一, Zasada działania segmentowego wyświetlacza LCD: odpowiedź pola elektrycznego i dynamiczne skanowanie
Podstawą segmentowego wyświetlacza LCD jest charakterystyka reakcji cząsteczek ciekłokrystalicznych na pole elektryczne. Kiedy do elektrod przyłożone jest napięcie przemienne, kierunek ułożenia cząsteczek ciekłego kryształu ulega zmianie, zmieniając przezroczystość, a tym samym kontrolując jasność segmentu pisaka. Jego napęd musi spełniać dwa kluczowe warunki:
Napęd prądu przemiennego: cząsteczki ciekłokrystaliczne są wrażliwe na napięcie prądu stałego, a długotrwałe-stosowanie może powodować degradację chemiczną. Dlatego należy używać przemiennika częstotliwości, aby zapewnić, że średnie napięcie przyłożone do obu końców wyświetlacza LCD będzie wynosić 0.
Skanowanie dynamiczne: Dzięki zastosowaniu metody skanowania segmentowego tylko jeden skan COM (wspólna elektroda) jest ważny w dowolnym momencie, a pozostałe COM są w nieprawidłowym stanie, aby uniknąć zakłóceń krzyżowych. Na przykład wyświetlacz LCD o obciążeniu 1/4 (4 COM) musi uzyskać wyświetlanie wielosegmentowe poprzez szybkie przełączanie sygnałów COM.
Biorąc za przykład wyświetlacz LCD z kodem segmentowym o napięciu roboczym 3,3 V, obciążeniu 1/4 i odchyleniu 1/3, jego napięcie progowe sterowania wynosi około 1,1 V (3,3 V/3). Gdy napięcie na określonym segmencie wyświetlacza LCD jest wyższe niż 1,1 V, wyświetlacz wyświetli, a gdy będzie niższe niż 1,1 V, wyłączy się. Aby uniknąć efektu zjawy (słabego wyświetlania), należy upewnić się, że różnica napięcia podczas wyświetlania jest większa lub równa 3,0 V i mniejsza lub równa 1,0 V po wyłączeniu.
2, Projekt sprzętu: bezpośredni napęd pinowy MCU i wybór dedykowanego kontrolera
1. Schemat bezpośredniego napędu pinów MCU
Nadaje się do instrumentów przemysłowych z mniejszą liczbą segmentów (takich jak 4 bity i 8 segmentów), może znacznie zmniejszyć koszty i powierzchnię PCB. Biorąc za przykład MM32F031C6T6:
Konfiguracja portu COM: Użyj trybu wysokiej impedancji GPIO, podłącz rezystor 47 K do kondensatora dla każdego COM i uzyskaj napięcie w punkcie środkowym (1/2 VDD) po filtrowaniu RC. Ustaw tak, aby wyjście push-pullowało podczas skanowania, przywracało stan wysokiej impedancji podczas braku skanowania.
Konfiguracja portu SEG: przyjęcie trybu wyjściowego push-pull, odwracanie lub-w fazie z sygnałem COM do sterowania wyświetlaczem. Na przykład, gdy COM skanuje i ma zostać wyświetlony SEG, na wyjściu pojawia się odwrócone napięcie; Jeżeli zachodzi potrzeba wyłączenia, należy podać na wyjściu to samo napięcie fazowe.
Obwód dzielnika napięcia: W przypadku wyświetlaczy LCD z odchyleniem 1/3 należy zastosować sieć dzielników rezystorów (np. kombinacje rezystorów 150 K, 10 K, 100 K, 47 K) w celu wygenerowania napięć 0,5 V, 2,5 V i 4,5 V, zapewniając, że port COM wyprowadza napięcie w punkcie środkowym wynoszące 2,5 V w stanie wysokiej rezystancji.
2. Dedykowane rozwiązanie kontrolera LCD
W przypadku skomplikowanych instrumentów, takich jak wyświetlacze wieloliniowe i sterowanie podświetleniem, zaleca się stosowanie mikrokontrolerów z wbudowanymi-kontrolerami LCD (takich jak seria Renesas RL78, RA4M1). Jego zalety to:
Zintegrowany projekt: zapewnia moduły, takie jak rejestry danych wyświetlających, sterowanie zegarem, obwody wzmacniające itp., Redukując liczbę elementów peryferyjnych.
Elastyczna konfiguracja: obsługuje wiele kombinacji obciążenia (1/2, 1/3, 1/4 itd.) i odchylenia (1/2, 1/3, 1/4 itd.), aby dostosować się do różnych specyfikacji wyświetlaczy LCD.
Optymalizacja niskiego zużycia energii: Zatrzymanie niepotrzebnych funkcji zegara (takich jak rejestry OSMC) zmniejsza zużycie energii i wydłuża żywotność baterii.
3, Implementacja oprogramowania: Algorytm skanowania i kontrola wyświetlania
1. Algorytm skanowania rdzenia
Wyświetlenie kodu segmentu na wyświetlaczu LCD należy uzyskać poprzez skanowanie czasowe, a typowy proces wygląda następująco:
Inicjalizacja: skonfiguruj tryb pinów MCU (stan push-pull/wysoka impedancja) i przerwanie timera (np. cykl 2 ms).
Funkcja skanowania: wywołaj funkcję skanowania w przerwaniu czasowym, przełącz sygnał COM cyklicznie i zaktualizuj dane SEG. Na przykład wyświetlacz LCD o obciążeniu 1/4 wymaga 8 cykli wywołań, aby ukończyć skanowanie jednej klatki (częstotliwość odświeżania 62,5 Hz).
Buforowanie danych: użyj tablicy pamięci wideo do przechowywania zawartości wyświetlacza i konwertuj liczby/znaki na kody segmentów poprzez przeglądanie tabeli (np. liczba „8” odpowiadająca 0x7F).
2. Optymalizacja sterowania wyświetlaczem
Regulacja kontrastu: dostosuj napięcie sterujące, dostosowując sieć dzielnika napięcia z rezystorem polaryzacji lub wbudowany-MCU obwód wzmacniający (taki jak rejestr VLCD Renesas).
Mechanizm zapobiegający rozdarciu: w przypadku wyświetlaczy LCD z pinami TE (sygnał synchroniczny), impulsy TE są przechwytywane przez przerwania GPIO w celu osiągnięcia synchronizacji danych w pamięci i odświeżania; W przypadku braku styku TE można zapobiec rozdarciu ekranu, wysyłając zapytanie do linii skanowania (np. polecenie GetScanline w ST7789).
Tryb niskiego poboru mocy: W trybie uśpienia wszystkie piny COM/SEG mają niski poziom wyjściowy, a obwód sterownika LCD jest wyłączony, aby zmniejszyć zużycie prądu.
4, Praktyka branżowa: cały proces od projektu do masowej produkcji
1. Indywidualny projekt
Zapotrzebowanie na wyświetlacze LCD z kodem segmentowym w przyrządach przemysłowych jest zróżnicowane i należy je dostosować do scenariuszy zastosowań
Rozmiar i liczba segmentów: Jeśli sprzęt medyczny musi wyświetlać dane dotyczące temperatury, tętna i czasu na przestrzeni 40 mm × 20 mm, wymagany jest innowacyjny schemat rozmieszczenia elektrod.
Kolor i tryb optyczny: Wyświetlacz pozytywowy (czarne tło z białym tekstem) nadaje się do użytku w pomieszczeniach, natomiast wyświetlacz negatywowy (białe tło z czarnym tekstem) zwiększa czytelność na zewnątrz; Tryb półprzezroczysty i półodblaskowy jest kompatybilny zarówno z podświetleniem, jak i światłem odbitym.
Możliwość dostosowania do środowiska: niezawodność na poziomie przemysłowym jest gwarantowana poprzez test rozruchu w -40-stopniowej-niskiej-temperaturze-testie, test starzenia w wysokiej temperaturze 85 stopni oraz test ciągłego oświetlenia przez 2000 godzin.
2. Produkcja i testowanie
Inteligentna linia produkcyjna: Dzięki podwójnej gwarancji wykrywania AOI online i ręcznej ponownej kontroli cały proces, od przewodzącego cięcia szkła ITO po uszczelnianie kryształów, jest zautomatyzowany.
Dopasowanie układu scalonego sterownika: w przypadku niskich-wymagań dotyczących zasilania wybierz rozwiązania dyskowe o bardzo-niskim poborze mocy (takie jak niestandardowe układy scalone sterownika firmy Xuda Electronics), aby wydłużyć żywotność baterii.
Integracja podświetlenia: W przypadku instrumentów wymagających wyświetlania w nocy, zintegruj moduły podświetlenia EL lub LED i dostosuj jasność poprzez przyciemnianie PWM (takie jak przyciemnianie poziomu 1024 w Tesli Model 3).
