单片机引脚直接驱动LCD

LED数码管的驱动是比较简略也简略了解的，多位数码管一般是LED阵列的方法，每个数字运用一个公共端，不同数字的对应同笔段运用一个操控端；驱动选用分时扫描没个数字位，动态显现。可是LED比较费电，我想做一个用电池供电的钟，用发光管电池就撑不了多久了。所以我考虑用液晶。
在这边的电子市场我买到一个4位笔段式液晶屏，4个数字最中心有冒号，边上还有几个箭头符号，一共有15个引脚，正合适用AVR来驱动做一个钟。
笔段式LCD屏的结构与LED数码管很类似，可是由所以液晶，作业机理上不同，驱动方法也有很大差异：
(1) LED有正负之分，液晶笔划没有。
(2) LED在直流电压下作业，液晶需求沟通电压，避免电解效应。
(3) LED需求电流供给发光的能量，液晶笔划显现状况下电流十分弱小。
(4) LED对细小电流不反响，液晶则很灵敏。
不难看出，用LED的驱动方法来对待LCD屏是行不通的。我在买回来测验这块屏之前没有意识到，所以走了不少的弯路。与LED驱动不同的是需求给每个笔划加上一个沟通电压。一般用30-60Hz的方波就能够了，频率再低显现会有所动摇，频率高了功耗也会添加，由于LCD对电路出现容性。并且，正负电压都能够“点亮”液晶。
好在AVR的I/O口能够三态输出，也便是除了高/低电平，还能够出现高阻抗，相当于断开衔接。所以我想到了这样的方法：不需求显现的那一组笔划对应的公共端悬空(I/O口挑选三态)，那么就不会加上电压了。照这个思路，我的试验电路焊好，出来的显现却是一团糟：笔划都黑了看不清。我这才考虑到液晶自身的问题：阻抗高，并且有电容，是不行一边悬空的！这个道理或许跟CMOS输入端差不多。查找了一些关于液晶的材料，大致知道LCD屏不是那么简略的，驱动方法通常是1/N, 也便是电压不止凹凸两档。可是单片机I/O没有那么多输出状况能够挑选。
1/2 Bias驱动
不显现的液晶笔划两头电压持平，显现的不等。这样一个要求在扫描方法
下不能满足，所以改为电压等级不同。1/2 Bias驱动便是这样的，如下：
COM1 V+ —- —-
1/2 —- —- —- —-
GND —- —-
COM2 V+ —- —-
1/2 —- —- —- —-
GND —- —-
SEG1 V+ ——– ——–
1/2
GND ——– ——–
SEG2 V+ —- ——– —-
1/2
GND ——– ——–
如此，在 COM1,SEG1 挑选的笔划上，加上的电压为 -1/2, -1, +1/2, +1 … 在 COM1,SEG2 挑选的笔划上，加上的电压为 +1/2, -1, -1/2, +1 … 在 COM2,SEG1 挑选的笔划上，加上的电压为 -1, -1/2, +1, +1/2 …在 COM2,SEG2 挑选的笔划上，加上的电压为 0, -1/2, 0, +1/2 …
核算一下大致的均匀功率(假设液晶灰度与电压平方成正比，实践不是这样)前三者是相同的，都是 1+(1/2)^2=5/4, 关于最终一个 0+(1/2)^2=1/4 因而显现的功率比为 5:1, 显现状况会是这样：
SEG1 SEG2
: :
COM1 – – – O – – – O
: :
COM2 – – – O – – – x
AVR I/O没有才干输出 1/2 Vcc 的电压(ADC在这儿就不要考虑了, 糟蹋I/O还不如用静态液晶屏), 因而没有方法完成真实的 1/2 Bias驱动。可是注意到要供给一个一半电源电压也不是难事，已然AVR I/O口能够三态，咱们用两个电阻分压将端口“拉”到1/2 Vcc就好了，所以，1/2 Bias驱动的做法能够这样：
Vcc
|
[ ]
[ ] 1Meg
[ ]
|
Port pin—–+———— to LCD COMx
|
[ ]
[ ] 1Meg
[ ]
|
GND

取电阻 1Meg 是归纳耗电与分压作用考虑的。这样在 COMx 就能够发生三种电压值，就到达了1/2 Bias动态驱动的意图。完成起来在前面的基础上添加电阻即可，我的屏有4个公共端，因而用了8个电阻，数字就能够显现出来了。
尽管显现确实做到了,可是作用却不能让我满足。具体表现便是需求正对着LCD屏看才是很明晰的；假设斜着看，就或许一片混浊了，没有到达有用。用2节Ni-MH供电时分正着看没问题，用2节干电池(电压进步一点)就不是很明晰了。如前面的剖析，那些没有被挑选的笔段其实也加上了改动的电压，只不过与挑选的比段比较电压均匀有效值低一些。这两个的差异满足明显，才干确保显现作用。
再剖析 1/2 Bais 驱动在我的LCD屏上 1/4 分时扫描的成果：一个周期内，“点亮”的笔段均匀功率=1^2+(1/2)^2+(1/2)^2+(1/2)^2=7/4, 而没有被“点亮”的笔段为=0+(1/2)^2+(1/2)^2+(1/2)^2=3/4, 两者之比 7:3
跟前面的比如剖析比照看出，从 1/2 分时扫描变到 1/4 分时扫描，显出来的笔段和不显的笔段上，电压发生均匀功率的比照从 5:1 变到 7:3 了。我测验从软件上改动扫描时序，也不能改善显现作用，看来 1/2 Bias 不够用的了。
我查了Nokia 3310液晶手册其间关于LCD电压输出时序的描绘。刚好里边有一个图，绘出了行和列操控线上的波形。从坐标轴上看出Vlcd和Vss之间别的还有4个电压等级。这么多种电压用AVR I/O完成现已不现实了。
我再考虑选用带有LCD驱动功用的MCU, AVR只要一款ATmega169, 封装方法不适合DIY。Microchip有一款PIC16F913, 有28DIP的封装，看上去正合适。暂时不知道价格，我先找来它的手册看看。具体看了LCD驱动模块的部分，我发现PIC16F913也只要1/2 Bias驱动和1/3 Bias驱动两种选项，分时最多为1/4分时驱动，关于我的屏正好。
1/3 Bias 驱动需求将Vcc–GND之间的电压三等分，一个周期驱动波形示例如下：
COM1: V+ ——–
2/3 ——–
1/3 ——–
GND ——–
COM2: V+ ——–
2/3 ——–
1/3 ——–
GND ——–
SEG1: V+ ——–
2/3 ——–
1/3 ——–
GND ——–
SEG2: V+ ——–
2/3 ——–
1/3 ——–
GND ——–
在 (COM1,SEG1) 笔段上，电压为 +1, -1/3, -1, +1/3 … 在(COM1,SEG2)上为 +1/3, +1/3, -1/3, -1/3 … 在(COM2,SEG1)上：+1/3, +1/3, -1/3, -1/3 … 在(COM2,SEG2)上：-1/3, +1, +1/3, -1 …
所以核算均匀功率，在 (COM1,SEG1)和(COM2,SEG2)上面是 2*1^2+2*(1/3)^2=20/9 在(COM1,SEG2)和(COM2,SEG1)上面是 4*(1/3)^2=4/9, 两者之比 5:1
假设不是上图的 1/2 分时驱动而是 1/4 分时驱动，这个份额将变为
2*1^2+6*(1/3)^2 vs 8*(1/3)^2 = 3:1
若将本来的 1/2 Bias 改用 1/3 Bias 驱动，关于我的LCD屏这个比值从 7:3 改善为 3:1 了。已然PIC16F913只规划了 1/2 Bias与1/3 Bias，用起来应该问题不大。
AVR单个I/O口要完成4种电压输出——不行能吧，我是想不出来了。AVR最多只要三种电压输出，能不能对这个电压再做等分呢？一番思索之后我想这样行不行：就4等分吧.
COM1: V+ ——–
3/4
1/2 ——– ——–
1/4
GND ——–
COM2: V+ ——–
3/4
1/2 ——– ——–
1/4
GND ——–
SEG1: V+
3/4 ——– ———
1/2
1/4 —————-
GND
SEG2: V+
3/4 —————-
1/2
1/4 ——– ———
GND
我的做法便是 SEGx 输出有两种：3/4*Vcc 和 1/4*Vcc, 而 COMy 输出有三种：Vcc, GND, 1/2*Vcc. 关于每个I/O口，并不需求4种电压输出。当然这样跟1/3 Bias驱动是不相同的，可是却到达了 1/3 Bias 驱动的作用，只不过加在液晶笔段上的电压绝对值最大不是 Vcc 而是 3/4*Vcc 了，因而电源电压也需求进步。这儿核算省掉。
这种驱动方法我称之为 “伪1/3 Bias驱动”. 关于 COMy 的处理和前面相同，关于 SEGx, 将I/O输出电压改动一下，高电平3/4*Vcc, 低电平1/4*Vcc就好了。我的做法是：
/————– I/O Port pin
|
[ ]
[ ] 1Meg
[ ]
|
to LCD SEGx ————–+
|
[ ]
[ ] 1Meg
[ ]
|
|
1/2 Vcc
这儿的 1/2 Vcc 能够将电源电压用电阻分压得到，我想的方法是直接接个几uF电容到GND, 试验是成功的。由于跟着扫描的进行，这个当地的均匀电压是输出高电平和低电平的一半。
现在我做了一个Mega48V的秒计数器，再改改就能把钟做出来了。