段码液晶屏显示原理

段码液晶屏由于能提供简单快捷的显示效果，被广泛应用于电子领域。我们生活中常见的空调遥控器、电子血压计以及电子计算器等等，使用的都是段码液晶屏。

图1：几种常见的段码屏

Silicon Labs 的 EFM32TG、EFM32G、EFM32LG、EFM32GG、EFM32WG都是带有低功耗段码LCD驱动器的MCU，最大支持8x24段数显示，可以很方便的对这些显示屏进行控制。但有时由于应用特殊，并不需要驱动段数很多的段码屏，例如电量显示板的应用中，就只需要驱动图中的5个黑色部分来分别指示20%、40%、60%、80%、100%的电量。若从上述的EFM32系列当中选择，功能上，完成可以实现，但是性价比不高，做出的产品没有价格优势。那么，有没有一种方法可以不用LCD驱动器，用更简单的EFM8系列的单片机来驱动这类段码屏呢？

这就要从段码屏显示原理说起……

图2：电量指示段码屏

段码屏中的每个段，都填充了一种特殊的液态晶体。在电场的作用下，晶体的排列方向会发生扭转，因而改变其透光性，从而可以看到显示的内容。该过程示意图如图3所示。
 

图3：液晶屏显示原理

要使得晶体发生扭转，必须使得电极两端的电压差大于一定的阈值，才可以显示内容。通常LCD段码屏有三个参数：工作电压、Duty（对应COM数）和BIAS（偏压，对应阈值），比如，3.3V、1/4 Duty、1/3 BIAS表示LCD的工作电压为3.3V，有4个COM，阈值大约是1.1V（3.3/3=1.1）。实际使用中，为保证显示效果良好，通常给电极两端加的电压差接近LCD的工作电压；若要不显示，通常给电极两端加的电压差接近0V。需要特别注意的是，液晶分子是需要用交流信号来驱动的，万万不可将直流电压长时间的加在电极两端，否则，会影响液晶分子的电气化学特性，引起显示效果模糊，使用寿命减少的后果，其破坏性不可恢复。

了解了以上原理后，我们要点亮某个段时，只需要保证给其电极两端加的电压差为3.3V（如COM1=3.3V，SEG1=0V），并且间隔合适的时间，将这两极的电压反转输出（如COM1=0V，SEG1=3.3V）；不点亮某个段时，只需要保证给其电极两端加的电压差为0V（如COM1=3.3V，SEG1=3.3V），并且间隔合适的时间，将这两极的电压反转输出（如COM1=0V，SEG1=0V）。

要实现这样的操作，就需要主频快、计时准、功耗低的MCU。笔者曾经用Silicon Labs的EFM8SB10F8单片机成功实现了对电量指示段码屏的操作。EFM8SB10F8最高可达25MHz主频，完全能够胜任快速翻转IO的操作；16位的Timer可以精确的保持合适的时间间隔，使段码屏达到良好的显示效果；该MCU内置了24MHz高精度振荡器，精度可达±2%，为Timer提供了精确基准的同时，也可以省掉外部晶振，降低产品成本；休眠时最低可达0.6μA，极大的延长了产品的待机时间。

硬件上，电路的设计也变得十分装简单，详见图4；软件上，驱动段码屏的核心代码也不复杂，详见图5。使用时，只需要在Timer中断函数里面调用该驱动代码的API函数，即可点亮段码屏。若显示的图像颜色比较浅，可适当延长Timer产生中断的时间间隔，以便达到较佳的显示效果。

图4：硬件电路示意图