一, Principe de pilotage de l'écran LCD segmenté : réponse au champ électrique et balayage dynamique
Le cœur de l’écran LCD segmenté réside dans les caractéristiques de réponse au champ électrique des molécules de cristaux liquides. Lorsqu'une tension alternative est appliquée aux bornes des électrodes, la direction d'alignement des molécules de cristaux liquides se tord, modifiant la transparence et contrôlant ainsi la luminosité du segment du stylo. Son pilotage doit répondre à deux conditions essentielles :
Variateur CA : les molécules de cristaux liquides sont sensibles à la tension continue et-une application à long terme peut provoquer une dégradation chimique. Par conséquent, un variateur CA doit être utilisé pour garantir que la tension moyenne appliquée aux deux extrémités de l’écran LCD est de 0.
Balayage dynamique : en utilisant la méthode de balayage segmenté, un seul balayage COM (électrode commune) est valide à tout moment, et les COM restants sont dans un état invalide pour éviter les interférences croisées. Par exemple, un écran LCD 1/4 Duty (4 COM) doit obtenir un affichage multi-segments en commutant rapidement les signaux COM.
En prenant comme exemple un écran LCD à code segment avec une tension de fonctionnement de 3,3 V, 1/4 Duty et 1/3 Bias, sa tension de seuil de pilotage est d'environ 1,1 V (3,3 V/3). Lorsque la tension aux bornes d'un certain segment LCD est supérieure à 1,1 V, il s'affichera et lorsqu'elle sera inférieure à 1,1 V, il s'éteindra. Pour éviter les images fantômes (affichage faible), il est nécessaire de s'assurer que la différence de tension pendant l'affichage est supérieure ou égale à 3,0 V et inférieure ou égale à 1,0 V lorsqu'elle est éteinte.
2, conception matérielle : entraînement direct à broches MCU et sélection de contrôleur dédié
1. Schéma d'entraînement direct des broches MCU
Adapté aux instruments industriels comportant moins de segments (tels que 4 bits et 8 segments), il peut réduire considérablement les coûts et la surface du PCB. En prenant MM32F031C6T6 comme exemple :
Configuration du port COM : utilisez le mode GPIO haute impédance, connectez une résistance 47K à un condensateur pour chaque COM et obtenez la tension médiane (1/2 VDD) après filtrage RC. Réglé pour pousser-sortie pull pendant la numérisation, restaurer l'état de haute impédance pendant la non-analyse.
Configuration du port SEG : adoption du mode de sortie push-pull, inversé ou en-phase avec le signal COM pour contrôler l'affichage. Par exemple, lorsque COM scanne, si un SEG doit être affiché, il génère une tension inversée ; S'il doit être éteint, produisez la même tension de phase.
Circuit diviseur de tension : pour les écrans LCD à polarisation 1/3, un réseau diviseur de résistances (tel que des combinaisons de résistances 150K, 10K, 100K, 47K) doit être utilisé pour générer des tensions de 0,5V, 2,5V et 4,5V, garantissant que le port COM produit une tension médiane de 2,5V lorsqu'il est dans un état de résistance élevée.
2. Solution de contrôleur LCD dédiée
Pour les instruments complexes tels que les écrans multilignes et le contrôle du rétroéclairage, il est recommandé d'utiliser des microcontrôleurs avec-contrôleurs LCD intégrés (tels que Renesas RL78, série RA4M1). Ses avantages incluent :
Conception intégrée : fournit des modules tels que des registres de données d'affichage, un contrôle d'horloge, des circuits boost, etc., réduisant le nombre de composants périphériques.
Configuration flexible : prend en charge plusieurs combinaisons de Duty (1/2, 1/3, 1/4, etc.) et Bias (1/2, 1/3, 1/4, etc.) pour s'adapter aux différentes spécifications des écrans LCD.
Optimisation de faible consommation : en arrêtant les fonctions d'horloge inutiles (telles que les registres OSMC), la consommation d'énergie est réduite et la durée de vie de la batterie est prolongée.
3, mise en œuvre du logiciel : algorithme de numérisation et contrôle de l'affichage
1. Algorithme d'analyse de base
L'affichage du code de segment LCD doit être réalisé grâce à un balayage chronométré, et le processus typique est le suivant :
Initialisation : configurez le mode de broche MCU (état push-pull/haute impédance) et l'interruption de la minuterie (telle qu'un cycle de 2 ms).
Fonction de numérisation : appelez la fonction de numérisation dans l'interruption de la minuterie, commutez le signal COM de manière circulaire et mettez à jour les données SEG. Par exemple, un écran LCD 1/4 Duty nécessite 8 cycles d'appel pour effectuer un balayage d'image (taux de rafraîchissement de 62,5 Hz).
Mise en mémoire tampon des données : utilisez une matrice de mémoire vidéo pour stocker le contenu d'affichage et convertissez les nombres/caractères en codes de segment via une recherche dans une table (comme le nombre « 8 » correspondant à 0x7F).
2. Optimisation du contrôle d'affichage
Réglage du contraste : ajustez la tension de commande en ajustant le réseau diviseur de tension de la résistance de polarisation ou le circuit boost intégré au MCU - (tel que le registre Renesas VLCD).
Mécanisme anti-déchirure : pour les écrans LCD dotés de broches TE (signal synchrone), les impulsions TE sont capturées via des interruptions GPIO pour obtenir la synchronisation entre les données de la mémoire et le rafraîchissement ; Lorsqu'il n'y a pas de broche TE, l'écran peut être évité en interrogeant la ligne de numérisation (telle que la commande GetScanline dans ST7789).
Mode faible consommation : en mode veille, toutes les broches COM/SEG sont émises à un niveau faible et le circuit pilote LCD est éteint pour réduire la consommation de courant.
4, Pratique industrielle : l'ensemble du processus, de la conception à la production de masse
1. Conception personnalisée
La demande d'écrans LCD à code segment dans les instruments industriels est diversifiée et doit être personnalisée en fonction des scénarios d'application.
Taille et nombre de segments : si un équipement médical doit afficher des données de température, de fréquence cardiaque et de temps dans un espace de 40 mm × 20 mm, un schéma innovant de disposition des électrodes est nécessaire.
Mode couleur et optique : l'affichage positif (fond noir avec texte blanc) convient aux environnements intérieurs, tandis que l'affichage négatif (fond blanc avec texte noir) améliore la lisibilité en extérieur ; Le mode semi-transparent et semi-réfléchissant est compatible à la fois avec le rétroéclairage et la lumière réfléchie.
Adaptabilité environnementale : la fiabilité de qualité industrielle est assurée par un -test de démarrage à basse température de 40 degrés--, un test de vieillissement à haute température de 85 degrés et un test d'éclairage continu de 2 000 heures.
2. Production et tests
Ligne de production intelligente : adoptant une double garantie de détection AOI en ligne et de réinspection manuelle, l'ensemble du processus, depuis la découpe du verre conducteur ITO jusqu'au scellement des cristaux, est automatisé.
Correspondance des circuits intégrés de pilote : pour les besoins de faible-alimentation, choisissez des solutions de pilotage à très faible consommation- (telles que les circuits intégrés de pilote personnalisés de Xuda Electronics) pour prolonger la durée de vie de la batterie.
Intégration du rétroéclairage : pour les instruments nécessitant un affichage nocturne, intégrez des modules de rétroéclairage EL ou LED et ajustez la luminosité via la gradation PWM (comme la gradation de niveau 1024 de Tesla Model 3).
