这种技术取GPIO输入结构的优点，以产生VDD / 2的电压电平。由GPIO连接到从VDD分压器到GND时，GPIO用于开关高阻抗输入端和一个推挽式输出之间，以产生三个电压电平。这种技术使用一个标准的GPIO来驱动每个COM线。

本应用笔记中的GreenPAK设计基于图5所示的第二种Multiplex Drive技术。

GreenPak设计

图6显示了GreenPAK的设计，该设计实现了LCD驱动架构以及2V调节器、看门狗计时器、硬件复位和8字节的RAM。2V稳压器适应LCD的1.7V到2.2V的工作电压范围。

COM信号发生器

COM信号的产生，如前所述，通过修改GPIO设置和使用外部电阻分压器设置在VDD/2。GPIO控制信号来源于如图6所示的振荡器驱动的DFF链。这些信号决定了GPIO是配置为输入还是输出，以及GPIO是高电平还是低电平。

可以看到，图7所示的COM信号与图5所示的COM信号相匹配。

注:VDD = 2.0V，对于高z模式，外部分频偏置为VDD/2

通道1（黄色） - COM0（PIN3）
信道2（绿色） - COM1（PIN5）
通道3(蓝色)- COM2 (PIN7)
通道4（洋红色） - COM3（PIN10）

段信号生成

ASM配置

在这个设计中，ASM被重新用作一个花式图案发生器来驱动SEG输出。在图6中，Pipe Delay块用于循环各种ASM状态。

GreenPak ASM由8个州组成，其中每个LCD COM线对应于两个ASM状态。表1列出了符号状态，其中包含关联的COM行。

COM信号#	ASM美国
COM 0	状态0和状态4
COM 1	状态1和状态5
COM 2	州3和州6
COM 3	国家4和第7条

每个ASM状态都将RAM中的一个字节包含到输出到连接矩阵。表2提供了用于如何为每个ASM状态配置二进制数据的模板。假设位A被写入状态0，位B到状态1，位C到状态2，位d到状态3，状态4通过状态7的位应向！a，！b，！c，和D分别。例如，为了打开与COM 0相关联的SEG 0，在状态0 / SEG 0位置和1中写入0，在状态4 / SEG 0位置。数据反演的这种现象与4.1.2中的描述相关。

州名称	连接矩阵输出RAM
	SEG 0.	SEG 1	SEG 2.	SEG 3.	SEG 4.	SEG 5.	SEG 6.	SEG 7.
状态0	一个	一个	一个	一个	一个	一个	一个	一个
状态1	b	b	b	b	b	b	b	b
状态2	c	c	c	c	c	c	c	c
状态3	d	d	d	d	d	d	d	d
状态4	!	!	!	!	!	!	!	!
国家5	b !	b !	b !	b !	b !	b !	b !	b !
国家6	c !	c !	c !	c !	c !	c !	c !	c !
州7	d !	d !	d !	d !	d !	d !	d !	d !

注:VDD = 2.0V，对于高z模式，外部分频偏置为VDD/2

通道1（黄色） - COM0（PIN3）
信道2（绿色） - COM1（PIN5）
D0 - seg0 (pin12)
D1 - SEG1（PIN13）
D2 - SEG2（PIN14）
D3 - SEG3（PIN15）
D4 - seg4 (pin16)
D5 - seg5 (pin17)
D6 - SEG6（·Pin18）
D7 - se7 (pin19)

SEG / COM行为的示例如图8所示。这些波形显示了根据表3所示启用的特定COM / SEG对。要启用这些COM / SEG对，则必须将ASM RAM配置为表4中所示的值状态为0至3中的“0”，状态4到7中的“1”表示在段中。通过分析图8，可以通过从COM信号中减去SEG信号来解密LCD段的状态。

	COM0	COM1.	COM2	COM3
SEG0	离开	离开	离开	离开
SEG1	在	离开	离开	离开
SEG2	离开	在	离开	离开
SEG3	离开	离开	在	离开
SEG4	离开	离开	离开	在
SEG5	离开	离开	离开	离开
SEG6	离开	在	在	离开
SEG7	离开	离开	离开	离开

ASM国家名称	SEG0	SEG1	SEG2	SEG3	SEG4	SEG5	SEG6	SEG7
状态0	1	0	1	1	1	1	1	1
状态1	1	1	0	1	1	1	0	1
状态2	1	1	1	0	1	1	0	1
状态3	1	1	1	1	0	1	1	1
状态4	0	1	0	0	0	0	0	0
国家5	0	0	1	0	0	0	1	0
国家6	0	0	0	1	0	0	1	0
州7	0	0	0	0	1	0	0	0

2V稳压器

由于LCD的工作电压范围是1.7V到2.2V，内部的2V调节器限制了GreenPAK的VDD，并决定了COM和SEG信号的逻辑级别。这个狭窄的范围取决于系统中使用的特定LCD。这个电压范围、GreenPAK gpio的驱动强度和外部无源组件的尺寸都影响LCD的对比度。

所述GreenPAK设计采用ACMP调节3.3V电源电压低至2.0V使用电阻分压器与低侧NMOS开关。被动元件限制电流的流动，并确定该稳压器的瞬态行为。在图6中所示ACMP0调节电压至2V。请参考图9和图12，用于该调节的系统级实现。

附加功能

为了同步SEG和COM信号，当断言为LOW时，I2C虚拟输入“nRST”将主动重置设计。当释放HIGH时，SEG和COM信号将在时域彼此同步，因为它们都从相同的25kHz振荡器工作。有关用I2C重置ASM的更多信息，请参考[6]。

系统监控功能，如硬件按钮复位，看门狗定时器和RAM存储器也在GreenPak解决方案上实现。在GPIO的帮助下，在外部控制按钮复位，而看门狗定时器和RAM存储使用来自MCU的I2C通信控制。

修改LCD显示屏

在LCD上启用和禁用不同的段就像在GreenPAK的ASM中重写RAM寄存器一样简单。为了正确地执行更改，我们推荐以下步骤:

1. 使用I2C虚拟输入断言NRST LOW
2. 将新的RAM内容编程到ASM中
3. 设置NRST HIGH以启动LCD驱动信号

按照上述顺序将保证COM和SEG引脚在时域保持同步。表5显示了ASM状态的I2C地址。通过使用I2C重写这些ASM RAM寄存器来修改LCD上的数据。

ASM州＃	I2C地址
状态0	0 xd0
状态1	0 xd1
状态2	0 xd2
状态3	0 xd3
状态4	0 xd4
国家5	0 xd5
国家6	0 xd6
州7	0 xd7

测试

使用Arduino Uno对扭曲向列(TN)反射液晶显示器(鼠标#:696-LCD-S401M16KR)进行了测试。这个液晶显示器是一个4位，7段多路显示。

LCD模式显示

图9示出了测试模式用于将复用的LCD上显示不同的图案。所述I2C线（SCL和SDA）被连接到通过R1和R2上拉电阻阿尔杜伊诺的3.3V输出。电阻器R3和R4与电容器C2一起形成2V调节器，如5.3所述。R5通过R12是用于生成用于COM信号偏置电压。

如前所述，LCD对比度取决于振幅和LCD驱动信号的瞬态行为。R5到R12的尺寸和GreenPAK gpio的驱动强度影响LCD驱动信号的瞬态行为。通过台架迭代试验确定了最佳电阻值。这种外部电阻分压器网络影响了静态电流、PCB空间和系统解决方案的成本。有关电阻选择的更多信息，请参阅[9]和[11]。

通过遵循5.5中描述的步骤，在多路复用的LCD上显示不同的模式。LCD的PIN映射和数字和段位置分别如表6和图10所示。通过相关表6和图10，可以确定销5和引脚6对应于LCD的数字1，销7和销8对应于数字2，引脚9和引脚10对应于数字3，销11和引脚11引脚12对应于数字4.表7中示出了该相关性以及相应的ASM输出。

别针	1	2	3.	4	5	6	7	8	9	10	11	12
COM0	COM0	--	--	--	1 d	DP1.	二维	DP2.	3 d	DP3.	4 d	col
COM1.	--	COM1.	--	--	1 e	1 c	2 e	2摄氏度	3 e	3 c	4 e	4摄氏度
COM2	--	--	COM2	--	1克	1 b	2 g	2 b	3 g	3 b	4 g	4 b
COM3	--	--	--	COM3	1 f	1	2 f	2	3 f	3	4 f	4

SEG 0和SEG 1 LCD的ASM控制数字1的输出。类似地，SEG 2/3，SEG4 / 5和SEG6 / 7分别控制数字2,3和4。表8显示了数字1和ASM输出连接。表1和表8表明，必须将“0”写入状态0 / SEG 0和“1”到状态4 / SEG0以在数字1上打开段D。类似地，可以通过写入启用/禁用其他段各个状态x / seg y位置。

LCD Digit＃	LCD针＃	ASM输出
数字1	销5和引脚6	SEG 0和SEG 1
数字2	引脚7和引脚8	SEG 2和SEG 3
数字3.	销9和引脚10	SEG 4和SEG 5
数字4.	Pin 11和Pin 12	SEG 6和SEG 7

液晶数字#	ASM州＃	ASM输出
		SEG 0.	SEG 1
数字1	状态0	D	DP1.
	状态1	E	C
	状态2	G	B
	状态3	F	一个
	状态4	D !	！DP1.
	国家5	E !	C !
	国家6	G !	B !
	州7	F !	!

要显示在LCD上的图案，所述二进制数据首先被转换成十六进制格式，并然后写入RAM ASM寄存器。在LCD上显示“1234”，例如，按照5.5中所列的I2C过程。是用于将数据写入RAM ASM寄存器中的I2C命令如下：

[开始0×08 0×00 0xF4中停止]

[开始0x08的0xD0将0xEB 0x71 0×01 0×14 0x97 0xFE的为0x8E 0x68停止]

[开始0x08 0xF4 0x01停止]

此处，0×08是I2C从地址和0xF4中是字地址为I2C虚拟输入。有在GreenPAK可用的各种I2C从地址。有关I2C通信的更多信息，请访问[5]。

表9示出了几个示例性的图案和相应的十六进制字节需要由ASM RAM。

Dialog网站上的应用程序说明的ZIP文件中包含一些使用Arduino Uno控制LCD的示例代码。

液晶显示模式	ASM RAM数据（十六进制）
	状态0	状态1	状态2	状态3	状态4	国家5	国家6	州7
1234	0xEB.	0×59	0 x01	0x97	0 x14	0 xa6	0xFE.	0x68
95.76	0 xb2	0连接	0x98在全局	0 x10	送出0x4d	0xea.	0×67	0xef.
跑完	0x6B	0x43中	0x53	0x43中	0x94	0 xbc	0 xac	0 xbc

液晶的可靠性

LCD可靠性取决于LCD驱动信号的平均直流偏移电压。DC偏移量被测量为COM和SEG信号的幅度随时间的差。如果平均差值约为50mV或更高，则DC偏移最终将损坏LCD。有关可接受的直流偏移规范的更多信息，请参阅[12]。

图11显示测试装置用于测量直流的存在在该溶液中的偏移量。R13，R14，和C3产生高阻抗测量接口来监控使用数字万用表的平均电压。选择用于DC电阻偏移测量是大约十倍比在设计中使用的，以避免加载电阻分压器网络的电阻更大。

在5mV左右测量直流偏置。因为这个偏移量小于50mV的偏移量标准，所以LCD应该不会损坏。

设计考虑因素和解决方案

在评估这种设计时应该考虑某些标准。这些标准包括LCD的工作电压范围，GreenPak GPIO，外部组件选择和低功耗优化的驱动强度。

对于所测试的LCD的工作电压范围的范围从1.7V到2.2V。当在该范围之外操作时，会发生重影的液晶。此电压范围内将与LCD的类型而改变。

如图8所示，与外部电阻分压器网络生成用于COM信号三个电压电平。为了获得最佳性能，建议使用较小的电阻和更强的GPIO结构，加快瞬态行为。我们的许多GreenPAK的GPIO可配置为“2个推拉式”，提高驱动强度。

静态电流消耗和性能之间存在权衡。较小的外部电阻在LCD上提供了更好的对比度，但增加了系统的静态电流。如果当前消耗对给定的应用程序很重要，用户可以将低功耗模式集成到GreenPAK设计中。利用I2C功能，当不需要显示时，可以关闭内部振荡器和ACMP。也可以使用外部开关来为电压调节器供电。当在低功率模式下OFF时，这个开关将保证液晶显示器和电阻分压器网络上没有电压。这些技术将限制通过设备的整体静态电流。

功能扩展

GreenPak可以使用能够与I2C命令通信的任何MCU来控制。DA14585是一种蓝牙5.0 SOC兼容芯片，可通过I2C与GreenPak和LCD接口。

图12显示了从3.0V硬币电池供电的DA14585芯片的测试设置的示意图。DA14585的P1_0（端口1引脚0）和P1_1（端口1 - 引脚1）分别为SDA和SCL的I2C引脚。I2C的SDA和SCL线路使用上拉电阻R1和R2连接到3.0V轨道。请按照5.5中的描述进行操作，以将数据写入GreenPak的ASM RAM寄存器和I2C虚拟输入。

当使用DA14585芯片代替Arduino Uno来控制LCD时，可以观察到类似的系统行为。Dialog网站上的应用程序说明的ZIP文件中包含一些使用DA14585控制LCD的示例代码。

结论

通过使用本应用说明中描述的GreenPAK解决方案，系统设计师可以减少MCU引脚数，降低成本，提高系统性能，并提高设计灵活性。此外，电池供电系统可以通过实现低功耗模式来禁用LCD电路，从而减少静态电流消耗。

通常情况下，基于提供给设计人员的gpio数量，mcu的功能受到限制。对于较小的LCD应用程序，将LC亚博国际官网平台网址D驱动卸载到GreenPAK可以以较低的成本为GreenPAK IC在MCU上释放大量的GPIO。

类似地，mcu的处理能力也是有限的。许多现代mcu利用基于事件的编程来对特定编程环境中的任务进行优先排序。GreenPAK解决方案允许mcu通过在每个事件发送一些I2C命令来简化它们的软件需求。这允许MCU固件执行其他任务或将MCU置于低功耗设置，直到在系统中触发事件。

使用GreenPak IC的本机益处是GreenPak设计师软件中的测试和修改设计的简单性。在点击几个按钮时，可以更改ASM中的RAM设置和振荡器时钟速度。同样，看门狗设置和硬件复位定时器可以在IC中配置。