段碼液晶屏實(shí)現(xiàn)原理及應(yīng)用

什么是段碼液晶屏

段碼液晶或段碼液晶屏，只是液晶屏的用戶對(duì)于某一類液晶顯示屏的一種叫法，但是在液晶行業(yè)之內(nèi)，一般都稱之為圖案型的液晶屏，從而來區(qū)別于點(diǎn)陣型的液晶屏，故段碼液晶屏并不是一個(gè)很嚴(yán)格的表述或者分類。

段碼液晶的叫法是起源于早期液晶顯示屏在開始應(yīng)用的時(shí)候，主要是用來替代LED數(shù)碼管的（它是由7個(gè)筆段所組成，用來顯示數(shù)字0~9），比如計(jì)算器、鐘表等等，顯示的內(nèi)容基本都是數(shù)字，也比較簡單。現(xiàn)在，一般都將非點(diǎn)陣類的液晶屏均統(tǒng)稱為段碼液晶屏。

段碼液晶屏的優(yōu)缺點(diǎn)

段碼液晶屏優(yōu)點(diǎn)：是對(duì)主控芯片要求低，軟件簡單，控制液晶屏和主控成本低。

段碼液晶屏 缺點(diǎn)：是文字不能變化

段碼液晶屏的工作原理

TN型液晶屏通常有全透，半透和反射三種模式。液晶是不會(huì)主動(dòng)發(fā)光的，需要外接提供光源。全透型液晶的光源來在液晶背后；反射型液晶的光源來自液晶的前方，被液晶屏的偏光片反射到觀察者眼睛；半透型液晶介于二者之間，既有來自液晶后方的光線也有反射的前方光線。因此全透型液晶需要使用背光源，反射性不需要背光源，半透型液晶可使用背光源也可以不使用。不使用背光源的液晶屏在黑暗中是無法觀察到顯示的。

段碼液晶屏的主要參數(shù)

材質(zhì)：TN，HTN，STN，BTN（即VATN），F(xiàn)STN等材質(zhì)。

顯示模式：正顯，負(fù)顯。

偏光片類型：全透型，半透型，反射型。

驅(qū)動(dòng)條件：與選擇的驅(qū)動(dòng)芯片有關(guān)，比如常用的HT1621芯片，則其占空比1/4DUTY，偏壓比1/3BIAS。

連接方式：金屬插腳連接，導(dǎo)電膠條連接，熱壓紙連接，FPC軟線連接。

觀察角度：6點(diǎn)視角，12點(diǎn)視角。

工作電壓：通常設(shè)定的工作電壓在3~5V之間， LCD功耗約10μA。

工作溫度：可根據(jù)LCD的工作環(huán)境設(shè)定溫度范圍，最寬溫約-35℃~85℃。

段碼液晶屏實(shí)現(xiàn)原理

段碼屏中的每個(gè)段，都填充了一種特殊的液態(tài)晶體。在電場的作用下，晶體的排列方向會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因而改變其透光性，從而可以看到顯示的內(nèi)容。該過程示意圖如圖3所示。

圖3：液晶屏顯示原理

要使得晶體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，必須使得電極兩端的電壓差大于一定的閾值，才可以顯示內(nèi)容。通常LCD段碼屏有三個(gè)參數(shù)：工作電壓、Duty（對(duì)應(yīng)COM數(shù)）和BIAS（偏壓，對(duì)應(yīng)閾值），比如，3.3V、1/4 Duty、1/3 BIAS表示LCD的工作電壓為3.3V，有4個(gè)COM，閾值大約是1.1V（3.3/3=1.1）。實(shí)際使用中，為保證顯示效果良好，通常給電極兩端加的電壓差接近LCD的工作電壓；若要不顯示，通常給電極兩端加的電壓差接近0V。需要特別注意的是，液晶分子是需要用交流信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的，萬萬不可將直流電壓長時(shí)間的加在電極兩端，否則，會(huì)影響液晶分子的電氣化學(xué)特性，引起顯示效果模糊，使用壽命減少的后果，其破壞性不可恢復(fù)。

了解了以上原理后，我們要點(diǎn)亮某個(gè)段時(shí)，只需要保證給其電極兩端加的電壓差為3.3V（如COM1=3.3V，SEG1=0V），并且間隔合適的時(shí)間，將這兩極的電壓反轉(zhuǎn)輸出（如COM1=0V，SEG1=3.3V）；不點(diǎn)亮某個(gè)段時(shí)，只需要保證給其電極兩端加的電壓差為0V（如COM1=3.3V，SEG1=3.3V），并且間隔合適的時(shí)間，將這兩極的電壓反轉(zhuǎn)輸出（如COM1=0V，SEG1=0V）。

要實(shí)現(xiàn)這樣的操作，就需要主頻快、計(jì)時(shí)準(zhǔn)、功耗低的MCU。筆者曾經(jīng)用Silicon Labs的EFM8SB10F8單片機(jī)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)電量指示段碼屏的操作。EFM8SB10F8最高可達(dá)25MHz主頻，完全能夠勝任快速翻轉(zhuǎn)IO的操作；16位的Timer可以精確的保持合適的時(shí)間間隔，使段碼屏達(dá)到良好的顯示效果；該MCU內(nèi)置了24MHz高精度振蕩器，精度可達(dá)±2%，為Timer提供了精確基準(zhǔn)的同時(shí)，也可以省掉外部晶振，降低產(chǎn)品成本；休眠時(shí)最低可達(dá)0.6μA，極大的延長了產(chǎn)品的待機(jī)時(shí)間。

硬件上，電路的設(shè)計(jì)也變得十分裝簡單，詳見圖4；軟件上，驅(qū)動(dòng)段碼屏的核心代碼也不復(fù)雜，詳見圖5。使用時(shí)，只需要在Timer中斷函數(shù)里面調(diào)用該驅(qū)動(dòng)代碼的API函數(shù)，即可點(diǎn)亮段碼屏。若顯示的圖像顏色比較淺，可適當(dāng)延長Timer產(chǎn)生中斷的時(shí)間間隔，以便達(dá)到較佳的顯示效果。

段碼液晶屏的應(yīng)用

儀器、儀表：煤氣表、水表、公交系統(tǒng)、加油機(jī)計(jì)數(shù)顯示屏 辦公設(shè)備：傳真機(jī)、打卡機(jī)、考勤機(jī)、門禁系統(tǒng)通訊設(shè)備：各種IC卡電話、網(wǎng)絡(luò)電話、IP電話

銀行系統(tǒng)：POS機(jī)

稅務(wù)系統(tǒng)：稅控機(jī)

醫(yī)療設(shè)備：生理監(jiān)護(hù)儀及各類保健器械

工控設(shè)備：自動(dòng)化控制

各種人機(jī)界面，手持設(shè)備等