一, Aandrijfprincipe van gesegmenteerd LCD: elektrische veldrespons en dynamisch scannen
De kern van gesegmenteerde LCD zijn de elektrische veldresponskarakteristieken van vloeibare kristalmoleculen. Wanneer er een wisselspanning over de elektroden wordt aangelegd, verdraait de uitlijningsrichting van de vloeibare kristalmoleculen, waardoor de transparantie verandert en zo de helderheid van het pensegment wordt geregeld. De aandrijving moet aan twee belangrijke voorwaarden voldoen:
Wisselstroomaandrijving: vloeibare kristalmoleculen zijn gevoelig voor gelijkspanning en langdurige toepassing-kan chemische degradatie veroorzaken. Daarom moet een AC-aandrijving worden gebruikt om ervoor te zorgen dat de gemiddelde spanning die op beide uiteinden van het LCD-scherm wordt toegepast, 0 is.
Dynamisch scannen: Door gebruik te maken van de gesegmenteerde scanmethode is er op elk moment slechts één COM-scan (gemeenschappelijke elektrode) geldig en bevinden de overige COM zich in een ongeldige status om kruisinterferentie te voorkomen. Een 1/4 Duty (4 COM) LCD moet bijvoorbeeld een weergave van meerdere segmenten bereiken door snel COM-signalen te schakelen.
Als we een segmentcode-LCD nemen met een werkspanning van 3,3 V, 1/4 Duty en 1/3 Bias als voorbeeld, bedraagt de stuurdrempelspanning ongeveer 1,1 V (3,3 V/3). Wanneer de spanning over een bepaald LCD-segment hoger is dan 1,1 V, wordt dit weergegeven, en wanneer deze lager is dan 1,1 V, wordt deze uitgeschakeld. Om nevenbeelden (zwakke weergave) te voorkomen, moet u ervoor zorgen dat het spanningsverschil tijdens de weergave groter dan of gelijk is aan 3,0 V en kleiner dan of gelijk aan 1,0 V wanneer uitgeschakeld.
2, Hardware-ontwerp: MCU-pin directe aandrijving en speciale controllerselectie
1. MCU-pin-direct-drive-schema
Het is geschikt voor industriële instrumenten met minder segmenten (zoals 4 bits en 8 segmenten) en kan de kosten en het PCB-oppervlak aanzienlijk verlagen. Neem MM32F031C6T6 als voorbeeld:
COM-poortconfiguratie: Gebruik de GPIO-modus met hoge impedantie, sluit een 47K-weerstand aan op een condensator voor elke COM en verkrijg de middelpuntspanning (1/2 VDD) na RC-filtering. Ingesteld op push-pull-uitvoer tijdens scannen, herstel van hoge impedantiestatus tijdens niet-scannen.
SEG-poortconfiguratie: gebruik van push-pull-uitvoermodus, inverteren of in-fase met COM-signaal om het display te besturen. Als COM bijvoorbeeld scant en er een SEG moet worden weergegeven, wordt er een omgekeerde spanning uitgevoerd; Als het moet worden uitgeschakeld, voert u dezelfde fasespanning uit.
Spanningsdelercircuit: Voor 1/3 Bias LCD's moet een weerstandsdelernetwerk (zoals 150K, 10K, 100K, 47K weerstandscombinaties) worden gebruikt om spanningen van 0,5V, 2,5V en 4,5V te genereren, zodat de COM-poort een middelpuntspanning van 2,5V afgeeft wanneer deze zich in een hoge weerstandstoestand bevindt.
2. Speciale LCD-controlleroplossing
Voor complexe instrumenten zoals meerregelige displays en achtergrondverlichting wordt aanbevolen om MCU's te gebruiken met ingebouwde-in LCD-controllers (zoals Renesas RL78, RA4M1-serie). De voordelen zijn onder meer:
Geïntegreerd ontwerp: Biedt modules zoals displaydataregisters, klokbesturing, boostcircuits, enz., waardoor het aantal randcomponenten wordt verminderd.
Flexibele configuratie: Ondersteunt meerdere combinaties van Duty (1/2, 1/3, 1/4, etc.) en Bias (1/2, 1/3, 1/4, etc.) om aan te passen aan verschillende specificaties van LCD's.
Optimalisatie van laag energieverbruik: Door onnodige klokfuncties (zoals OSMC-registers) te stoppen, wordt het stroomverbruik verminderd en wordt de levensduur van de batterij verlengd.
3, Software-implementatie: scanalgoritme en weergavecontrole
1. Kernscanalgoritme
De weergave van een segmentcode-LCD moet worden bereikt door middel van getimed scannen, en het typische proces is als volgt:
Initialisatie: Configureer de MCU-pinmodus (push-pull/high impedance state) en timer-interrupt (zoals een cyclus van 2 ms).
Scanfunctie: roep de scanfunctie op in de timer-interrupt, schakel het COM-signaal circulair om en update de SEG-gegevens. Een 1/4 Duty LCD heeft bijvoorbeeld 8 oproepcycli nodig om één framescan te voltooien (vernieuwingsfrequentie van 62,5 Hz).
Gegevensbuffering: gebruik een videogeheugenarray om weergave-inhoud op te slaan en converteer cijfers/tekens naar segmentcodes via het opzoeken van tabellen (zoals het getal "8" dat overeenkomt met 0x7F).
2. Optimalisatie van de weergavecontrole
Contrastaanpassing: Pas de aandrijfspanning aan door het spanningsdelernetwerk van de bias-weerstand of het ingebouwde -boostcircuit van de MCU (zoals het Renesas VLCD-register) aan te passen.
Anti-scheurmechanisme: voor LCD's met TE-pinnen (synchronous signal) worden TE-pulsen opgevangen via GPIO-interrupts om synchronisatie tussen geheugengegevens en vernieuwing te bereiken; Als er geen TE-pin is, kan worden voorkomen dat het scherm scheurt door de scanregel op te vragen (zoals de opdracht GetScanline in ST7789).
Energiebesparende modus: In de slaapmodus worden alle COM/SEG-pinnen op een laag niveau uitgevoerd en wordt het LCD-stuurcircuit uitgeschakeld om het stroomverbruik te verminderen.
4, Industriepraktijk: het hele proces van ontwerp tot massaproductie
1. Aangepast ontwerp
De vraag naar segmentcode-LCD's in industriële instrumenten is divers en moet worden aangepast aan de toepassingsscenario's
Grootte en aantal segmenten: Als medische apparatuur temperatuur-, hartslag- en tijdgegevens moet weergeven in een ruimte van 40 mm x 20 mm, is een innovatief elektrode-opstellingsschema vereist.
Kleur- en optische modus: Positieve weergave (zwarte achtergrond met witte tekst) is geschikt voor binnenomgevingen, terwijl negatieve weergave (witte achtergrond met zwarte tekst) de leesbaarheid buitenshuis verbetert; De semi-transparante en semi-reflecterende modus is compatibel met zowel tegenlicht als gereflecteerd licht.
Aanpassingsvermogen aan de omgeving: betrouwbaarheid van industriële kwaliteit wordt gegarandeerd door een -starttest bij een lage-temperatuur- bij 40 graden, een verouderingstest bij een hoge temperatuur van 85 graden en een continue verlichtingstest van 2000 uur.
2. Productie en testen
Intelligente productielijn: Door gebruik te maken van een dubbele garantie van online AOI-detectie en handmatige herinspectie, is het hele proces van ITO-geleidend glassnijden tot kristalafdichting geautomatiseerd.
Matching van stuurprogramma-IC's: kies voor lage-stroomvereisten ultra- aandrijfoplossingen met laag vermogen (zoals aangepaste stuurprogramma-IC's van Xuda Electronics) om de levensduur van de batterij te verlengen.
Integratie van achtergrondverlichting: Voor instrumenten die nachtelijke weergave vereisen, kunt u EL- of LED-achtergrondverlichtingsmodules integreren en de helderheid aanpassen via PWM-dimmen (zoals het dimmen van Tesla Model 3 op 1024 niveaus).
