电能量及其他信息的显示方法-LED和LCD液晶显示器

显示部分将电能量及其他信息显示出来。一般有数码管LED （发光二极管构成）、液晶显示器LCD以及机械计度器三种方式。其中高档电子式电能表由于功能较多，需要显示多项数据，一般用液晶显示器，而单相电子式电能表绝大多数使用简单直观的机械计度器。

1.机械计度器

机械计度器主要在低成本、电量较小、功能要求较少的单相、三相电子式电表中有一些应用。其缺点是容易卡字，显示内容单一。

2.LED数码管显示器

数码管显示器是自发光显示器，它采用发光二极管LED将电能变成光能，当电流流过发光二极管时发光。一般为红色、绿色、橙色及黄色。

（1）LED的指标。LED的主要技术指标见表4.2。

表4.2　LED的指标

（2）显示驱动和使用。发光管（LED）在电能表中被广泛使用，如电能脉冲指示或报警指示等。数码管是将7个LED在外形结构上排成 “8”字，如图4.6 （b）所示，点亮不同的LED可以显示数字0～9，这7个LED分别称为abcdefg，如果显示2，将点亮abdeg，其他以此类推。

数码管的驱动方式有静态和动态两种。假定在电能表中有2个数码管，需要显示 “1”、 “2”，采用PIC16F76如何设计电路来实现呢？

静态驱动电路如图4.7所示。在静态方式中，将B口按位设置为：00000110 （bc段点亮），C口按位设置为：01011011 （abged段点亮）。这种驱动方式为静态驱动方式。如果电能表有5个数码管，要显示5位数字，PIC16F76只有3个输入、输出端口将无法实现。故静态驱动方式将占用较多的输出接口。

图4.6　LED数码管

（a）7个共阳极LED排列构成的数码管；（b）数码管外形结构

图4.7　静态驱动电路(www.xing528.com)

3.LCD液晶显示器

液晶显示器为低功耗显示器件，它属于平板、被动显示型，它不能自发光，需要外部光源进行反射。

（1）显示原理。液晶显示是基于在电场中液晶分子排列的改变而调制外界光达到显示的目的。图4.8所示为液晶的构成原理图。

在上、下玻璃电极之间封入行列型液晶材料，液晶分子平行排列，上、下扭曲90°，外部入射光线通过上偏振片后形成偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料被旋转90°，再通过与上偏振片垂直的下偏振片，被反射板反射回来，呈透明状态；当上、下电极加上一定的电压后，电极部分的液晶分子转成垂直排列，失去旋光性，从上偏振片入射的偏振光不被旋转，光无法通过下偏振片返回，因而呈黑色。根据需要将电极做成各种文字、数字、图形，就可以获得各种状态显示。

液晶本身有多种类型，如按显示像素分为字段式和点阵式；按显示色彩分为单色和彩色等；按显示方式可以分为TN （扭曲向列型）和STN （超扭曲型）。在电能表中大多使用的是TN型单色字段型液晶，复杂电能表有采用点阵液晶显示器的，可以编程排列各种图形。

（2）液晶的主要技术指标。TN型液晶显示器的主要技术指标见表4.3。

图4.8　液晶显示器构成原理图

表4.3　TN型液晶主要指标

（3）液晶的驱动及使用。液晶的驱动方式可以分为静态和动态两种。

静态方式：电极加电压时显示。

动态方式：当显示字段较多时，为减少引出线和驱动回路数，需要采用动态驱动方式，也称为时分驱动方式。其占空比有1/2、1/8、1/16等，偏比有1/2、1/3、1/4、1/5等。快速切换显示驱动，利用人眼视觉暂留的特点，就可以实现动态显示。

液晶显示器的电极是腐蚀在玻璃板上的，从玻璃板引出方式可以采用导电橡胶条或双列直插式金属引脚。

需要注意的是，液晶属于被动显示型，在无光亮处无法显示，为了克服此问题，采用背光源技术，目前常用的技术有电致发光EL片 （荧光粉在交流电场下发光）、荧光灯、发光管（LED）。一般背光器件工作寿命远远小于液晶本身，故在电能表设计中背光不会长期工作，往往需要人工控制短时点亮。

液晶显示器的优点是寿命长，功耗低，可以显示复杂的图案，尤其是点阵液晶可以任意编排显示数字和字符，非常灵活和直观；缺点是驱动器相对复杂，亮度不高。