LCD动态显示驱动芯片MAX7231原理与应用

    摘要：MAX7231是MAXIM公司生产的新型液晶显示驱动芯片，它体积小、功耗低、外形美观、价格低廉。可广泛应用于便携式仪表、通信设备以及医药设备等系统显示部分中。本言语介绍了该芯片的原理以及它和单片机的接口应用。

    关键词：LCD MAX7231 单片机

1 概述

液晶显示器（LCD）以其功耗低、体积小、外形美观、价格低廉等多种优势在仪器仪表产品中得到越来越多的应用。与发光二极管（LED）相比，它虽然存在驱动电路逻辑比较复杂、较难与单片机接口等缺点。但是，随着近年来大规模集成电路的迅速发展，这些缺点已经克服。目前，液晶显示已经进入成熟阶段并被大量应用于便携式仪表等系统中。

驱动液晶显示器的驱动芯片有段式、字符点阵和图形点阵等几种形式。对于数字显示为主的仪器仪表，一般适宜于采用段式液晶显示。本文介绍的MAX7231是美国MAXIM公司生产的新型段式液晶显示驱动芯片。该芯片可驱动8位7段LCD，并可直接与单片机接口。

该芯片的主要特点如下：

●工作电压为4.5～5.5V；

●采用并行输入模式；

●内含振荡器，产生的显示驱动脉冲信号的最大频率为120Hz，典型值为90Hz；

●具有动态显示驱动方式，1/3偏压；

●最低功耗为0.5W，非常适用于电池供电的装置以及电源消耗要求比较严格的微处理器控制下的便携式仪表；

●每个显示位可独立地驱动两个小黑点，显示布局灵活方便。

图1为驱动电压的调节电路。

2 MAX7231引脚说明

MAX7231采用40引脚DIP封装，引脚说明如表1所列。

表1 MAX7231的引脚功能

3 MAX7231的原理及使用

3.1 调节显示驱动电压

MAX7231的交流方波驱动电压的大小可以调节，因此能适用于多种液晶显示材料，芯片内部Vdisp(引脚2)和V+（引脚40）之间有一个内部电阻串，可以用来产生3等分驱动电压（见图1）.这样，用一只20k

的分压电位器连接在Vdisp和GND之间即可调节驱动电压的大小。但必须注意：Vp/3（Vp=V+-Vdisp）应该大于所用液晶材料门槛电压。而且，不允许Vdisp引脚电压低于地线或高于V+，否则，可能损坏MAX7231.另外，这种调节驱动电压的方法只适用于芯片工作温度在±5℃的变化范围之内，这是因为芯片内部的电阻具有温度体系数的原因。

3.2 LCD典型的连接方式

MAX7231的输出引脚适用于3背电极结构和3笔段电极结构的典型7段格式LCD显示。图2是这两种结构的电极连接电路。

4 MAX7231显示驱动信号

由于LCD显示驱动信号与LED显示驱动信号不大相同，因而不能简单地在动态显示驱动方式的LCD电极上加高电平或低电平，否则显示会出现混乱。另一方面，LCD两电极间不能有直流电压，即两电极驱动信号的平衡值应该为零。因此，LCD显示驱动信号需要采用偏压法，常用的偏压法有1/2偏压，1/3偏压，1/4偏压，1/7偏压等。MAX7231驱动信号采用1/3偏压来进行动态扫描驱动，扫描信号从背电极输出，显示信息从笔段电极输出，其输出波形如图3所示（显示信息以“Y”段线为例）。

从波形图可见，MAX7231的背电极（行）扫描信号采用正极性脉冲。扫描信号周期由6拍组成，第一拍扫描COM1行，COM1行电压幅值为Vp；COM2、COM3为非扫描行，电压幅值为Vp/36；第二拍扫描COM2行，其电压幅值为Vp，COM1、COM3为非扫描行，电压幅值为Vp/3；第三拍扫描COM3行，电压幅值为Vp,其它两个的幅值为Vp/3；此外，考虑到驱动信号不含直流信号，因此扫描一次，要保证高低电平均衡，同时，还需加上第四、五、六拍。在第四拍，使COM1电压幅值为0。其它为2Vp/3；在第五拍，使COM2电压幅值为0，其它为2Vp/3；在第六拍，使COM3电压幅值为0，其它为2Vp/3。背电极（行）扫描信号的相位是固定的，与笔段电极输出的显示信息无关；由于背电极扫描信号采用正极性脉冲，因此，MAX7231的笔段电极（列）驱动信号必然采用负极性脉冲输出。对于显示笔段，前三拍扫描行对应的信号幅值为0，后三拍扫描行对应的列信号幅值为Vp；对于非显示笔段，前三拍扫描行对应的列信号幅值为2Vp/3，后三拍扫描行对应的列信号幅值为Vp/3。从实际效果看，这样的驱动信号能提高显示清晰度，且能延长LCD的使用寿命。

5 笔段译码与位选择码方式

MAX7231通过数据线AN2，AN1，BD3～BD0编程选择显示笔段，并通过地址线A3～A0进行位选。其选择格式如表2所列。

表2 MAX7231的译码选择格式

6 MAX7231与单片机的接口设计

MAX7231芯片可提供2条小点数据输入线、4条段选数据输入线和3条位选输入线来实现与单片机的接口，其接口连接电路如图4所示。

    对MAX7231的编程十分简单，只要向口地址写入2位小点控制码和4位笔段控制码即可实现相应的显示。下而是第6位显示字符“9”时的具体编程：

MOV A，#00100100B

MOV DPTR，#80A0H；选中MAX7231且选中第6位