一, Nguyên lý điều khiển của LCD phân đoạn: phản ứng điện trường và quét động
Cốt lõi của LCD phân đoạn là đặc tính phản ứng điện trường của các phân tử tinh thể lỏng. Khi một điện áp xoay chiều được đặt vào các điện cực, hướng căn chỉnh của các phân tử tinh thể lỏng sẽ xoắn lại, làm thay đổi độ trong suốt và do đó kiểm soát độ sáng của đoạn bút. Ổ đĩa của nó cần phải đáp ứng hai điều kiện chính:
Ổ đĩa AC: Các phân tử tinh thể lỏng rất nhạy cảm với điện áp DC và việc sử dụng lâu dài-có thể gây ra suy thoái hóa học. Do đó, phải sử dụng ổ đĩa AC để đảm bảo điện áp trung bình đặt vào cả hai đầu của màn hình LCD là 0.
Quét động: Bằng cách sử dụng phương pháp quét phân đoạn, chỉ có một lần quét COM (điện cực chung) hợp lệ bất kỳ lúc nào và COM còn lại ở trạng thái không hợp lệ để tránh nhiễu chéo. Ví dụ: màn hình LCD 1/4 Duty (4 COM) cần đạt được màn hình đa phân đoạn bằng cách chuyển đổi nhanh tín hiệu COM.
Lấy màn hình LCD mã phân đoạn có điện áp làm việc là 3,3V, 1/4 Duty và 1/3 Bias làm ví dụ, điện áp ngưỡng điều khiển của nó là khoảng 1,1V (3,3V/3). Khi điện áp trên một đoạn LCD nhất định cao hơn 1,1V, nó sẽ hiển thị và khi thấp hơn 1,1V, nó sẽ tắt. Để tránh hiện tượng bóng ma (hiển thị yếu), cần đảm bảo chênh lệch điện áp trong quá trình hiển thị Lớn hơn hoặc bằng 3.0V và Nhỏ hơn hoặc bằng 1.0V khi tắt.
2, Thiết kế phần cứng: Ổ đĩa trực tiếp chân MCU và lựa chọn bộ điều khiển chuyên dụng
1. Sơ đồ truyền động trực tiếp chân MCU
Thích hợp cho các thiết bị công nghiệp có ít phân đoạn hơn (chẳng hạn như 4 bit và 8 phân đoạn), nó có thể giảm đáng kể chi phí và diện tích PCB. Lấy MM32F031C6T6 làm ví dụ:
Cấu hình cổng COM: Sử dụng chế độ trở kháng cao GPIO, kết nối điện trở 47K với tụ điện cho mỗi COM và lấy điện áp trung điểm (1/2 VDD) sau khi lọc RC. Đặt thành đầu ra đẩy{4}}kéo trong khi quét, khôi phục trạng thái trở kháng cao trong khi không quét.
Cấu hình cổng SEG: sử dụng chế độ đầu ra đẩy{0}}kéo, đảo ngược hoặc cùng pha với tín hiệu COM để điều khiển màn hình. Ví dụ: khi quét COM, nếu cần hiển thị SEG, nó sẽ tạo ra điện áp đảo ngược; Nếu cần tắt, hãy xuất ra cùng điện áp pha.
Mạch chia điện áp: Đối với màn hình LCD 1/3 Bias, mạng chia điện trở (chẳng hạn như các kết hợp điện trở 150K, 10K, 100K, 47K) cần được sử dụng để tạo ra điện áp 0,5V, 2,5V và 4,5V, đảm bảo rằng cổng COM xuất ra điện áp trung điểm 2,5V khi ở trạng thái điện trở cao.
2. Giải pháp điều khiển LCD chuyên dụng
Đối với các thiết bị phức tạp như màn hình nhiều dòng và điều khiển đèn nền, bạn nên sử dụng MCU có-bộ điều khiển LCD tích hợp (chẳng hạn như dòng Renesas RL78, RA4M1). Ưu điểm của nó bao gồm:
Thiết kế tích hợp: Cung cấp các module như thanh ghi dữ liệu hiển thị, điều khiển xung nhịp, mạch boost,… giúp giảm số lượng linh kiện ngoại vi.
Cấu hình linh hoạt: Hỗ trợ nhiều kết hợp Duty (1/2, 1/3, 1/4, v.v.) và Bias (1/2, 1/3, 1/4, v.v.) để thích ứng với các thông số kỹ thuật khác nhau của LCD.
Tối ưu hóa năng lượng thấp: Bằng cách dừng các chức năng đồng hồ không cần thiết (chẳng hạn như thanh ghi OSMC), mức tiêu thụ điện năng sẽ giảm và tuổi thọ pin được kéo dài.
3, Triển khai phần mềm: Thuật toán quét và điều khiển hiển thị
1. Thuật toán quét lõi
Việc hiển thị LCD mã phân đoạn cần phải đạt được thông qua quét theo thời gian và quy trình điển hình như sau:
Khởi tạo: Định cấu hình chế độ chân MCU (đẩy-trạng thái trở kháng cao) và ngắt hẹn giờ (chẳng hạn như chu kỳ 2 mili giây).
Chức năng quét: gọi chức năng quét trong ngắt hẹn giờ, chuyển đổi tín hiệu COM theo vòng tròn và cập nhật dữ liệu SEG. Ví dụ: Màn hình LCD 1/4 Duty yêu cầu 8 chu kỳ cuộc gọi để hoàn thành một lần quét khung hình (tốc độ làm mới 62,5Hz).
Bộ đệm dữ liệu: Sử dụng mảng bộ nhớ video để lưu trữ nội dung hiển thị và chuyển đổi số/ký tự thành mã phân đoạn thông qua tra cứu bảng (chẳng hạn như số “8” tương ứng với 0x7F).
2. Tối ưu hóa điều khiển hiển thị
Điều chỉnh độ tương phản: Điều chỉnh điện áp điều khiển bằng cách điều chỉnh mạng chia điện áp điện trở Bias hoặc mạch tăng áp tích hợp-MCU (chẳng hạn như thanh ghi VLCD của Renesas).
Cơ chế chống xé: Đối với LCD có chân TE (tín hiệu đồng bộ), các xung TE được bắt qua các ngắt GPIO để đạt được sự đồng bộ giữa dữ liệu bộ nhớ và làm mới; Khi không có chân TE, màn hình có thể tránh bị rách bằng cách truy vấn dòng quét (chẳng hạn như lệnh GetScanline trong ST7789).
Chế độ nguồn điện thấp: Ở chế độ ngủ, tất cả các chân COM/SEG đều xuất ra ở mức thấp và mạch điều khiển LCD bị tắt để giảm mức tiêu thụ dòng điện.
4, Thực hành ngành: Toàn bộ quá trình từ thiết kế đến sản xuất hàng loạt
1. Thiết kế tùy chỉnh
Nhu cầu về LCD mã phân đoạn trong các thiết bị công nghiệp rất đa dạng và cần được tùy chỉnh theo các kịch bản ứng dụng
Kích thước và số lượng phân đoạn: Nếu thiết bị y tế cần hiển thị dữ liệu nhiệt độ, nhịp tim và thời gian trong không gian 40mm × 20 mm thì cần phải có sơ đồ bố trí điện cực cải tiến.
Chế độ màu và quang học: Màn hình dương (nền đen chữ trắng) phù hợp với môi trường trong nhà, trong khi màn hình âm bản (nền trắng chữ đen) giúp tăng cường khả năng đọc ngoài trời; Chế độ bán trong suốt và bán phản chiếu tương thích với cả ánh sáng nền và ánh sáng phản chiếu.
Khả năng thích ứng với môi trường: Độ tin cậy cấp công nghiệp được đảm bảo thông qua thử nghiệm khởi động ở nhiệt độ -thấp-40 độ-, thử nghiệm lão hóa ở nhiệt độ cao 85 độ và thử nghiệm chiếu sáng liên tục trong 2000 giờ.
2. Sản xuất và thử nghiệm
Dây chuyền sản xuất thông minh: Áp dụng đảm bảo kép về phát hiện AOI trực tuyến và kiểm tra lại thủ công, toàn bộ quy trình từ cắt kính dẫn điện ITO đến hàn kín tinh thể đều được tự động hóa.
So khớp IC trình điều khiển: Đối với các yêu cầu về-nguồn điện thấp, hãy chọn các giải pháp ổ đĩa có công suất cực thấp (chẳng hạn như IC trình điều khiển tùy chỉnh của Xuda Electronics) để kéo dài tuổi thọ pin.
Tích hợp đèn nền: Đối với các thiết bị yêu cầu hiển thị vào ban đêm, hãy tích hợp các mô-đun đèn nền EL hoặc LED và điều chỉnh độ sáng thông qua việc làm mờ mức độ xung lực xung lực (chẳng hạn như làm mờ mức 1024 của Tesla Model 3).
