本文以一個全自動血壓計為例,，介紹將LCD顯示器讀數(shù)讀入單片機的接口電路。該血壓計顯示器為6 1/2位段式LCD顯示器,，3位顯示收縮壓,，3位顯示舒張壓。1/2位在兩組數(shù)碼中間,，顯示4個指示符號,。

　　1  LCD的電極連接結(jié)構(gòu)和工作波形

　　1.1  LCD的電極連接結(jié)構(gòu)

　　圖1為血壓計LCD的電極連接結(jié)構(gòu)及等效電路。其中,，圖1（a)為公共電極連接排列,，圖1（b)為段電極連接排列。它共有4個公共電極COM0~COM3,，每位數(shù)碼各有2個段電極Sx-0,、Sx-1，其等效電路為一個4行×2列的矩陣,，如圖1（c)所示,。

圖1  LCD電極連接結(jié)構(gòu)及等效電路

　　1.2  LCD的工作波形

　　用雙蹤示波器觀察血壓計LCD的工作波形，如圖2所示,。它采用時分割驅(qū)動法驅(qū)動,，偏比1/3,占空比1/4，B型[3],。公共電極COM0~COM3的信號波形始終保持不變,，段電極Sx-0、Sx-1信號波形隨顯示數(shù)字的變化而變化,。圖2中的Sx-0,、Sx-1波形為顯示數(shù)字“0”時的工作波形。由圖2可知,，不考慮信號的直流分量,，所有波形的前半周期t1~t4與后半周期t5~t8大小相等，極性相反,。COM0~COM3信號電壓依次在t1~t4四個時間內(nèi)達到峰值,。時間t1為第1行上f、a兩段的掃描時間,，公共電極COM0,，Sx-0為f段的段電極,，Sx-1為a段的段電極。在t1時間內(nèi),， f段上的電壓COM0－Sx-0=V0,，a段上的電壓COM0－Sx-1=V0，f,、a兩段均處于選擇狀態(tài),，顯示。其余各段在其掃描時間內(nèi)的電壓和顯示狀態(tài)如表1所列,。7段中只有g(shù)段上的電壓為V0/3,，處于非選擇狀態(tài)，不顯示,。其余6段均處于選擇狀態(tài),，顯示。因此,，顯示數(shù)字“0”,。

圖2  LCD工作波形

表1  顯示“0”時各段的顯示狀態(tài)

　　由此可見，只要依次檢查在t1~t4四個時間內(nèi)f,、a,、g、b,、e,、c、d各段上的電壓COMx－Sx-y(x=0,1,…,6;y=0,1)是V0還是V0/3即可獲得LCD各位數(shù)碼的字形碼,，然后再將字形碼轉(zhuǎn)換為測量結(jié)果,。

　　2  單片機讀數(shù)接口電路

　　圖3為根據(jù)上述工作原理設(shè)計的8051單片機讀數(shù)接口電路。圖中,，LCD為血壓計的液晶顯示器,，6位數(shù)碼從右到左依次編號0~5，中間半位的編號為6,。它有13個段電極,、4個COM電極，GND為血壓計的接地端,。8051的 PC口為8051的擴展并行口。

圖3  讀數(shù)接口電路

　　2.1  顯示狀態(tài)讀取電路

　　由CD4067,、CD4051,、LM324(UA、UB)組成顯示狀態(tài)讀取電路,，讀取LCD數(shù)碼各段的顯示狀態(tài),。CD4067多路模擬開關(guān)從LCD的13個段電極信號中選擇一路Sx-x輸出到LM324(UA)的反相輸入端2腳,。CD4051多路模擬開關(guān)從LCD的4個COM信號中選擇一路COMx輸出到LM324(UA)的同相輸入端3腳。LM324(UA)接成模擬減法器,，由1腳輸出信號COMx－Sx-x,。UB作電壓比較器，參考電壓VR大小由電位器W1調(diào)節(jié)于V0/3～V0之間,，將段電壓COMx－Sx-x與VR比較,。比較結(jié)果為該段的顯示狀態(tài)，高電平說明該段顯示,，低電平不顯示,。顯示狀態(tài)送入8051的P1.6腳。R1,、C1組成RC濾波器,，濾除高頻干擾。

　　比如,，要讀取0號數(shù)碼的a段顯示狀態(tài),，由圖1知，0號數(shù)碼a段的段電極是S0-1,，公共電極是COM0,。由程序控制在t1時間內(nèi)令PC1PC0=00，使CD4051選擇COM0,，令PC5~PC2=0001,，使CD4067選擇S01，COM0和S01兩信號電壓經(jīng)UA減法器相減,，然后再經(jīng)UB電壓比較后得到a段的顯示狀態(tài),，8051從P1.6腳讀取此顯示狀態(tài)。

　　2.2  INT0中斷信號產(chǎn)生電路

　　UC和UD組成INT0中斷信號產(chǎn)生電路,。UC 接成電壓跟隨器,，減小電路對COM0信號的影響。R2,、C2組成RC濾波器,，濾除高頻干擾。UD作電壓比較器,，參考電壓VR加在同相輸入端,，VR大小由電位器W2調(diào)節(jié)于2V0/3～V0。電壓比較器將COM0信號轉(zhuǎn)換為INT0負脈沖信號,，工作波形如圖4所示,。負脈沖的下降沿為LCD驅(qū)動信號周期T的起始時刻。此負脈沖接至8051的INT0腳，在負脈沖的下降沿產(chǎn)生外部中斷0,。

圖4  比較器UD工作波形

　　3  程序設(shè)計

　　啟用外部中斷0和定時器T0,，以中斷方式讀取LCD各位數(shù)碼的字形碼。主程序以查詢方式讀取該字形碼,，然后經(jīng)過讀數(shù)校驗,、字形碼到BCD碼的譯碼、讀數(shù)識別等,，將字形碼轉(zhuǎn)換為讀數(shù),。

　　3.1  讀取字形碼

　　通過外部中斷0和定時器T0以中斷方式讀取LCD某一編號數(shù)碼的字形碼。如圖5所示,，INT0負脈沖在周期T的起始時刻引起外部中斷0,，由INT0中斷服務(wù)程序啟動T0定時器，依次在t1～t4半個周期內(nèi)的f,、a,、g、b,、e,、c、d各時刻產(chǎn)生T0中斷,，讀取各段的顯示狀態(tài),，獲得字形碼。T0定時器設(shè)為工作方式2,，自動再裝入定時時間為T/16,，初始定時時間為T/32。INT0和T0中斷服務(wù)程序流程如圖6所示,。

圖5  T0中斷的各個時刻

圖6  INT0和T0中斷服務(wù)程序流程

　　其中,，PC口數(shù)據(jù)格式：PC5~PC3為要讀取的那位LCD數(shù)碼編號，PC2為段電極編號,，PC1PC0為COM電極編號,。

　　3.2  字形碼轉(zhuǎn)換

　　主程序以查詢方式分別讀取由中斷服務(wù)程序采集的各位數(shù)碼的字形碼，查表將字形碼轉(zhuǎn)換為BCD碼,，再將幾位數(shù)碼的BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值,。

　　3.3  讀數(shù)校驗

　　讀取一位數(shù)碼的字形碼需要1個周期T(實際只用前半個周期)，經(jīng)測量,，T=16.318 ms,。讀取全部612位數(shù)碼至少需要用7個周期，約114 ms,?？紤]到在單片機讀數(shù)的過程中,，LCD的讀數(shù)有可能發(fā)生變化而導(dǎo)致讀數(shù)錯誤，程序中采用連續(xù)兩次讀數(shù)的方法來校驗讀數(shù)的正確性,。如果連續(xù)兩次讀數(shù)相同，則說明讀數(shù)是正確的,；如果連續(xù)兩次讀數(shù)不同,，則說明讀數(shù)可能是錯誤的，應(yīng)重新讀數(shù),。

　　3.4  讀數(shù)識別

　　血壓計顯示的內(nèi)容除了收縮壓,、舒張壓和心率以外還有充氣、放氣時的瞬時壓強以及一些狀態(tài)信息,。LCD中間的半位（6號）用于顯示待機（Reay to measure）,、充氣（CUFF Inflating）、放氣（CUFF Deflating）以及更換電池（Replace Batteries）四個符號,。另外,，4號數(shù)碼顯示“E”時表示測量出錯，顯示“P”時,，右邊3位(0~2號)數(shù)碼顯示的數(shù)字為心率,。左右兩邊顯示內(nèi)容均是數(shù)字時，左邊3位（3~5號）是收縮壓,，右邊3位是舒張壓,，血壓與心率交替顯示。主程序通過這些信息來識別LCD所顯示的內(nèi)容,。

　　4  結(jié)論

　　使用此接口電路采集數(shù)據(jù),，不必考慮與拾取信號的測量相關(guān)的細節(jié)問題和技術(shù)規(guī)范。這樣,，當(dāng)拾取信號的測量比較復(fù)雜時,，可以有效地縮短開發(fā)周期。同時,，它也不存在二次A/D轉(zhuǎn)換或V/F轉(zhuǎn)換方法所存在的單片機采集數(shù)據(jù)與儀表讀數(shù)不完全一致的問題,。

　　程序設(shè)計用1個驅(qū)動信號周期讀取1位數(shù)碼，這樣的讀取速度對于讀數(shù)變化不是很快的血壓計來說已經(jīng)足夠了,。如果測量儀表LCD讀數(shù)變化很快,，可以修改編程，在1個周期內(nèi)同時讀取幾位數(shù)碼,，甚至修改電路設(shè)計,，將后半周期也用于進行讀數(shù)，實現(xiàn)在1個信號周期內(nèi)讀取所有數(shù)碼,。