一, Antriebsprinzip des segmentierten LCD: elektrische Feldreaktion und dynamisches Scannen
Der Kern segmentierter LCDs sind die elektrischen Feldreaktionseigenschaften von Flüssigkristallmolekülen. Wenn an die Elektroden eine Wechselspannung angelegt wird, verdreht sich die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, wodurch sich die Transparenz ändert und somit die Helligkeit des Stiftsegments gesteuert wird. Sein Antrieb muss zwei wesentliche Bedingungen erfüllen:
Wechselstromantrieb: Flüssigkristallmoleküle reagieren empfindlich auf Gleichspannung und eine langfristige Anwendung kann zu chemischem Abbau führen. Daher muss ein Wechselstromantrieb verwendet werden, um sicherzustellen, dass die an beiden Enden des LCD angelegte durchschnittliche Spannung 0 beträgt.
Dynamisches Scannen: Durch die Verwendung der segmentierten Scanmethode ist jeweils nur ein COM-Scan (gemeinsame Elektrode) gültig und die übrigen COM befinden sich in einem ungültigen Zustand, um Querinterferenzen zu vermeiden. Beispielsweise muss ein 1/4-Zoll-LCD (4 COM) eine Mehrsegmentanzeige durch schnelles Umschalten der COM-Signale erreichen.
Nimmt man als Beispiel ein Segmentcode-LCD mit einer Arbeitsspannung von 3,3 V, 1/4 Duty und 1/3 Bias, beträgt seine Ansteuerschwellenspannung etwa 1,1 V (3,3 V/3). Wenn die Spannung an einem bestimmten LCD-Segment höher als 1,1 V ist, wird es angezeigt, und wenn sie niedriger als 1,1 V ist, wird es ausgeschaltet. Um Geisterbilder (schwache Anzeige) zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass die Spannungsdifferenz während der Anzeige größer oder gleich 3,0 V und kleiner oder gleich 1,0 V im ausgeschalteten Zustand ist.
2, Hardware-Design: MCU-Pin-Direktantrieb und dedizierte Controller-Auswahl
1. MCU-Pin-Direktantriebsschema
Geeignet für Industrieinstrumente mit weniger Segmenten (z. B. 4 Bits und 8 Segmente) und kann die Kosten und die Leiterplattenfläche erheblich reduzieren. Am Beispiel von MM32F031C6T6:
COM-Port-Konfiguration: Verwenden Sie den GPIO-Hochimpedanzmodus, schließen Sie einen 47K-Widerstand an einen Kondensator für jeden COM an und erhalten Sie die Mittelpunktspannung (1/2 VDD) nach der RC-Filterung. Stellen Sie den Push--Pull-Ausgang während des Scannens ein und stellen Sie den Zustand hoher Impedanz während des Nicht-Scannens wieder her.
SEG-Port-Konfiguration: Verwendung des Push{0}}Pull-Ausgabemodus, invertierend oder in-Phase mit dem COM-Signal zur Steuerung der Anzeige. Wenn beispielsweise COM scannt und ein SEG angezeigt werden muss, wird eine invertierte Spannung ausgegeben. Wenn es ausgeschaltet werden muss, geben Sie die gleiche Phasenspannung aus.
Spannungsteilerschaltung: Für LCDs mit 1/3 Vorspannung muss ein Widerstandsteilernetzwerk (z. B. Widerstandskombinationen mit 150 K, 10 K, 100 K, 47 K) verwendet werden, um Spannungen von 0,5 V, 2,5 V und 4,5 V zu erzeugen, um sicherzustellen, dass der COM-Port im hochohmigen Zustand eine Mittelpunktspannung von 2,5 V ausgibt.
2. Dedizierte LCD-Controller-Lösung
Für komplexe Instrumente wie mehrzeilige Displays und Hintergrundbeleuchtungssteuerung wird empfohlen, MCUs mit integrierten LCD-Controllern zu verwenden (z. B. Renesas RL78, RA4M1-Serie). Zu seinen Vorteilen gehören:
Integriertes Design: Bietet Module wie Anzeigedatenregister, Taktsteuerung, Boost-Schaltkreise usw. und reduziert so die Anzahl der Peripheriekomponenten.
Flexible Konfiguration: Unterstützt mehrere Kombinationen von Duty (1/2, 1/3, 1/4 usw.) und Bias (1/2, 1/3, 1/4 usw.) zur Anpassung an unterschiedliche Spezifikationen von LCDs.
Optimierung des geringen Stromverbrauchs: Durch das Stoppen unnötiger Taktfunktionen (z. B. OSMC-Register) wird der Stromverbrauch reduziert und die Batterielebensdauer verlängert.
3, Software-Implementierung: Scan-Algorithmus und Anzeigesteuerung
1. Kern-Scan-Algorithmus
Die Anzeige des Segmentcode-LCD muss durch zeitgesteuertes Scannen erfolgen. Der typische Prozess ist wie folgt:
Initialisierung: Konfigurieren Sie den MCU-Pin-Modus (Push-Pull/Hochimpedanz-Zustand) und den Timer-Interrupt (z. B. 2-ms-Zyklus).
Scanfunktion: Rufen Sie die Scanfunktion im Timer-Interrupt auf, schalten Sie das COM-Signal zirkulär um und aktualisieren Sie die SEG-Daten. Beispielsweise benötigt ein 1/4-Zoll-LCD 8 Aufrufzyklen, um einen Bildscan abzuschließen (Bildwiederholfrequenz 62,5 Hz).
Datenpufferung: Verwenden Sie ein Videospeicher-Array zum Speichern von Anzeigeinhalten und konvertieren Sie Zahlen/Zeichen durch Tabellensuche in Segmentcodes (z. B. die Zahl „8“, die 0x7F entspricht).
2. Optimierung der Anzeigesteuerung
Kontrasteinstellung: Passen Sie die Antriebsspannung an, indem Sie das Spannungsteilernetzwerk mit Vorspannungswiderstand oder den in die MCU integrierten Boost-Schaltkreis (z. B. Renesas VLCD-Register) anpassen.
Anti-Tear-Mechanismus: Bei LCDs mit TE-Pins (Synchronsignal) werden TE-Impulse über GPIO-Interrupts erfasst, um eine Synchronisierung zwischen Speicherdaten und Aktualisierung zu erreichen; Wenn kein TE-Pin vorhanden ist, kann verhindert werden, dass der Bildschirm reißt, indem die Scanlinie abgefragt wird (z. B. der Befehl „GetScanline“ in ST7789).
Energiesparmodus: Im Ruhemodus werden alle COM/SEG-Pins auf einem niedrigen Pegel ausgegeben und die LCD-Treiberschaltung wird ausgeschaltet, um den Stromverbrauch zu reduzieren.
4, Industriepraxis: Der gesamte Prozess vom Design bis zur Massenproduktion
1. Kundenspezifisches Design
Die Nachfrage nach Segmentcode-LCDs in Industrieinstrumenten ist vielfältig und muss je nach Anwendungsszenario angepasst werden
Größe und Anzahl der Segmente: Wenn medizinische Geräte Temperatur-, Herzfrequenz- und Zeitdaten auf einer Fläche von 40 mm × 20 mm anzeigen müssen, ist ein innovatives Elektrodenanordnungsschema erforderlich.
Farb- und optischer Modus: Die positive Anzeige (schwarzer Hintergrund mit weißem Text) eignet sich für Innenräume, während die negative Anzeige (weißer Hintergrund mit schwarzem Text) die Lesbarkeit im Freien verbessert. Der halbtransparente und halbreflektierende Modus ist sowohl mit Hintergrundbeleuchtung als auch mit reflektiertem Licht kompatibel.
Umweltverträglichkeit: Die Zuverlässigkeit auf Industrieniveau wird durch einen -40-Grad-Niedrigtemperatur--Starttest-, einen 85-Grad-Hochtemperatur-Alterungstest und einen 2000-Stunden-Dauerbeleuchtungstest gewährleistet.
2. Produktion und Prüfung
Intelligente Produktionslinie: Durch die doppelte Garantie der Online-AOI-Erkennung und der manuellen erneuten Inspektion wird der gesamte Prozess vom ITO-leitenden Glasschneiden bis zur Kristallversiegelung automatisiert.
Treiber-IC-Anpassung: Wählen Sie bei geringem{0}Leistungsbedarf Antriebslösungen mit extrem geringem-Stromverbrauch (z. B. kundenspezifische Treiber-ICs von Xuda Electronics), um die Batterielebensdauer zu verlängern.
Integration der Hintergrundbeleuchtung: Integrieren Sie für Instrumente, die eine Nachtanzeige erfordern, EL- oder LED-Hintergrundbeleuchtungsmodule und passen Sie die Helligkeit durch PWM-Dimmung an (z. B. die 1024-Stufen-Dimmung des Tesla Model 3).
