從LCD電極讀數的單片機接口技術分析

以測量儀表中常見的時分割驅動法驅動的段式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發(fā)的自動血壓監(jiān)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瞬時壓強。實驗證明，此接口電路工作穩(wěn)定、可靠。

關鍵詞 LCD電極 讀數 時分割驅動法 接口設計

　　通過測量儀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的模擬信號，經過A/D轉換或V/F轉換送入單片機；或者取得一個頻率信號，經整形后送入單片機[1]。然而，有些測量儀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與壓強成線性關系的頻率信號[2]，送入單片機測得壓強，但這個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有智能儀表那樣的通信接口與單片機通信。顯然，要想通過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。

　　本文以一個全自動血壓計為例，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個公共電極COM0~COM3，每位數碼各有2個段電極Sx-0、Sx-1，其等效電路為一個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

　　用雙蹤示波器觀察血壓計LCD的工作波形，如圖2所示。它采用時分割驅動法驅動，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~t4四個時間內達到峰值。時間t1為第1行上f、a兩段的掃描時間，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間內的電壓和顯示狀態(tài)如表1所列。7段中只有g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”時各段的顯示狀態(tài)

　　由此可見，只要依次檢查在t1~t4四個時間內f、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個段電極、4個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