液晶显示屏(LCD)广泛用于各种现代电子设备上，例如计算器、手持式血糖仪、气站泵和电视机等。LCD功耗低，直视时有清晰的显示，在很多应用中已经替代了老的LED显示屏。很多微控制器(例如MAXQ2000)集成了能够驱动LCD显示板的LCD控制器，其占空比高达¼。但是在某些情况下，具体应用中理想的微控制器不一定集成LCD控制器。在这些情况下，可以使用微控制器的端口引脚来驱动显示器，在软件中实现显示控制器。
本应用笔记阐述怎样利用DS89C450超高速快闪微控制器来实现一个简单的7段数位静态LCD显示控制器。由于没有采用DS89C450的特殊功能，该实例代码可以很容易导出到任何8051兼容微控制器中，只要微控制器有足够的引脚来驱动本应用中所采用的LCD显示板。
可以下载(ASM)本应用笔记的实例代码。
选择一款LCD显示板
在应用中选择LCD显示板时，应该为LCD仔细挑选匹配的兼容微控制器和LCD显示控制器。进行选择时，应考虑以下问题。
LCD的工作电压范围是多少? 由于DS89C450是5V微控制器，其端口引脚工作在5V电平上，我们必须选择一款5V LCD显示板。注意，很多集成了LCD控制器的微控制器使用专用供电输入(VLCD)来设置LCD控制器使用的电压范围。LCD的占空比是多少? 静态LCD显示板将显示屏中的每一段连接至专用驱动线。这意味着段驱动器的数量必须等于被驱动的LCD段的数量。然而，多路复用LCD显示板的每一条段驱动线(SEG)要驱动一个以上的LCD段。这些显示板使用多路公共背板(COM)输出，根据所采用的占空比，驱动SEG和COM线上VLCD和GND之间的多电平。由于我们使用的8051微控制器DS89C450只能将其端口引脚线驱动到5V和GND，因此，我们的情况限于静态LCD。关于驱动多路复用LCD的详细信息，请参考以下文档：应用笔记3548，"Using an LCD with MAXQ Microntrollers"。MAXQ®系列用户指南：MAXQ2000补充材料(English only)LCD显示板工作需要多少段和多少公共驱动器? 控制静态LCD显示板时，被驱动的每一段需要一条驱动线(端口引脚)，公共(COM)背板线需要额外的一个端口引脚。
对于本应用笔记，选用了Lumex® LCD-S401C52TR显示屏。该LCD是5V静态显示屏，含有4个7段数字和3个符号段(一个逗号和三个十进制小数点)。LCD上的每位数都由7段构成，如图1所示，A、B、G、E和D段被打开，显示数字"2"。
图1. 7段LCD显示数字
LCD-S401C52TR显示屏含有一个COM背板(连接至两个引脚)和32个显示段，每个都连接至段驱动引脚。在这个例子中，我们只使用7段数字中的三个，意味着DS89C450需要驱动21条SEG线(三个数位中的每一个需要7段)和一条COM线，从而共需要22个端口引脚。当没有采用扩展存储器总线配置工作时，DS89C450提供24个推拉端口引脚。因此，微控制器有足够的I/O容量来完成这一任务(端口0还有其他的8个端口引脚。但是，三个引脚开漏，需要额外的上拉电阻才能用作通用I/O)。
硬件设置
这一例子的硬件设置基于DS89C450评估(EV)套件(B版)，去掉了存储器接口CPLD (U5)和两个外部存储器芯片(U6和U7)。这一改动释放了多个端口引脚，可供我们的应用程序使用，否则这些引脚可用于实现扩展存储器总线，特别是端口0 (所有8条线)、端口2 (所有8条线)、端口3.6和3.7。请参见表1 (注意：在这一例子中没有使用端口0)。DS89C450含有64kB内部代码空间和1kB内部数据SRAM，对于这一例子已经足够了。
LCD-S401C52TR显示屏上的段和公共线通过靠近原型区的J4插头连接至DS89C450的端口引脚。段行通过1kΩ电阻连接至端口引脚，而没有直接和端口引脚连接。之所以采用这种设置是因为DS89C450的端口引脚比LCD显示板驱动线常用的方式有更强的驱动能力(0态和单稳态强下拉，1态强上拉，然后弱上拉)。由于COM线有较大的电容，需要较强的驱动，它直接连接到其端口引脚。但是，本应用不建议段行直接由端口引脚驱动。这种配置会出现一个问题：随着越来越多的段打开，通过LCD显示屏，在段和公共面之间的电容耦合会使COM线偏离其预置状态(之所以出现这一问题，是因为工作段对公共面总是保持正电压)。结果，应该关掉的段会被部分打开。所以通过电阻连接端口引脚，以减小驱动能力，避免这一问题的发生。
表1. LCD显示板和端口引脚连接
还需要对硬件设置进行一些说明：
采用了一个标准16.384MHz晶振(插在Y1上)来为DS89C450提供时钟。运行应用程序时，DIP开关SW1.1和SW4.2应在ON位置；所有其他应为OFF。装入应用程序(使用MAXQ微控制器工具套件(MTK)或者另一开发工具)时，DIP开关SW1.1、SW1.2、SW1.3、SW4.1和SW4.2应在ON位置；所有其他应为OFF。当LCD显示屏运行时，总是可以在LED条形显示U10上看到端口1的状态。这属于正常，由于LCD显示屏被缓冲过，因此，不会影响应用程序。P3.0和P3.1也被用于串口0的Tx/Rx线。所以，当应用程序装入(使用串口启动加载程序)时，由于这些线的活动，LCD的一两个段会闪烁。这属于正常。当应用程序运行时，DIP开关SW1.2和SW1.3应关断，以禁止串口功能。LCD显示屏上任何没有使用的段必须驱动到OFF状态，不允许浮空。可以通过将一个或者多个没有使用的段连接至驱动到OFF状态(和COM相同的电压波形)的端口引脚来完成这一任务，也可以将没有使用的段直接连接至COM。驱动LCD段
LCD段的默认状态是OFF (例如，透明)；没有加电压时，段应该为透明状态，相对于LCD显示板背景是看不到的。此外，当相同的电压加在段线(SEG)和公共背板(COM)上时，段保持关断。当段的SEG引脚和COM面之间有电压差时，段才切换到ON (例如，不透明)状态。当该电压达到一个特殊电平时，即阈值电压，段变暗，最终完全不透明。阈值电压是LCD显示板指定工作电压的百分比，不同的LCD有不同的阈值电压。
电压差的极性并不影响驱动LCD段。例如，驱动3V阈值电压LCD的控制器可以通过设置COM至地，SEGn至3V来接通段n，也可以设置COM至3V，SEGn至地达到同样目的。这一事实非常重要，因为如果LCD上的静态直流电压保持时间过长，段可能会被损害，无法再正常开关。为避免这一问题，不论段处于ON还是OFF状态，总是以交替波形来驱动LCD段，以确保每个段上总的直流电压保持为零(图2)。
图2. 静态LCD段的交替驱动波形
如图2所示，静态显示屏的COM引脚一直被一个50%占空比的方波驱动，该方波电平在VLCD (我们的设置是5V)和GND之间。利用两个模式之一来驱动每一条段线。
要把段打到OFF，应采用和我们驱动COM引脚一样的波形来驱动它。这可以保证SEG/COM对上的直流电压始终为零，意味着段将保持关断。要把段打到ON，应采用和COM波形相反的信号来驱动它。这意味着，一半的时间以正电压驱动段，另一半的时间以负电压驱动它。这两个状态有相同的视觉显示，因此，段看起来一直接通。由于电压差的平均直流值是零，不会有导致损害LCD玻璃的静态直流偏置。
不同的LCD显示板有不同的LCD驱动频率(称之为帧频率)。实际应用合适的频率值取决于特定硬件设置的试验情况。由于LCD段状态改变率受限于段的总电容，LCD只在特定范围的帧频率内才能正常工作。一般而言，这一范围在20Hz至200Hz之间。本应用笔记的实例代码使LCD大概运行在30Hz左右。特定显示屏的帧速率太高或者太低都会导致LCD段闪烁，或者看起来变暗。
下面是驱动LCD段运行的主程序。
注意，COM线(连接至P1.7)总是采用相同的波形驱动：前半帧为低电平，后半帧为高电平。对于段线，帧第一部分的模式驱动和第二部分的相反。以同样方式将三个数位的每一个分别连接至三个端口之一，所以，段A总是连接至Px.0，段B连接至Px.1，依此类推。这种配置使实例代码能够使用getDigit子程序来计算三个LCD显示板数位中每一个的段模式。
实例代码中LCD上显示的模式是3位十进制计数器，上电时从000开始，递增至001，002，直到999，然后翻转。由于程序的主循环驱动LCD段和公共模式，我们必须找到另一方法来周期性地递增计数器值。我们的方案是使用定时器0来周期性地触发中断。
每次发生定时器中断时，寄存器中的延时计数器被递减。当延时计数器达到零时，LCD 3位计数器值递增1 (根据需要，每一数位翻转)；延时计数器初始化到其最大值。由于定时器0宽度是16位，实例代码将延时计数器设置为20，3位计数器大概每(1/16.384MHz) × (216) × 20 = 0.08s ，即每秒12次，递增一次。
利用微控制器的大量专用数字外设，可以根据需要在软件中实现静态或者多路复用LCD显示屏控制器。简单的静态显示使这一实现非常直观。DS89C450等8051微控制器的标准通用I/O功能可以用于驱动LCD上的SEG和COM波形。使用高性能DS89C450，即使在软件中实现LCD控制器，也可以保证主应用程序有足够的处理能力。