多路復(fù)用LCD與Zilog的Z8 Encore微控制器的編程

　　使用 8 位 MCU、小型 BOM 和本文提供的可下載代碼來驅(qū)動多路復(fù)用 4 段 LCD 是一件簡單的事情。

　　無需微控制器上的專用 LCD 驅(qū)動器即可直接驅(qū)動 LCD，并且需要很少的額外資源。LCD 有兩種類型——靜態(tài)和多路復(fù)用。本文討論了多路復(fù)用 LCD 與 Zilog 的 Z8 Encore！? 微控制器的編程。

　　Z8 安可！閃存微控制器概述

　　Zilog 的 Z8 安可！產(chǎn)品基于 eZ8? CPU，并將閃存引入 Zilog 廣泛的 8 位微控制器系列。閃存在線編程能力允許更快的開發(fā)時間和現(xiàn)場程序更改。eZ8 內(nèi)核的高性能、基于寄存器到寄存器的架構(gòu)保持與 Zilog 流行的 Z8 MCU 的向后兼容性。

　　Z8 安可！MCU 將 20 MHz 內(nèi)核與閃存、線性寄存器 SRAM 和大量片上外設(shè)組合在一起。這些外圍設(shè)備造就了 Z8 Encore！MCU 適用于各種應(yīng)用，包括電機控制、安全系統(tǒng)、家用電器、個人電子設(shè)備和傳感器。

　　驅(qū)動液晶顯示器

　　靜態(tài) LCD 具有用于 LCD 的每個段的單獨引腳和一個公共背板引腳。照亮分段的要求是使分段偏向背板。另一個要求是 LCD 不能讓直流電 （DC） 出現(xiàn)在段上。

　　為了防止段上出現(xiàn)直流，背板用低頻方波驅(qū)動，段相對于背板進行切換。

　　多路 LCD 具有多個背板，并且多個段之間共享一個段引腳。為了照亮特定的段，段引腳與背板相反驅(qū)動，未使用的背板保持空閑狀態(tài)。背板再次使用低頻方波驅(qū)動，以防止分段上的直流偏置。

　　挑戰(zhàn)

　　由于段的多路復(fù)用排列，對多路復(fù)用 LCD 進行編程可能是一項艱巨的任務(wù)。多路復(fù)用 LED 通常為每個 LED 數(shù)字配備一個單獨的背板。然而，多路復(fù)用 LCD 將其背板布置在數(shù)字的頂部、中間和底部。這種安排會使解碼過程變得非常復(fù)雜，但重要的是，即使具有專用 LCD 驅(qū)動器的微控制器仍然需要一個困難的解碼過程（見圖 1）。

　　圖 1：分段排列。

　　下一個工程任務(wù)與照亮一段所需的電壓有關(guān)。多路復(fù)用段的 ON 驅(qū)動電平降低了，因為該段大部分時間都處于空閑狀態(tài)，并且只有 25% 的時間被斷言。實際上，這句話意味著在較低的工作電壓下，一個段可能不會發(fā)光。

　　更復(fù)雜的情況是，當共享段引腳由當前活動的背板斷言時，段可以在其關(guān)閉狀態(tài)下感知電壓電位。隨著更多的背板被添加到顯示器，這些對比問題可能會變得更糟，因為每增加一個背板，可用的導(dǎo)通電壓就會降低，而剩余的關(guān)斷電壓會增加。

　　圖 2 顯示了每個背板的對比度如何降低，因為 ON 段和 OFF 段之間的差異較小。在圖 2 中，帶有一個背板的靜態(tài)顯示器在開啟電壓時接收其可用 Vcc 的 100%，在關(guān)閉電壓時接收 0%。在三平面示例中，V cc的一半可用于 ON 電壓，OFF 段接收 V cc的四分之一。LCD 因制造商而異，但典型閾值電壓為 2.3 V RMS。

　　圖 2：驅(qū)動電平。

　　由于只有一半的 V cc可用于導(dǎo)通電壓，因此很容易看出 3.3 V 微控制器如何無法直接驅(qū)動多路復(fù)用 LCD。本文的目的是展示您可以在 3 V Z8 Encore 上驅(qū)動多路復(fù)用 LCD！單片機。

　　硬件架構(gòu)

　　要使用 3 V MCU 驅(qū)動多路復(fù)用 LCD，必須提高驅(qū)動電平。為了減少門數(shù)和復(fù)雜性，只對背板進行了提升。段驅(qū)動電壓擺動高于和低于 Vcc 的二分之一；因此，增強的背板信號必須使用 Z8 Encore 以相同的方式執(zhí)行！MCU 的端口引腳作為兩個電荷泵，參考電壓為 V cc的二分之一。IC1，4050緩沖器用于提供電平轉(zhuǎn)換功能。

　　每個背板被驅(qū)動為高電平，并在其他平面被驅(qū)動時處于空閑狀態(tài)。該過程被反轉(zhuǎn)以去除任何直流分量，如圖 3 所示。

　　圖 3：背板波形。

　　通過在有源背板的相反方向上驅(qū)動段引腳來打開段，通過在有源背板的方向上驅(qū)動引腳來關(guān)閉段。在背板的空閑狀態(tài)期間，任何段上的電壓都低于閾值電壓。結(jié)果，這些段保持不亮。

　　軟件實施

　　由于 Z8 Encore 的額外速度和內(nèi)存！家庭，假設(shè)開發(fā)發(fā)生在 C 編程語言中。如果軟件被編寫為易于移植，則用 C 編寫的應(yīng)用程序可以輕松移植到不同的環(huán)境。

　　考慮到這一點，宏用于特定于 I/O 的操作，以便在將代碼移植到另一個設(shè)備時，大部分軟件將保持不變。

　　以下代碼段維護電荷泵。

　　/*電荷泵定義

　　電荷泵提升段驅(qū)動電壓并在每個定時器中斷時提供服務(wù)。正泵被拉低以充電并浮動到輸入狀態(tài)。充電時負泵懸空。電容以 1/2 VCC 為參考，電容器上的電荷似乎是 VCC +/- 參考。該宏還初始化端口的端口模式，因此它總是被刷新。

　　*/

　　#define ChargePumpsPDADDR=PxHD;

　　PDCTL|= B3|B4; PDOD&=~B3;

　　PDOD|=B4；PDADDR=PxOC；

　　PDCTL&=~（B3|B4）; PDADDR=PxDDR；

　　PDCTL&=~（B3|B4）

　　#define FloatPumpsPDADDR=PxDDR; PDCTL|=B4|B3

　　以下宏管理背板驅(qū)動器。這些宏很復(fù)雜，因為每個背板只需要一個引腳，但每個背板需要兩個引腳狀態(tài)。

　　/*背板驅(qū)動器需要三種狀態(tài)：ON、OFF 和 IDLE。通過將 BP1 與 BP2、BP2 與 BP3 以及 BP3 與 BP1 混合，可以在每個平面上獲得所有三種狀態(tài)，而無需額外的引腳。

　　PlaneX123

　　_______________

　　BP11101

　　BP20110

　　BP31011

　　`BP10010

　　`BP21001

　　`BP30100

　　*/

　　#define SetUpBackplanePDADDR=PxOC;

　　PDCTL&=~（B0|B5|B6）;

　　PDADDR=PxDDR；PDCTL&=~（B0|B5|B6）

　　#define BP1PDOD&=~B6; PDOD|=B0|B5

　　#define BP2PDOD&=~B5; PDOD|=B0|B6

　　#define BP3PDOD&=~B0; PDOD|=B6|B5

　　#define NotBP1PDOD&=~（B0|B5）; PDOD|=B6

　　#define NotBP2PDOD&=~（B0|B6）; PDOD|=B5

　　#define NotBP3PDOD&=~（B5|B6）; PDOD|=B0

　　最后，用于驅(qū)動段的宏。

　　/*下一個宏獲取存儲在顯示緩沖區(qū)中的各個段并將它們放在端口上。它可以在沒有宏的情況下完成，但這使它更通用。將有六個平面和兩個緩沖區(qū)，因為有超過 8 個段*/

　　#define DisplaySegmentsPAOD&=~0xF8;

　　PAOD|=（緩沖區(qū)［平面］&0x00F8）; PCOD=0；

　　PCOD|=（（緩沖區(qū)［平面］&0x7F00）》》8）

　　如前所述，多路 LCD 中涉及的困難編程是一種相當不尋常的多路復(fù)用方案。前面的宏只是將先前解碼的段從緩沖區(qū)放到端口上。由于解碼過程如此復(fù)雜，它不在中斷服務(wù)程序 （ISR） 中執(zhí)行。ISR 必須盡可能短；ISR 中所需的只是設(shè)置背板和驅(qū)動段。緩沖區(qū)是一個整數(shù)數(shù)組，其中包含我們顯示中使用的 12 個段。該數(shù)組中的一維是平面。此維度中有六個平面，每個背板狀態(tài)一個：A、B、C、A‘、B’ 和 C‘。解碼過程完成后，緩沖區(qū)必須加載跨越六個平面的 12 段數(shù)據(jù)。

　　解碼的第一步是定義字符的顯示方式。此定義適用于所有七段顯示器。因此，可以重用以下代碼段。

　　#define Dig_0Seg_a | 段_b | 段_c | 段_d | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_1Seg_b | Seg_c

　　#define Dig_2Seg_a | 段_b | 段_g | 賽段 | Seg_d

　　#define Dig_3Seg_a | 段_b | 段_g | 段_c | Seg_d

　　#define Dig_4Seg_f | 段_g | 段_b | Seg_c

　　#define Dig_5Seg_a | 段_f | 段_g | 段_c | Seg_d

　　#define Dig_6Seg_a | 段_f | 段_g | 段_c | 段_d | Seg_e

　　#define Dig_7Seg_a | Dig_1

　　#define Dig_8Seg_g | Dig_0

　　#define Dig_9Seg_a | 段_f | 段_g | 段_b | Seg_c

　　#define Dig_ASeg_a | 段_b | 段_c | 段_g | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_bSeg_f | 賽段 | 段_g | 段_d | Seg_c

　　#define Dig_CSeg_a | 段_f | 賽段 | Seg_d

　　#define Dig_dSeg_b | 段_c | 段_d | 賽段 | 說_g

　　#define Dig_ESeg_a | 段_f | 賽段 | 段_d | Seg_g

　　#define Dig_FSeg_a | 段_f | 賽段 | Seg_g

　　#define Dig_gSeg_a | 段_f | 段_g | 段_b | 段_c | Seg_d

　　#define Dig_hSeg_g | 段_c | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_IDig_1

　　#define Dig_JDig_1 | Seg_d

　　#define Dig_LSeg_d | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_nSeg_c | 賽段 | Seg_g

　　#define Dig_ODig_0

　　#define Dig_PSeg_g | 段_a | 段_b | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_rSeg_g | 賽段 | Seg_f

　　#define Dig_SSeg_g | 段_a | 段_c | 段_d | Seg_f

　　#define Dig_tSeg_g | 賽段 | 段_f | Seg_d

　　#define Dig_USeg_b | 段_c | 段_d | 賽段 | Seg_f

　　這些段分散在三個獨立的背板上，并且必須以三個比特的三個數(shù)據(jù)包的形式排列在一個字節(jié)中。最后一位未使用。這種排列反映了顯示數(shù)字的物理布局（見表 1）　

　　表 1：段分配。

　　#define Seg_a1

　　#define Seg_g2

　　#define Seg_d4

　　#define Seg_b8

　　#define Seg_c16

　　#define Seg_dp32

　　#define Seg_f64

　　#define Seg_e128

　　我們的目標是將分段數(shù)據(jù)放入三個整數(shù)中——每個顯示背板一個。軟件必須將代表七段字符的單個字節(jié)分成三個平面的三個段。表 2 指示整數(shù)數(shù)組如何存儲各個段位。

　　由于 LCD 的每個數(shù)字都需要三個段，因此尋址正確的段引腳需要將每個數(shù)字的數(shù)據(jù)移位三位。最后，必須尋址微控制器的正確物理引腳。以下代碼段中的分配可以根據(jù)電路板布局和其他資源進行更改。

　　#define Seg_1AGD8//PAOD|=B3

　　#define Seg_1BCDP16//PAOD|=B4

　　#define Seg_1FE32//PAOD|=B5

　　#define Seg_2AGD64//PAOD|=B6

　　#define Seg_2BCDP128//PAOD|=B7

　　#define Seg_2FE256// PCOD |=B0

　　#define Seg_3AGD512//PCOD|=B1

　　#define Seg_3B??CDP1024//PCOD|=B2

　　#define Seg_3FE2048//PCOD|=B3

　　#define Seg_4AGD4096//PCOD|=B4

　　#define Seg_4BCDP8192//PCOD|=B5

　　#定義 Seg_4FE16384//PCOD|=B6

　　以下代碼段確定哪些段為特定字符打開。

　　for （digit=0， shift=9; digit《4; digit++，shift-=3）

　　{

　　段［0］|=（0x07 &

　　CharTbl［que［digit］］）《

　　段［1］|=（（0x38 & CharTbl［que［dig

　　它］］）》》3）《

　　段［2］|=（（0x1C0 & CharTbl［que［di

　　混帳］］）》》6）《

　　}

　　存儲正確的段以打開需要測試每個單獨的位。優(yōu)點是代碼變得非常可移植，如下所示：

　　對于（平面=0；平面《3；平面++）

　　{

　　如果（段［平面］&B0）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_1AGD；

　　如果（段［平面］&B1）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_1BCDP；

　　如果（段［平面］&B2）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_1FE；

　　如果（段［平面］&B3）

　　緩沖區(qū)［平面］|=Seg_2AGD；

　　等等

　　}

　　/*我們在這里有一個賦值，而不是在上面的語句中設(shè)置單個變量，因為在收集段時會發(fā)生計時器 IRQ，這將導(dǎo)致顯示閃爍。最后三個緩沖區(qū)只是前三個緩沖區(qū)的補充。*/

　　緩沖區(qū)［0］=臨時緩沖區(qū)［0］；

　　緩沖區(qū)［1］=臨時緩沖區(qū)［1］；

　　緩沖區(qū)［2］=臨時緩沖區(qū)［2］；

　　緩沖區(qū)［3］=~緩沖區(qū)［0］；

　　緩沖區(qū)［4］=~緩沖區(qū)［1］；

　　緩沖區(qū)［5］=~緩沖區(qū)［2］；

　　總結(jié)

　　直接驅(qū)動 LCD 所需的實際代碼并不是很復(fù)雜。在這個 C 示例中，解碼各個分段平面所需的時間僅為 141 μs。優(yōu)點是無需額外的 LCD 驅(qū)動器或使用帶有專用驅(qū)動器的微控制器即可直接驅(qū)動超大顯示器。唯一的缺點是電荷泵和背板驅(qū)動需要額外的引腳，但在大多數(shù)情況下，額外的引腳比專用驅(qū)動器便宜。

　　圖 4 顯示了使用 Z8 Encore 的 LCD 驅(qū)動器的示意圖！單片機。

　　圖 4：使用 Z8 Encore 的 LCD 驅(qū)動器示意圖！單片機。