一, Principio guida dell'LCD segmentato: risposta al campo elettrico e scansione dinamica
Il nucleo dell'LCD segmentato sono le caratteristiche di risposta al campo elettrico delle molecole di cristalli liquidi. Quando viene applicata una tensione alternata agli elettrodi, la direzione di allineamento delle molecole di cristalli liquidi si torce, modificando la trasparenza e controllando così la luminosità del segmento della penna. La sua guida deve soddisfare due condizioni chiave:
Azionamento CA: le molecole di cristalli liquidi sono sensibili alla tensione CC e l'applicazione a lungo-termine può causare un degrado chimico. Pertanto, è necessario utilizzare l'unità CA per garantire che la tensione media applicata a entrambe le estremità del display LCD sia 0.
Scansione dinamica: utilizzando il metodo di scansione segmentata, solo una scansione COM (elettrodo comune) è valida in qualsiasi momento e le restanti COM sono in uno stato non valido per evitare interferenze incrociate. Ad esempio, un LCD da 1/4 Duty (4 COM) deve ottenere una visualizzazione multisegmento commutando rapidamente i segnali COM.
Prendendo come esempio un LCD a codice di segmento con una tensione di funzionamento di 3,3 V, 1/4 Duty e 1/3 Bias, la sua tensione di soglia di pilotaggio è di circa 1,1 V (3,3 V/3). Quando la tensione su un determinato segmento LCD è superiore a 1,1 V, verrà visualizzato e quando è inferiore a 1,1 V, si spegnerà. Per evitare immagini fantasma (visualizzazione debole), è necessario assicurarsi che la differenza di tensione durante la visualizzazione sia maggiore o uguale a 3,0 V e inferiore o uguale a 1,0 V quando è spento.
2, progettazione hardware: azionamento diretto dei pin MCU e selezione del controller dedicato
1. Schema di azionamento diretto dei pin MCU
Adatto per strumenti industriali con meno segmenti (come 4 bit e 8 segmenti), può ridurre significativamente i costi e l'area del PCB. Prendendo come esempio MM32F031C6T6:
Configurazione della porta COM: utilizza la modalità GPIO ad alta impedenza, collega un resistore da 47K a un condensatore per ciascuna COM e ottieni la tensione del punto medio (1/2 VDD) dopo il filtraggio RC. Impostato su uscita push-pull durante la scansione, ripristina lo stato di alta impedenza durante la non scansione.
Configurazione della porta SEG: adozione della modalità di uscita push-pull, invertente o in-fase con il segnale COM per controllare il display. Ad esempio, quando COM esegue la scansione, se è necessario visualizzare un SEG, emette una tensione invertita; Se è necessario spegnerlo, emettere la stessa tensione di fase.
Circuito divisore di tensione: per gli LCD con polarizzazione da 1/3, è necessario utilizzare una rete divisore di resistori (come combinazioni di resistori da 150K, 10K, 100K, 47K) per generare tensioni di 0,5 V, 2,5 V e 4,5 V, garantendo che la porta COM emetta una tensione del punto medio di 2,5 V quando si trova in uno stato di resistenza elevata.
2. Soluzione di controllo LCD dedicata
Per strumenti complessi come display multilinea e controllo della retroilluminazione, si consiglia di utilizzare MCU con controller LCD integrati- (come Renesas RL78, serie RA4M1). I suoi vantaggi includono:
Design integrato: fornisce moduli come registri dati di visualizzazione, controllo orologio, circuiti boost, ecc., riducendo il numero di componenti periferici.
Configurazione flessibile: supporta molteplici combinazioni di Duty (1/2, 1/3, 1/4, ecc.) e Bias (1/2, 1/3, 1/4, ecc.) per adattarsi alle diverse specifiche degli LCD.
Ottimizzazione del basso consumo energetico: interrompendo le funzioni dell'orologio non necessarie (come i registri OSMC), il consumo energetico viene ridotto e la durata della batteria viene prolungata.
3, Implementazione software: algoritmo di scansione e controllo del display
1. Algoritmo di scansione del nucleo
La visualizzazione del codice del segmento LCD deve essere ottenuta tramite scansione temporizzata e il processo tipico è il seguente:
Inizializzazione: configura la modalità pin dell'MCU (stato push-pull/alta impedenza) e l'interruzione del timer (ad esempio ciclo di 2 ms).
Funzione di scansione: richiama la funzione di scansione nell'interruzione del timer, cambia il segnale COM circolarmente e aggiorna i dati SEG. Ad esempio, un LCD da 1/4 richiede 8 cicli di chiamate per completare la scansione di un fotogramma (frequenza di aggiornamento di 62,5 Hz).
Buffer dei dati: utilizza un array di memoria video per archiviare il contenuto visualizzato e convertire numeri/caratteri in codici di segmento tramite la ricerca nella tabella (come il numero "8" corrispondente a 0x7F).
2. Ottimizzazione del controllo del display
Regolazione del contrasto: regola la tensione di pilotaggio regolando la rete del divisore di tensione del resistore di polarizzazione o il circuito boost integrato nell'MCU- (come il registro VLCD di Renesas).
Meccanismo antistrappo: per gli LCD con pin TE (segnale sincrono), gli impulsi TE vengono catturati tramite interruzioni GPIO per ottenere la sincronizzazione tra i dati della memoria e l'aggiornamento; Quando non è presente alcun pin TE, è possibile evitare che lo schermo si strappi interrogando la linea di scansione (come il comando GetScanline in ST7789).
Modalità a basso consumo: in modalità di sospensione, tutti i pin COM/SEG vengono emessi a un livello basso e il circuito del driver LCD è spento per ridurre il consumo di corrente.
4, Pratica industriale: l'intero processo dalla progettazione alla produzione di massa
1. Progettazione personalizzata
La richiesta di LCD con codice di segmento negli strumenti industriali è diversificata e deve essere personalizzata in base agli scenari applicativi
Dimensioni e numero di segmenti: se le apparecchiature mediche devono visualizzare i dati di temperatura, frequenza cardiaca e tempo in uno spazio di 40 mm × 20 mm, è necessario uno schema innovativo di disposizione degli elettrodi.
Modalità ottica e a colori: il display positivo (sfondo nero con testo bianco) è adatto per ambienti interni, mentre il display negativo (sfondo bianco con testo nero) migliora la leggibilità all'aperto; La modalità semi trasparente e semi riflettente è compatibile sia con la retroilluminazione che con la luce riflessa.
Adattabilità ambientale: l'affidabilità di livello industriale è garantita dal test di avvio a -bassa temperatura-40 gradi-, dal test di invecchiamento ad alta temperatura da 85 gradi e dal test di illuminazione continua di 2000 ore.
2. Produzione e collaudo
Linea di produzione intelligente: adottando una doppia garanzia di rilevamento AOI online e di nuova ispezione manuale, l'intero processo dal taglio del vetro conduttivo ITO alla sigillatura dei cristalli è automatizzato.
Corrispondenza dei circuiti integrati dei driver: per requisiti di basso- consumo energetico, scegli soluzioni di azionamento a consumo ultra-basso (come i circuiti integrati dei driver personalizzati di Xuda Electronics) per prolungare la durata della batteria.
Integrazione della retroilluminazione: per gli strumenti che richiedono la visualizzazione notturna, integra moduli di retroilluminazione EL o LED e regola la luminosità tramite l'attenuazione PWM (come l'attenuazione del livello 1024 di Tesla Model 3).
