一, Základy technické spolupráce: Jízdní vlastnosti a požadavky na zpracování analogového signálu rozbitého LCD
1. Hnací podstata LCD s přerušeným kódem: řízení elektrického pole AC
Každý segment displeje LCD s přerušeným kódem se skládá z průhledných elektrod a jeho pracovní princip je založen na charakteristikách odezvy elektrického pole molekul tekutých krystalů: když je aplikována specifická frekvence a amplituda střídavého elektrického pole, změní se uspořádání molekul tekutých krystalů a podle toho se změní propustnost světla, čímž se dosáhne zobrazení. Tato vlastnost klade přísné požadavky na návěstidlo:
Rozsah napětí: obvykle 3V až 5V (typ TN) nebo vyšší (typ STN vyžaduje 10V nebo více);
Požadavek na frekvenci: Typická budicí frekvence je 32 Hz až 256 Hz, aby se zabránilo stejnosměrným součástem způsobujícím elektrochemickou degradaci tekutých krystalů;
Symetrie tvaru vlny: Amplituda kladných a záporných impulsů musí být přesně stejná, aby bylo zajištěno, že čisté stejnosměrné zkreslení je nulové.
2. Základní úloha zpracování analogového signálu
Obvod zpracování analogového signálu musí plnit tři hlavní funkce:
Úprava signálu: Zesílení slabého výstupního signálu ze snímače (jako je signál termočlánku na úrovni mV) na rozsah napětí potřebný pro řízení LCD;
Potlačení šumu: Eliminujte rušení napájecí frekvence (50Hz/60Hz) nebo vysokofrekvenční-šum pomocí filtračních obvodů;
Převod úrovní: Převádějte ne-standardní signály (jako jsou průmyslové signály 0–10 V) na logické úrovně rozpoznatelné čipy ovladače LCD.
2, Konstrukce klíčového obvodu: Kompletní signálový řetězec od snímače k LCD
1. Obvod pro získávání a zesilování signálu
Vezmeme-li jako příklad systém měření teploty, typický signální řetězec je následující:
Rozhraní snímače: Platinový rezistor PT100 je připojen k obvodu zdroje konstantního proudu prostřednictvím třívodičového systému, aby se eliminovaly chyby odporu vedení;
Přístrojový zesilovač: použití nízkošumových operačních zesilovačů, jako je AD620, k zesílení malých změn napětí (například 0-100 mV odpovídajících 0-100 stupňům) na 0-5 V;
Antialiasingové filtrování: Butterworthův nízkofrekvenční-filtr druhého{0} řádu (mezní-vypínací frekvence 10 Hz) potlačuje vysokofrekvenční šum- a zabraňuje vzorkování aliasingu.
2. Analogově číslicový převod a logické zpracování
Výběr ADC: 12bitový ADC typu SAR (jako například ADS7841) poskytuje dostatečné rozlišení pro převod analogových signálů na digitální veličiny;
Zpracování mikrokontrolérem: STM32F103 a další MCU převádějí hodnoty teploty na kódy ovladače LCD pomocí metody vyhledávací tabulky a zároveň implementují funkce, jako jsou alarmy překročení limitu;
Zdroj referenčního napětí: Přesné referenční zdroje, jako je ADR434, poskytují referenční napětí 4,096 V, aby byla zajištěna přesnost převodu ADC.
3. Generování signálu ovladače LCD
Specializovaný čip ovladače: HT1621 a další integrované obvody ovladače integrují nabíjecí pumpy, které mohou zvýšit logické napětí 3,3 V na 15 V pro řízení LCD typu STN;
Generování komunikačních křivek: komplementární PWM signály jsou na výstupu přes časovače MCU a obdélníkové vlny s požadovanou frekvencí a pracovním cyklem jsou syntetizovány vnitřní logikou řídícího čipu;
Skenování základní desky: Čip ovladače aktivuje terminál COM způsobem{0}}časového dělení a spolupracuje se signálem terminálu SEG za účelem dosažení vícebitového zobrazení.
4. Obvod řízení napájení
Návrh vícenapěťové domény: LDO (jako AM11117-3.3) poskytuje 3,3V digitální napájení a nabíjecí čerpadlo (jako je SGM3209) generuje -5V předpětí na základní desce;
Ovladač podsvícení: Boost obvod (jako je AP3603) zesiluje 5V vstup na 18V pro řízení podsvícení LED, podporuje stmívání PWM pro snížení spotřeby energie.
3, Typické aplikační scénáře: Praktické případy průmyslových nástrojů a lékařského vybavení
1. Průmyslový snímač tlaku
Signální řetězec: piezorezistivní snímač → přístrojový zesilovač → 24 bitů Δ - ∑ ADC → MCU → ovladač LCD;
Design klíče:
Použití 4-20mA proudové smyčky k přenosu signálů a vylepšení schopností proti rušení;
Čip ovladače má vestavěný- obvod pro kompenzaci teploty, který eliminuje vliv teplotních změn na charakteristiky odezvy tekutých krystalů;
Implementujte digitální filtrování pomocí softwaru (jako je algoritmus klouzavého průměru), abyste dále zlepšili stabilitu zobrazení.
2. Přenosný elektronický monitor krevního tlaku
Signální řetězec: piezoelektrický senzor → zesilovač náboje → pásmová propust (0,5-5Hz) → ADC → MCU → ovladač LCD;
Design klíče:
Použití architektury duálního operačního zesilovače (jako je OPA2350) k dosažení konverze nabíjecího napětí a zlepšení poměru signálu -k-šumu;
Čip ovladače podporuje částečné režimy zobrazení, pouze aktivuje segmenty související s krevním tlakem, aby se snížila spotřeba energie;
Integrovaný hlídací obvod, který zabraňuje selhání systému a zobrazuje abnormality.
4, Technické výzvy a řešení
1. Zpoždění odezvy displeje v prostředí s nízkou teplotou-
Problém: Viskozita tekutých krystalů se zvyšuje s klesající teplotou, což má za následek delší dobu odezvy;
Řešení:
Čip ovladače poskytuje funkci přebuzení, přivedením krátkého vysokého napětí k urychlení zarovnání tekutých krystalů během přepínání displeje;
Při použití materiálů s tekutými krystaly s širokými teplotami (jako je typ VA) je rozsah pracovních teplot rozšířen na -40 stupňů až +85 stupňů.
2. Zobrazte zkreslené znaky způsobené elektromagnetickým rušením
Problém: Šum generovaný spínáním napájecích zdrojů nebo motorů vstupuje do signálového vedení přes prostorovou vazbu;
Řešení:
Umístěte diody TVS (např. SMAJ5.0A) do blízkosti konektoru LCD, aby absorbovaly přechodné vysoké napětí;
Použití magnetických kuliček (jako je BLM18PG121SN1) k izolaci digitálních a analogových napájecích zdrojů;
Vedení klíčového signálu (jako je terminál SEG) je zapojeno do série s odporem 22 Ω, aby vytvořilo RC dolní-propust.
3. Optimalizace návrhu nízké spotřeby
Problém: Přenosná zařízení vyžadují dlouhodobý-provoz a jsou citlivá na spotřebu energie;
Řešení:
Čip ovladače podporuje režim spánku a statický proud lze snížit pod 1 μ A;
Přijetí reflexního LCD (nevyžaduje podsvícení) v kombinaci se snímačem okolního světla pro dosažení automatického ovládání podsvícení;
MCU přejde do režimu vypnutí a aktualizuje data pouze prostřednictvím probuzení s časovaným RTC{0}}.
