一, Принцип работы сегментированного ЖК-дисплея: реакция электрического поля и динамическое сканирование.
В основе сегментированного ЖК-дисплея лежат характеристики отклика электрического поля молекул жидких кристаллов. Когда на электроды подается переменное напряжение, направление выравнивания молекул жидкого кристалла скручивается, изменяя прозрачность и, таким образом, контролируя яркость сегмента пера. Его стремление должно отвечать двум ключевым условиям:
Привод переменного тока. Молекулы жидких кристаллов чувствительны к постоянному напряжению, и длительное-применение может вызвать химическую деградацию. Поэтому необходимо использовать привод переменного тока, чтобы гарантировать, что среднее напряжение, приложенное к обоим концам ЖК-дисплея, равно 0.
Динамическое сканирование: при использовании метода сегментированного сканирования в любой момент времени допустимо только одно сканирование COM (общего электрода), а остальные COM находятся в недопустимом состоянии во избежание перекрестных помех. Например, ЖК-дисплей с 1/4 режимом работы (4 COM) должен обеспечивать многосегментное отображение за счет быстрого переключения сигналов COM.
Если взять в качестве примера ЖК-дисплей с сегментным кодом и рабочим напряжением 3,3 В, рабочим напряжением 1/4 и смещением 1/3, его пороговое напряжение управления составляет около 1,1 В (3,3 В/3). Когда напряжение на определенном сегменте ЖК-дисплея превышает 1,1 В, он отображается, а когда ниже 1,1 В, он выключается. Чтобы избежать ореолов (слабого отображения), необходимо убедиться, что разница напряжений во время отображения больше или равна 3,0 В и меньше или равна 1,0 В в выключенном состоянии.
2. Конструкция оборудования: прямой привод MCU и выбор выделенного контроллера.
1. Схема прямого привода выводов MCU.
Подходит для промышленных инструментов с меньшим количеством сегментов (например, 4 бита и 8 сегментов), он может значительно снизить затраты и площадь печатной платы. Возьмем в качестве примера MM32F031C6T6:
Конфигурация COM-порта: используйте режим высокого сопротивления GPIO, подключите резистор 47 кОм к конденсатору для каждого COM-порта и получите напряжение средней точки (1/2 VDD) после RC-фильтрации. Установите двухтактный выход во время сканирования, восстановление состояния высокого импеданса во время отсутствия сканирования.
Конфигурация порта SEG: использование двухтактного режима вывода, инвертирования или синфазности-с сигналом COM для управления дисплеем. Например, при сканировании COM, если необходимо отобразить SEG, он выводит инвертированное напряжение; Если его необходимо отключить, выведите то же фазное напряжение.
Схема делителя напряжения: для ЖК-дисплеев со смещением 1/3 необходимо использовать сеть резисторных делителей (например, комбинации резисторов 150К, 10К, 100К, 47К) для генерации напряжений 0,5 В, 2,5 В и 4,5 В, гарантируя, что COM-порт выдает напряжение средней точки 2,5 В в состоянии высокого сопротивления.
2. Специальное решение для ЖК-контроллера.
Для сложных приборов, таких как многострочные дисплеи и устройства управления подсветкой, рекомендуется использовать микроконтроллеры со встроенными-контроллерами ЖК-дисплея (например, серии Renesas RL78, RA4M1). К его преимуществам относятся:
Интегрированный дизайн: предоставляет такие модули, как регистры данных дисплея, управление тактовым сигналом, схемы повышения и т. д., сокращая количество периферийных компонентов.
Гибкая конфигурация: поддерживает несколько комбинаций режима работы (1/2, 1/3, 1/4 и т. д.) и смещения (1/2, 1/3, 1/4 и т. д.) для адаптации к различным характеристикам ЖК-дисплеев.
Оптимизация низкого энергопотребления: за счет остановки ненужных функций синхронизации (например, регистров OSMC) снижается энергопотребление и продлевается срок службы батареи.
3. Реализация программного обеспечения: алгоритм сканирования и управление дисплеем.
1. Алгоритм сканирования ядра
Отображение сегментного кода на ЖК-дисплее должно быть достигнуто путем сканирования по времени, и типичный процесс выглядит следующим образом:
Инициализация: настройте режим вывода MCU (состояние двухтактного-вытягивающего/высокого импеданса) и прерывание таймера (например, цикл 2 мс).
Функция сканирования: вызов функции сканирования в прерывании таймера, циклическое переключение сигнала COM и обновление данных SEG. Например, ЖК-дисплею с режимом 1/4 требуется 8 циклов вызова для завершения сканирования одного кадра (частота обновления 62,5 Гц).
Буферизация данных: используйте массив видеопамяти для хранения содержимого дисплея и преобразуйте числа/символы в коды сегментов посредством поиска в таблице (например, число «8», соответствующее 0x7F).
2. Оптимизация управления дисплеем
Регулировка контрастности. Отрегулируйте напряжение возбуждения, регулируя цепь делителя напряжения с резистором смещения или встроенную-схему повышения напряжения микроконтроллера (например, регистр Renesas VLCD).
Механизм защиты от разрывов: для ЖК-дисплеев с контактами TE (синхронный сигнал) импульсы TE захватываются через прерывания GPIO для достижения синхронизации между данными памяти и обновлением; При отсутствии контакта TE можно избежать разрыва экрана, запросив строку сканирования (например, команду GetScanline в ST7789).
Режим низкого энергопотребления: в спящем режиме все контакты COM/SEG выводятся на низкий уровень, а схема драйвера ЖК-дисплея отключается для снижения потребления тока.
4. Отраслевая практика: весь процесс от проектирования до массового производства.
1. Индивидуальный дизайн
Спрос на ЖК-дисплеи с сегментным кодом в промышленных приборах разнообразен и должен быть адаптирован в соответствии со сценариями применения.
Размер и количество сегментов. Если медицинскому оборудованию необходимо отображать данные о температуре, частоте сердечных сокращений и времени в пространстве размером 40 × 20 мм, требуется инновационная схема расположения электродов.
Цветной и оптический режим: Позитивный дисплей (черный фон с белым текстом) подходит для использования в помещении, а негативный дисплей (белый фон с черным текстом) улучшает читаемость вне помещения; Полупрозрачный и полуотражающий режимы совместимы как с контровым, так и с отраженным светом.
Экологическая адаптируемость. Надежность промышленного уровня обеспечивается посредством -теста на запуск при низкой-температуре при запуске-, испытания на старение при высокой температуре 85 градусов и испытания на непрерывное освещение в течение 2000 часов.
2. Производство и тестирование
Интеллектуальная производственная линия: благодаря двойной гарантии онлайн-обнаружения AOI и ручной повторной проверки, весь процесс от резки проводящего стекла ITO до запечатывания кристаллов автоматизирован.
Соответствие интегральных схем драйвера. При низких требованиях к-питанию выбирайте приводы со сверх-низким энергопотреблением (например, индивидуальные интегральные схемы драйверов от Xuda Electronics), чтобы продлить срок службы батареи.
Интеграция подсветки: для инструментов, которым требуется отображение в ночное время, интегрируйте модули электролюминесцентной или светодиодной подсветки и регулируйте яркость с помощью ШИМ-регулирования яркости (например, 1024-уровневое затемнение в Tesla Model 3).
