1 LCD的電極連接結構和工作波形

　　1.1 LCD的電極連接結構

　　圖1為血壓計LCD的電極連接結構及等效電路,。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電極連接結構及等效電路

　　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,。它采用時分割驅動法驅動，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,， 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的電壓和顯示狀 態(tài)如表1所列,。7段中只有g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,，然后再將字形碼轉換為測量結果。

　　2 單片機讀數(shù)接口電路

　　圖3為根據上述工作原理設計的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調節(jié)于V0/3～V0之間,，將段電壓COMx-Sx-x與VR比較,。比較結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UA減法器相減,，然后再經 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中斷信號產生電路

　　UC和UD組成INT0中斷信號產生電路,。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調節(jié)于2V0/3～V0。電壓比較器將COM0信號轉換為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生外部中斷0,。

　　圖4 比較器UD工作波形

　　3 程序設計

　　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中斷服務程序啟動T0定時器,，依次在t1～t4半個周期內的f,、a、g,、b,、e、c,、d各時刻產生T0中斷,，讀取各段的顯示狀態(tài)，獲得字形碼,。 T0定時器設為工作方式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中斷服務程序流程

　　其中，PC口數(shù)據格式：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 字形碼轉換

　　主程序以查詢方式分別讀取由中斷服務程序采集的各位數(shù)碼的字形碼,，查表將字形碼轉換為BCD碼,，再將幾位數(shù)碼的BCD碼轉變?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,，應重新讀數(shù)。

　　3.4 讀數(shù)識別

　　血壓計顯示的內容除了收縮壓,、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所顯示的內容,。

　　4 結論

　　使用此接口電路采集數(shù)據,，不必考慮與拾取信號的測量相關的細節(jié)問題和技術規(guī)范。這樣,，當拾取信號的測量比較復雜時,，可以有效地縮短開發(fā)周期。同時,，它也不存在二次A/D轉換或V/F轉換方法所存在的單片機采集數(shù)據與儀表讀數(shù)不完全一致的問題,。

　　程序設計用1個驅動信號周期讀取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個周期內同時讀取幾位數(shù)碼,，甚至修改電路設計,，將后半周期也用于進行讀數(shù)，實現(xiàn)在1個信號周期內讀取所有數(shù)碼。