段码液晶屏实现原理及应用

什么是段码液晶屏

段码液晶或段码液晶屏，只是液晶屏的用户对于某一类液晶显示屏的一种叫法，但是在液晶行业之内，一般都称之为图案型的液晶屏，从而来区别于点阵型的液晶屏，故段码液晶屏并不是一个很严格的表述或者分类。

段码液晶的叫法是起源于早期液晶显示屏在开始应用的时候，主要是用来替代LED数码管的（它是由7个笔段所组成，用来显示数字0~9），比如计算器、钟表等等，显示的内容基本都是数字，也比较简单。现在，一般都将非点阵类的液晶屏均统称为段码液晶屏。

段码液晶屏的优缺点

段码液晶屏优点：是对主控芯片要求低，软件简单，控制液晶屏和主控成本低。

段码液晶屏 缺点：是文字不能变化

段码液晶屏的工作原理

TN型液晶屏通常有全透，半透和反射三种模式。液晶是不会主动发光的，需要外接提供光源。全透型液晶的光源来在液晶背后；反射型液晶的光源来自液晶的前方，被液晶屏的偏光片反射到观察者眼睛；半透型液晶介于二者之间，既有来自液晶后方的光线也有反射的前方光线。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无法观察到显示的。

段码液晶屏的主要参数

材质：TN，HTN，STN，BTN（即VATN），FSTN等材质。

显示模式：正显，负显。

偏光片类型：全透型，半透型，反射型。

驱动条件：与选择的驱动芯片有关，比如常用的HT1621芯片，则其占空比1/4DUTY，偏压比1/3BIAS。

连接方式：金属插脚连接，导电胶条连接，热压纸连接，FPC软线连接。

观察角度：6点视角，12点视角。

工作电压：通常设定的工作电压在3~5V之间， LCD功耗约10μA。

工作温度：可根据LCD的工作环境设定温度范围，最宽温约-35℃~85℃。

段码液晶屏实现原理

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。

段码液晶屏的应用

仪器、仪表：煤气表、水表、公交系统、加油机计数显示屏 办公设备：传真机、打卡机、考勤机、门禁系统通讯设备：各种IC卡电话、网络电话、IP电话

银行系统：POS机

税务系统：税控机

医疗设备：生理监护仪及各类保健器械

工控设备：自动化控制

各种人机界面，手持设备等