾值電壓。結(jié)果，這些段保持不亮。

　　軟件實(shí)施

　　由于 Z8 Encore 的額外速度和內(nèi)存！家庭，假設(shè)開(kāi)發(fā)發(fā)生在 C 編程語(yǔ)言中。如果軟件被編寫(xiě)為易于移植，則用 C 編寫(xiě)的應(yīng)用程序可以輕松移植到不同的環(huán)境。

　　考慮到這一點(diǎn)，宏用于特定于 I/O 的操作，以便在將代碼移植到另一個(gè)設(shè)備時(shí)，大部分軟件將保持不變。

　　以下代碼段維護(hù)電荷泵。

　　/*電荷泵定義

　　電荷泵提升段驅(qū)動(dòng)電壓并在每個(gè)定時(shí)器中斷時(shí)提供服務(wù)。正泵被拉低以充電并浮動(dòng)到輸入狀態(tài)。充電時(shí)負(fù)泵懸空。電容以 1/2 VCC 為參考，電容器上的電荷似乎是 VCC +/- 參考。該宏還初始化端口的端口模式，因此它總是被刷新。

　　*/

　　#define ChargePumpsPDADDR=PxHD;

　　PDCTL|= B3|B4; PDOD&=~B3;

　　PDOD|=B4；PDADDR=PxOC；

　　PDCTL&=~（B3|B4）; PDADDR=PxDDR；

　　PDCTL&=~（B3|B4）

　　#define FloatPumpsPDADDR=PxDDR; PDCTL|=B4|B3

　　以下宏管理背板驅(qū)動(dòng)器。這些宏很復(fù)雜，因?yàn)槊總€(gè)背板只需要一個(gè)引腳，但每個(gè)背板需要兩個(gè)引腳狀態(tài)。

　　/*背板驅(qū)動(dòng)器需要三種狀態(tài)：ON、OFF 和 IDLE。通過(guò)將 BP1 與 BP2、BP2 與 BP3 以及 BP3 與 BP1 混合，可以在每個(gè)平面上獲得所有三種狀態(tài)，而無(wú)需額外的引腳。

　　PlaneX123

　　_______________

　　BP11101

　　BP20110

　　BP31011

　　`BP10010

　　`BP21001

　　`BP30100

　　*/

　　#define SetUpBackplanePDADDR=PxOC;

　　PDCTL&=~（B0|B5|B6）;

　　PDADDR=PxDDR；PDCTL&=~（B0|B5|B6）

　　#define BP1PDOD&=~B6; PDOD|=B0|B5

　　#define BP2PDOD&=~B5; PDOD|=B0|B6

　　#define BP3PDOD&=~B0; PDOD|=B6|B5

　　#define NotBP1PDOD&=~（B0|B5）; PDOD|=B6

　　#define NotBP2PDOD&=~（B0|B6）; PDOD|=B5

　　#define NotBP3PDOD&=~（B5|B6）; PDOD|=B0

　　最后，用于驅(qū)動(dòng)段的宏。

　　/*下一個(gè)宏獲取存儲(chǔ)在顯示緩沖區(qū)中的各個(gè)段并將它們放在端口上。它可以在沒(méi)有宏的情況下完成，但這使它更通用。將有六個(gè)平面和兩個(gè)緩沖區(qū)，因?yàn)橛谐^(guò) 8 個(gè)段*/

　　#define DisplaySegmentsPAOD&=~0xF8;

　　PAOD|=（緩沖區(qū)［平面］&0x00F8）; PCOD=0；

　　PCOD|=（（緩沖區(qū)［平面］&0x7F00）》》8）

　　如前所述，多路 LCD 中涉及的困難編程是一種相當(dāng)不尋常的多路復(fù)用方案。前面的宏只是將先前解碼的段從緩沖區(qū)放到端口上。由于解碼過(guò)程如此復(fù)雜，它不在中斷服務(wù)程序 （ISR） 中執(zhí)行。ISR 必須盡可能短；ISR 中所需的只是設(shè)置背板和驅(qū)動(dòng)段。緩沖區(qū)是一個(gè)整數(shù)數(shù)組，其中包含我們顯示中使用的 12 個(gè)段。該數(shù)組中的一維是平面。此維度中有六個(gè)平面，每個(gè)背板狀態(tài)一個(gè)：A、B、C、A‘、B’ 和 C‘。解碼過(guò)程完成后，緩沖區(qū)必須加載跨越六個(gè)平面的 12 段數(shù)據(jù)。

　　解碼的第一步是定義字符的顯示方式。此定義適用于所有七段顯示器。因此，可以重用以下代碼段。

　　#define Dig_0Seg_a | 段_b | 段_c | 段_d | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_1Seg_b | Seg_c

　　#define Dig_2Seg_a | 段_b | 段_g | 賽段 | Seg_d

　　#define Dig_3Seg_a | 段_b | 段_g | 段_c | Seg_d

　　#define Dig_4Seg_f | 段_g | 段_b | Seg_c

　　#define Dig_5Seg_a | 段_f | 段_g | 段_c | Seg_d

　　#define Dig_6Seg_a | 段_f | 段_g | 段_c | 段_d | Seg_e

　　#define Dig_7Seg_a | Dig_1

　　#define Dig_8Seg_g | Dig_0

　　#define Dig_9Seg_a | 段_f | 段_g | 段_b | Seg_c

　　#define Dig_ASeg_a | 段_b | 段_c | 段_g | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_bSeg_f | 賽段 | 段_g | 段_d | Seg_c

　　#define Dig_CSeg_a | 段_f | 賽段 | Seg_d

　　#define Dig_dSeg_b | 段_c | 段_d | 賽段 | 說(shuō)_g

　　#define Dig_ESeg_a | 段_f | 賽段 | 段_d | Seg_g

　　#define Dig_FSeg_a | 段_f | 賽段 | Seg_g

　　#define Dig_gSeg_a | 段_f | 段_g | 段_b | 段_c | Seg_d

　　#define Dig_hSeg_g | 段_c | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_IDig_1

　　#define Dig_JDig_1 | Seg_d

　　#define Dig_LSeg_d | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_nSeg_c | 賽段 | Seg_g

　　#define Dig_ODig_0

　　#define Dig_PSeg_g | 段_a | 段_b | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_rSeg_g | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_SSeg_g | 段_a | 段_c | 段_d | Seg_f

　　#define Dig_tSeg_g | 賽段 | 段_f | Seg_d

　　#define Dig_USeg_b | 段_c | 段_d | 賽段 | Seg_f

　　這些段分散在三個(gè)獨(dú)立的背板上，并且必須以三個(gè)比特的三個(gè)數(shù)據(jù)包的形式排列在一個(gè)字節(jié)中。最后一位未使用。這種排列反映了顯示數(shù)字的物理布局（見(jiàn)表 1）　

　　表 1：段分配。

　　#define Seg_a1

　　#define Seg_g2

　　#define Seg_d4

　　#define Seg_b8

　　#define Seg_c16

　　#define Seg_dp32

　　#define Seg_f64

　　#define Seg_e128

　　我們的目標(biāo)是將分段數(shù)據(jù)放入三個(gè)整數(shù)中——每個(gè)顯示背板一個(gè)。軟件必須將代表七段字符的單個(gè)字節(jié)分成三個(gè)平面的三個(gè)段。表 2 指示整數(shù)數(shù)組如何存儲(chǔ)各個(gè)段位。

　　由于 LCD 的每個(gè)數(shù)字都需要三個(gè)段，因此尋址正確的段引腳需要將每個(gè)數(shù)字的數(shù)據(jù)移位三位。最后，必須尋址微控制器的正確物理引腳。以下代碼段中的分配可以根據(jù)電路板布局和其他資源進(jìn)行更改。

　　#define Seg_1AGD8//PAOD|=B3

　　#define Seg_1BCDP16//PAOD|=B4

　　#define Seg_1FE32//PAOD|=B5

　　#define Seg_2AGD64//PAOD|=B6

　　#define Seg_2BCDP128//PAOD|=B7

　　#define Seg_2FE256// PCOD |=B0

　　#define Seg_3AGD512//PCOD|=B1

　　#define Seg_3B??CDP1024//PCOD|=B2

　　#define Seg_3FE2048//PCOD|=B3

　　#define Seg_4AGD4096//PCOD|=B4

　　#define Seg_4BCDP8192//PCOD|=B5

　　#定義 Seg_4FE16384//PCOD|=B6

　　以下代碼段確定哪些段為特定字符打開(kāi)。

　　for （digit=0， shift=9; digit《4; digit++，shift-=3）

　　{

　　段［0］|=（0x07 &

　　CharTbl［que［digit］］）《

　　段［1］|=（（0x38 & CharTbl［que［dig

　　它］］）》》3）《

　　段［2］|=（（0x1C0 & CharTbl［que［di

　　混帳］］）》》6）《

　　}

　　存儲(chǔ)正確的段以打開(kāi)需要測(cè)試每個(gè)單獨(dú)的位。優(yōu)點(diǎn)是代碼變得非常可移植，如下所示：

　　對(duì)于（平面=0；平面《3；平面++）

　　{

　　如果（段［平面］&B0）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_1AGD；

　　如果（段［平面］&B1）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_1BCDP；

　　如果（段［平面］&B2）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_1FE；

　　如果（段［平面］&B3）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_2AGD；

　　等等

　　}

　　/*我們?cè)谶@里有一個(gè)賦值，而不是在上面的語(yǔ)句中設(shè)置單個(gè)變量，因?yàn)樵谑占螘r(shí)會(huì)發(fā)生計(jì)時(shí)器 IRQ，這將導(dǎo)致顯示閃爍。最后三個(gè)緩沖區(qū)只是前三個(gè)緩沖區(qū)的補(bǔ)充。*/

　　緩沖區(qū)［0］=臨時(shí)緩沖區(qū)［0］；

　　緩沖區(qū)［1］=臨時(shí)緩沖區(qū)［1］；

　　緩沖區(qū)［2］=臨時(shí)緩沖區(qū)［2］；

　　緩沖區(qū)［3］=~緩沖區(qū)［0］；

　　緩沖區(qū)［4］=~緩沖區(qū)［1］；

　　緩沖區(qū)［5］=~緩沖區(qū)［2］；

　　總結(jié)

　　直接驅(qū)動(dòng) LCD 所需的實(shí)際代碼并不是很復(fù)雜。在這個(gè) C 示例中，解碼各個(gè)分段平面所需的時(shí)間僅為 141 μs。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需額外的 LCD 驅(qū)動(dòng)器或使用帶有專用驅(qū)動(dòng)器的微控制器即可直接驅(qū)動(dòng)超大顯示器。唯一的缺點(diǎn)是電荷泵和背板驅(qū)動(dòng)需要額外的引腳，但在大多數(shù)情況下，額外的引腳比專用驅(qū)動(dòng)器便宜。

　　圖 4 顯示了使用 Z8 Encore 的 LCD 驅(qū)動(dòng)器的示意圖！單片機(jī)。

　　圖 4：使用 Z8 Encore 的 LCD 驅(qū)動(dòng)器示意圖！單片機(jī)。