基于STM8S的LCD驱动电路和LCD显示原理分析

一、LCD的显示原理。

LCD的工作原理和驱动电路 液晶是一种有机化合物，这种有机物质在一定的温度范围内，既具有液体的流动性和连续性，又具有某些晶体的光学性质。LCD就是利用这种物质在电场的作用下能产生特殊的电光效应而制成的。按照使用的电光效应的不同，LCD可分为动态散射效应和扭曲一向列效应两种类型；按采光方式的不同又可分为透射式和反射式。

LCD的基本结构由内表面刻有透明电极（典型图形为7段字形）的两块平板玻璃中间注入薄薄（约10pm厚）的液晶层构成。它的上、下表面各放了一块偏振片（起偏振片、检偏振片）。下偏振片下面常常再放一块高效的反射器件，以获得良好的清晰度。

LCD采用表面排列技术，对刻有透明电极的玻璃进行表面处理，使液晶分子在液晶盒内的排列方向呈90°扭曲。线性偏振光进入扭曲的液晶盒后，偏振面旋转90°。加上电场后，由于正介电各向异性液晶分子的取向具有和电场方向排列一致的性质，故扭曲结构消失，线性偏振光可以直接通过液晶盒。去掉电场后，液晶分子的排列又恢复扭曲，使线性偏振光的偏振面旋转90°。因此，当扭曲液晶盒置于起、检偏振片之间时，改变两块偏振片的相对位置（正交或平行），就可得到白底黑字（正常开启）或黑底白字（正常关闭）的显示形式。扭曲效应LCD工作原理如图4所示，两块偏振片正交排列，故可获得白底黑字的显示形式。

由上面介绍可以看出，让液晶显示需要在液晶的两端加上电压，改变液晶的光特性，让其显示出预设的图案。

二、段式LCD的显示方式

一般LCD在制作的时候为了节省引脚，会跟数码管一样多个液晶公用一个公共端COM，另一端一般称之为SEG，在SEG和COM上加上电压就可以“点亮”该段液晶。

下图为一个标准的段式液晶屏的设计图与COM和SEG对应表

例如上图，若在COM3和SEG5之间加上电压，则会点亮AM这两个字母的显示。

但是在驱动液晶的时候有个重要问题需要注意，COM口与SEG之间必须加上对称的交流电压，以保证加到LCD两端的交流电压平均值为零。过大的直流电压会使液晶材料迅速分解，大大缩短LCD的工作寿命。因此，要求直流分量越小越好，至少应小于100mV。这也是LCD与段式LED最大的不同之处。

与LED的显示类似，LCD要显示出来有一定的门限电压，高于这个电压则会提高“亮度”，在LCD中一般称之为对比度，低于这个门限电压则完全不显示。这个们限电压在制作好的时候一般被称之为BIAS（偏置）。一般制作好的LCD屏幕，会告诉你一个驱动条件参数，类似：1/4 duty 1/3BIAS 这个BIAS即是这里的偏置，1/3是指偏置电压为工作电压的1/3。Duty是指驱动周期，有多少个COM，驱动该LCD就需要多少个周期

三、基于STM8S的LCD驱动电路

通过上面的分析，我们知道驱动LCD需要在COM口和SEG口不断产生相反的且大于BIAS的电压差，同时要保证不工作的SEG口与COM电压不能大于BIAS。在一般应用中，嵌入式系统会选择专门LCD驱动芯片来驱动LCD屏幕，这些芯片一般是通过SPI通信控制的。但在一些特殊的对成本敏感的项目中，我们其实也可以通过STM8S来直接驱动LCD屏幕，此时就需要巧妙的设计一些外部电路，来解决单片机只能产生两种逻辑电平的问题了。

3.1 STM8s外部电路

COM口：

我们在COM外设计如下电路

该电路使得COM口通过不同的输出模式，能输出5种不同的电压：

3.3V：

设置COM口为推挽输出，并输出高。

3.3V * 3/4：

设置COM口为浮空输入，将BIAS引脚设置为推挽输出，同时输出高。

3.3V* 1/2：

将COM口与BIAS口都设置为浮空输入。

3.3V*1/4：

设置COM口为浮空输入，将BIAS引脚设置为推挽输出，同时输出低。

0V：

设置COM口为推挽输出，并输出低。

SEG口：

我们在SEG口电路设计如下

该电路使得SEG口通过不同的输出模式，能输出5种不同的电压：

3.3V：

设置SEG口为推挽输出，并输出高。

3.3V* 1/2：

将SEG口设置为浮空输入。

0V：

设置SEG口为推挽输出，并输出低。

四、适合单片机的LCD驱动方式

以1/2 BIAS 1/4duty的LCD为例

驱动他大概有2种方式。

两种方式的COM口电平如下：

1.

我建议使用第二种方式来驱动LCD，因为第二种方式在单片机程序中更容易实现，占用的资源更少，更符合程序设计的习惯。

再来说说SEG口，对于1/2BIAS的LCD，当COM口为高时，选定的SEG口为低，当COM口为低时，选定的SEG口为高。不现实的SEG口保持与COM口相同的电平即可，此时其他的COM口都为1/2VCC，不高于门限电压，不会使得其他液晶显示。

但是若LCD为1/3BIAS的，此时就不可以按1/2BIAS的方式来驱动，因为当电压为1/2时已经大于他的门限电压，若还按照上面方式，则会留下残影（就是对比度很低的液晶显示）。

此时，驱动方式为，当选定的COM口电压为VCC时，将其他COM的电压全为3/4 VCC，选定的SEG口全部为1/2VCC，未选定的SEG口电压也为VCC。反之，当选定的COM口电压为0时，将其他COM的电压全为1/4 VCC，选定的SEG口全部为1/2VCC，未选定的SEG口电压也为0.这种方式可以避免残影产生，其他方式均会产生残影。