從LCD電極讀數(shù)的單片機(jī)接口技術(shù)分析

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(fù)脈沖信號，工作波形如圖4所示。負(fù)脈沖的下降沿為LCD驅(qū)動信號周期T的起始時刻。此負(fù)脈沖接至8051的INT0腳，在負(fù)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(jì)

　　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(yàn)、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(fù)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(yàn)

　　讀取一位數(shù)碼的字形碼需要1個周期T(實(shí)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。考慮到在單片機(jī)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(yàn)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(jì)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(qiáng)以及一些狀態(tài)信息。LCD中間的半位 （6號）用于顯示待機(jī) （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(xì)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(jī)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(jì)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(jì)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(jì)，將后半周期也用于進(jìn)行讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)在1個信號周期內(nèi)讀取所有數(shù)碼。