一, Tehnilise koostöö alused: katkise LCD juhtimisomadused ja analoogsignaali töötlemise nõuded
1. Katkise koodiga LCD-ekraani juhtelement: vahelduvvoolu elektrivälja juhtimine
Katkise koodiga LCD-ekraani iga kuvasegment koosneb läbipaistvatest elektroodidest ja selle tööpõhimõte põhineb vedelkristalli molekulide elektrivälja reageerimisomadustel: vahelduvvoolu elektrivälja kindla sageduse ja amplituudi rakendamisel muutub vedelkristalli molekulide paigutus ja vastavalt muutub valguse läbilaskvus, saavutades seeläbi kuva. See omadus seab sõidusignaalile ranged nõuded:
Pingevahemik: tavaliselt 3 V kuni 5 V (TN tüüp) või kõrgem (STN tüüp nõuab 10 V või rohkem);
Sagedusnõue: tüüpiline sõidusagedus on 32 Hz kuni 256 Hz, et vältida vedelkristallide elektrokeemilist lagunemist põhjustavaid alalisvoolukomponente;
Lainekuju sümmeetria: positiivsete ja negatiivsete impulsside amplituud peab olema rangelt võrdne tagamaks, et alalisvoolu nihe on null.
2. Analoogsignaali töötlemise põhiülesanne
Analoogsignaali töötlemise ahel peab täitma kolm peamist funktsiooni:
Signaali konditsioneerimine: võimendage anduri nõrka signaali väljundit (nt mV tasemel termopaari signaal) pingevahemikku, mis on vajalik vedelkristallekraani juhtimiseks;
Mürasummutus: kõrvaldage voolusageduslikud häired (50 Hz/60 Hz) või kõrgsageduslik{2}müra läbi filtreerimisahelate;
Taseme teisendamine: teisendage mitte-standardsed signaalid (nt 0–10 V tööstuslikud signaalid) loogikatasemeteks, mis on äratuntavad LCD-draiveri kiipide abil.
2, võtmeahela kujundus: täielik signaaliahel andurist LCD-ekraanile
1. Signaali omandamise ja võimendamise ahel
Võttes näitena temperatuuri mõõtmise süsteemi, on tüüpiline signaaliahel järgmine:
Anduri liides: PT100 plaatinatakisti on ühendatud püsivooluallika ahelaga läbi kolmejuhtmelise süsteemi, et kõrvaldada juhtmetakistuse vead;
Instrumendi võimendi: madala-müratasemega operatsioonivõimendite (nt AD620) kasutamine väikeste pingemuutuste (nt 0–100 mV, mis vastab 0–100 kraadile) võimendamiseks 0–5 V-ni;
Antialiase filtreerimine: teise -järjekorra Butterworthi madalpääs-filter (lõpp
2. Analoog-digitaal teisendamine ja loogikatöötlus
ADC-valik: 12-bitine SAR-tüüpi ADC (näiteks ADS7841) tagab piisava eraldusvõime analoogsignaalide digitaalseteks suurusteks teisendamiseks;
Mikrokontrolleri töötlemine: STM32F103 ja teised MCU-d teisendavad temperatuuri väärtused LCD-draiveri koodideks otsingutabeli meetodi abil, rakendades samal ajal ka selliseid funktsioone nagu ülepiirihäireid;
Võrdluspinge allikas: Täpsed võrdlusallikad, nagu ADR434, pakuvad ADC muundamise täpsuse tagamiseks võrdluspinget 4,096 V.
3. LCD draiveri signaali genereerimine
Spetsiaalne draiveri kiip: HT1621 ja muud draiveri IC-d integreerivad laadimispumbad, mis võivad STN-tüüpi LCD-ekraani juhtimiseks tõsta 3,3 V loogikapinget 15 V-ni;
Side lainekuju genereerimine: täiendavad PWM-signaalid väljastatakse MCU taimerite kaudu ning vajaliku sageduse ja töötsükliga ruutlained sünteesitakse juhtimiskiibi sisemise loogika abil;
Taustaplaadi skannimine: draiveri kiip aktiveerib COM-terminali ajajaotusega{0}} ja teeb mitmebitise kuva saavutamiseks koostööd SEG-terminali signaaliga.
4. Toitehaldusahel
Mitme pingega domeeni disain: LDO (nt AM11117-3.3) pakub 3,3 V digitaalset toiteallikat ja laadimispump (nt SGM3209) genereerib -5 V tagaplaadi eelpinge;
Taustvalgustuse draiver: võimendusahel (nt AP3603) suurendab 5 V sisendit 18 V-ni, et juhtida LED-taustvalgustust, toetades energiatarbimise vähendamiseks PWM-hämardamist.
3, Tüüpilised kasutusstsenaariumid: tööstuslike instrumentide ja meditsiiniseadmete praktilised juhtumid
1. Tööstuslik rõhuandur
Signaaliahel: piezoresistiivne andur → mõõteriistade võimendi → 24-bitine Δ - ∑ ADC → MCU → LCD draiver;
Võtmekujundus:
4-20 mA vooluahela kasutamine signaalide edastamiseks ja häiretevastaste võimete parandamiseks;
Draiveri kiibil on sisseehitatud-temperatuuri kompensatsiooniahel, et välistada temperatuurimuutuste mõju vedelkristalli reageerimisomadustele;
Rakendage digitaalset filtreerimist tarkvara (nt libiseva keskmise algoritmi) kaudu, et ekraani stabiilsust veelgi parandada.
2. Kaasaskantav elektrooniline vererõhuaparaat
Signaaliahel: piesoelektriline andur → laenguvõimendi → ribapääsfilter (0,5-5Hz) → ADC → MCU → LCD draiver;
Võtmekujundus:
Kahe operatiivvõimendi arhitektuuri (nt OPA2350) kasutamine laadimispinge muundamiseks ja signaali -/-müra suhte parandamiseks;
Draiveri kiip toetab osalisi kuvarežiime, aktiveerides energiatarbimise vähendamiseks ainult vererõhuga seotud segmendid;
Integreeritud valveahel süsteemi kokkujooksmiste ja kuvamishäirete vältimiseks.
4, Tehnilised väljakutsed ja lahendused
1. Kuva reageerimise viivitus madala-temperatuuri keskkonnas
Probleem: Vedelkristallide viskoossus suureneb temperatuuri langedes, mille tulemuseks on pikem reaktsiooniaeg;
Lahendus:
Juhi kiip pakub ülejuhtimisfunktsiooni, rakendades lühiajalist kõrget pinget, et kiirendada vedelkristallide joondamist ekraani vahetamise ajal;
Laia temperatuuri tüüpi vedelkristallmaterjalide (nt VA-tüüpi) kasutamisel pikendatakse töötemperatuuri vahemikku -40 kraadist kuni +85 kraadini.
2. Kuvage elektromagnetilistest häiretest põhjustatud moonutatud tähemärke
Probleem: toiteallikate või mootorite ümberlülitamisest tekkiv müra siseneb ruumilise sidestuse kaudu signaaliliini;
Lahendus:
Asetage TVS-i dioodid (nt SMAJ5.0A) LCD-pistiku lähedusse, et neelavad mööduvat kõrget pinget;
Magnethelmeste (nt BLM18PG121SN1) kasutamine digitaalsete ja analoogtoiteallikate eraldamiseks;
Võtmesignaali liin (nt SEG-klemm) on ühendatud järjestikku 22 Ω takistiga, moodustades RC madalpääsfiltri.
3. Väikese võimsusega disaini optimeerimine
Probleem: kaasaskantavad seadmed vajavad pikaajalist{0}}tööd ja on tundlikud energiatarbimise suhtes;
Lahendus:
Draiveri kiip toetab puhkerežiimi ja staatilist voolu saab vähendada alla 1 μA;
Võetakse kasutusele peegeldav LCD (taustvalgustust pole vaja) koos ümbritseva valguse anduriga, et saavutada automaatne taustvalgustuse juhtimine;
MCU lülitub väljalülitusrežiimi ja värskendab andmeid ainult RTC ajastatud ärkamise{0}} kaudu.
