一, Osnove tehničnega sodelovanja: vozne lastnosti in zahteve za obdelavo analognih signalov pokvarjenega LCD-ja
1. Pogonsko bistvo LCD-ja z zlomljeno kodo: nadzor električnega polja AC
Vsak segment zaslona LCD z zlomljeno kodo je sestavljen iz prozornih elektrod, njegov princip delovanja pa temelji na značilnostih odziva električnega polja molekul tekočih kristalov: ko se uporabi določena frekvenca in amplituda električnega polja AC, se spremeni razporeditev molekul tekočih kristalov in prepustnost svetlobe se ustrezno spremeni, s čimer se doseže prikaz. Ta lastnost nalaga stroge zahteve za vozni signal:
Razpon napetosti: običajno 3 V do 5 V (tip TN) ali več (tip STN zahteva 10 V ali več);
Frekvenčna zahteva: tipična pogonska frekvenca je 32 Hz do 256 Hz, da se izognete komponentam enosmernega toka, ki povzročajo elektrokemično razgradnjo tekočih kristalov;
Simetrija valovne oblike: amplituda pozitivnih in negativnih impulzov mora biti popolnoma enaka, da se zagotovi, da je neto enosmerni predsodek enak nič.
2. Osnovna naloga analogne obdelave signalov
Vezje za obdelavo analognega signala mora opraviti tri glavne funkcije:
Kondicioniranje signala: Ojačajte šibek signal, ki ga oddaja senzor (kot je signal termočlena na ravni mV) na obseg napetosti, potreben za pogon LCD-ja;
Dušenje hrupa: Odstranite motnje močne frekvence (50Hz/60Hz) ali visoko{2}}frekvenčni hrup s filtrirnimi vezji;
Pretvorba ravni: Pretvorite ne-standardne signale (kot so industrijski signali 0–10 V) v logične ravni, ki jih prepoznajo gonilni čipi LCD.
2, Oblikovanje vezja ključa: Celotna veriga signalov od senzorja do LCD-ja
1. Vezje za pridobivanje in ojačanje signala
Če za primer vzamemo sistem za merjenje temperature, je tipična signalna veriga naslednja:
Vmesnik senzorja: platinasti upor PT100 je povezan s tokokrogom vira stalnega toka prek trižičnega sistema, da se odpravijo napake upora kabla;
Instrumentalni ojačevalnik: uporaba nizko{0}}hrupnih operacijskih ojačevalnikov, kot je AD620, za ojačanje majhnih sprememb napetosti (kot je 0–100 mV, ki ustreza 0–100 stopinjam) na 0–5 V;
Antialiasing filtriranje: Butterworthov nizkoprepustni-filter drugega-reda (izklopna-frekvenca 10 Hz) zavira visoko-frekvenčni šum in se izogiba vzorčenju vzdevkov.
2. Analogno digitalna pretvorba in logična obdelava
Izbira ADC: 12-bitni ADC tipa SAR (kot je ADS7841) zagotavlja zadostno ločljivost za pretvorbo analognih signalov v digitalne količine;
Obdelava mikrokrmilnika: STM32F103 in drugi mikrokontrolerji pretvarjajo vrednosti temperature v kode gonilnika LCD z metodo iskalne tabele, hkrati pa izvajajo funkcije, kot so alarmi za prekoračitev mejnih vrednosti;
Vir referenčne napetosti: Natančni referenčni viri, kot je ADR434, zagotavljajo referenčno napetost 4,096 V, da zagotovijo natančnost pretvorbe ADC.
3. Generiranje signala gonilnika LCD
Specializiran gonilniški čip: HT1621 in drugi gonilniški IC-ji vključujejo polnilne črpalke, ki lahko povečajo logično napetost 3,3 V na 15 V za pogon LCD tipa STN;
Generiranje komunikacijske valovne oblike: komplementarni signali PWM se oddajajo prek časovnikov MCU, kvadratni valovi z zahtevano frekvenco in delovnim ciklom pa se sintetizirajo z notranjo logiko pogonskega čipa;
Skeniranje hrbtne plošče: gonilniški čip aktivira terminal COM na način-delitve časa in sodeluje s signalom terminala SEG, da doseže večbitni prikaz.
4. Vezje za upravljanje napajanja
Zasnova večnapetostne domene: LDO (kot je AM11117-3.3) zagotavlja 3,3 V digitalno napajanje, polnilna črpalka (kot je SGM3209) ustvarja -5 V prednapetost hrbtne plošče;
Gonilnik za osvetlitev ozadja: Ojačevalno vezje (kot je AP3603) poveča vhod 5 V na 18 V za pogon osvetlitve LED ozadja, podpira zatemnitev PWM za zmanjšanje porabe energije.
3, Tipični scenariji uporabe: Praktični primeri industrijskih instrumentov in medicinske opreme
1. Industrijski tlačni oddajnik
Signalna veriga: piezorezistivni senzor → instrumentacijski ojačevalnik → 24 bit Δ - ∑ ADC → MCU → gonilnik LCD;
Ključna zasnova:
Uporaba tokovne zanke 4-20mA za prenos signalov in izboljšanje zmogljivosti proti motnjam;
Gonilniški čip ima vgrajen-vezje za temperaturno kompenzacijo za odpravo vpliva temperaturnih sprememb na odzivne lastnosti tekočega kristala;
Izvedite digitalno filtriranje s programsko opremo (kot je algoritem drsečega povprečja), da dodatno izboljšate stabilnost prikaza.
2. Prenosni elektronski merilnik krvnega tlaka
Signalna veriga: piezoelektrični senzor → ojačevalnik naboja → pasovni filter (0,5-5Hz) → ADC → MCU → gonilnik LCD;
Ključna zasnova:
Uporaba arhitekture dvojnega operacijskega ojačevalnika (kot je OPA2350) za doseganje pretvorbe polnilne napetosti in izboljšanje razmerja-in-šumom;
Gonilniški čip podpira delne načine prikaza, pri čemer aktivira samo segmente, povezane s krvnim tlakom, da zmanjša porabo energije;
Integrirano nadzorno vezje za preprečevanje zrušitev sistema in nenormalnosti prikaza.
4, Tehnični izzivi in rešitve
1. Prikaz zakasnitve odziva v okolju z nizko-temperaturo
Težava: viskoznost tekočega kristala se povečuje z nižanjem temperature, kar ima za posledico daljši odzivni čas;
rešitev:
Gonilniški čip zagotavlja funkcijo prekomerne vožnje, pri čemer uporabi kratkotrajno visoko napetost za pospešitev poravnave tekočih kristalov med preklapljanjem zaslona;
Z uporabo tekočih kristalnih materialov s široko temperaturo (kot je tip VA) je območje delovne temperature razširjeno na -40 stopinj do +85 stopinj.
2. Prikaz popačenih znakov zaradi elektromagnetnih motenj
Težava: hrup, ki ga ustvarjajo stikalni napajalniki ali motorji, vstopi v signalno linijo skozi prostorsko sklopitev;
rešitev:
Diode TVS (kot je SMAJ5.0A) postavite blizu priključka LCD, da absorbirate prehodno visoko napetost;
Uporaba magnetnih kroglic (kot je BLM18PG121SN1) za izolacijo digitalnih in analognih napajalnikov;
Linija ključnega signala (kot je terminal SEG) je zaporedno povezana z uporom 22 Ω, da tvori nizkopasovni-filter RC.
3. Optimizacija zasnove z nizko porabo energije
Težava: prenosne naprave zahtevajo dolgo-delovanje in so občutljive na porabo energije;
rešitev:
Gonilniški čip podpira način mirovanja, statični tok pa se lahko zmanjša pod 1 μA;
Sprejetje odsevnega LCD-ja (osvetlitev ozadja ni potrebna) v kombinaciji s senzorjem okoljske svetlobe za doseganje samodejnega nadzora osvetlitve ozadja;
MCU vstopi v način zaustavitve in posodablja podatke samo prek časovnega bujenja RTC-.
