從LCD電極讀數(shù)的單片機接口技術分析

以測量儀表中常見的時分割驅(qū)動法驅(qū)動的段式LCD顯示器為例，分析LCD顯示器的電極連接結(jié)構(gòu)和驅(qū)動信號波形；介紹單片機讀取儀表LCD讀數(shù)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(shù) 時分割驅(qū)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(shù)據(jù)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(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換或V/F轉(zhuǎn)換送入單片機；或者取得一個頻率信號，經(jīng)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(shù)了。

　　本文以一個全自動血壓計為例，介紹將LCD顯示器讀數(shù)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(shù)碼中間，顯示4個指示符號。

1 LCD的電極連接結(jié)構(gòu)和工作波形

1.1 LCD的電極連接結(jié)構(gòu)

　　圖1為血壓計LCD的電極連接結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)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(qū)動法驅(qū)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(shù)字的變化而變化。圖2中的Sx-0、Sx-1波形為顯示數(shù)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(nèi)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(nèi)， 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(nèi)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(shù)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(nèi)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(shù)碼的字形碼，然后再將字形碼轉(zhuǎn)換為測量結(jié)果。

2 單片機讀數(shù)接口電路

　　圖3為根據(jù)上述工作原理設計的8051單片機讀數(shù)接口電路。圖中，LCD為血壓計的液晶顯示器，6位數(shù)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(shù)接口電路