一, Základy technickej spolupráce: jazdné vlastnosti a požiadavky na spracovanie analógového signálu rozbitého LCD
1. Hnacia podstata LCD s nefunkčným kódom: riadenie elektrického poľa striedavého prúdu
Každý segment displeja LCD s prerušeným kódom sa skladá z priehľadných elektród a jeho pracovný princíp je založený na charakteristikách odozvy elektrického poľa molekúl tekutých kryštálov: keď sa použije špecifická frekvencia a amplitúda striedavého elektrického poľa, zmení sa usporiadanie molekúl tekutých kryštálov a podľa toho sa zmení aj priepustnosť svetla, čím sa dosiahne zobrazenie. Táto charakteristika kladie prísne požiadavky na jazdný signál:
Rozsah napätia: zvyčajne 3V až 5V (typ TN) alebo vyšší (typ STN vyžaduje 10V alebo viac);
Požiadavka na frekvenciu: Typická budiaca frekvencia je 32 Hz až 256 Hz, aby sa predišlo zložkám jednosmerného prúdu spôsobujúcim elektrochemickú degradáciu tekutých kryštálov;
Symetria tvaru vlny: Amplitúda kladných a záporných impulzov musí byť presne rovnaká, aby sa zabezpečilo, že čisté jednosmerné skreslenie je nulové.
2. Hlavná úloha spracovania analógového signálu
Obvod spracovania analógového signálu musí vykonávať tri hlavné funkcie:
Úprava signálu: Zosilnite výstup slabého signálu zo snímača (napríklad signál termočlánku na úrovni mV) na rozsah napätia potrebný na ovládanie LCD;
Potlačenie šumu: Eliminujte rušenie napájacej frekvencie (50 Hz/60 Hz) alebo vysokofrekvenčný šum- prostredníctvom filtračných obvodov;
Konverzia úrovní: Preveďte neštandardné signály (napríklad 0-10V priemyselné signály) na logické úrovne rozoznateľné čipmi ovládača LCD.
2, Konštrukcia kľúčového obvodu: Kompletný signálový reťazec od snímača po LCD
1. Obvod na získavanie a zosilňovanie signálu
Ak vezmeme ako príklad systém merania teploty, typický reťazec signálov je nasledujúci:
Rozhranie snímača: Platinový rezistor PT100 je pripojený k obvodu zdroja konštantného prúdu prostredníctvom trojvodičového systému, aby sa eliminovali chyby odporu vedenia;
Prístrojový zosilňovač: používanie nízkošumových operačných zosilňovačov, ako je AD620, na zosilnenie malých zmien napätia (napr. 0 – 100 mV zodpovedajúcich 0 – 100 stupňom) na 0 – 5 V;
Anti aliasingové filtrovanie: Butterworthov dolnopriepustný-filter druhého {{0}rádu (medzná-frekvencia 10 Hz) potláča vysoko-frekvenčný šum a zabraňuje vzorkovaniu aliasingu.
2. Analógovo-digitálna konverzia a logické spracovanie
Výber ADC: 12-bitový ADC typu SAR (ako napríklad ADS7841) poskytuje dostatočné rozlíšenie na konverziu analógových signálov na digitálne veličiny;
Spracovanie mikrokontrolérom: STM32F103 a ďalšie MCU konvertujú hodnoty teploty na kódy ovládača LCD pomocou metódy vyhľadávacej tabuľky, pričom zároveň implementujú funkcie, ako sú alarmy prekročenia limitu;
Zdroj referenčného napätia: Presné referenčné zdroje, ako napríklad ADR434, poskytujú referenčné napätie 4,096 V na zabezpečenie presnosti prevodu ADC.
3. Generovanie signálu ovládača LCD
Špecializovaný čip ovládača: HT1621 a ďalšie integrované obvody ovládača integrujú nabíjacie čerpadlá, ktoré môžu zvýšiť logické napätie 3,3 V na 15 V na pohon LCD typu STN;
Generovanie komunikačného tvaru vlny: komplementárne signály PWM sú na výstupe cez časovače MCU a hranaté vlny s požadovanou frekvenciou a pracovným cyklom sú syntetizované vnútornou logikou riadiaceho čipu;
Skenovanie základnej dosky: Čip ovládača aktivuje terminál COM spôsobom{0}}časového delenia a spolupracuje so signálom terminálu SEG na dosiahnutie viacbitového zobrazenia.
4. Obvod správy napájania
Dizajn viacnapäťovej domény: LDO (ako AM11117-3.3) poskytuje 3,3V digitálne napájanie a nabíjacia pumpa (ako je SGM3209) generuje -5V predpätie základnej dosky;
Budič podsvietenia: Zosilňovací obvod (napríklad AP3603) zvyšuje vstup z 5 V na 18 V, aby poháňal LED podsvietenie, pričom podporuje stmievanie PWM na zníženie spotreby energie.
3, Typické aplikačné scenáre: Praktické prípady priemyselných nástrojov a medicínskych zariadení
1. Priemyselný snímač tlaku
Signálny reťazec: piezorezistívny snímač → prístrojový zosilňovač → 24 bit Δ - ∑ ADC → MCU → ovládač LCD;
Dizajn kľúča:
Použitie 4-20mA prúdovej slučky na prenos signálov a zlepšenie schopností proti rušeniu;
Čip ovládača má vstavaný- obvod teplotnej kompenzácie, ktorý eliminuje vplyv teplotných zmien na charakteristiky odozvy tekutých kryštálov;
Implementujte digitálne filtrovanie prostredníctvom softvéru (ako je algoritmus kĺzavého priemeru), aby ste ďalej zlepšili stabilitu zobrazenia.
2. Prenosný elektronický monitor krvného tlaku
Signálny reťazec: piezoelektrický snímač → zosilňovač náboja → pásmový filter (0,5-5Hz) → ADC → MCU → ovládač LCD;
Dizajn kľúča:
Použitie architektúry duálneho operačného zosilňovača (ako je OPA2350) na dosiahnutie konverzie nabíjacieho napätia a zlepšenie pomeru signálu-k{2}}šumu;
Čip ovládača podporuje čiastočné režimy zobrazenia, pričom aktivuje iba segmenty súvisiace s krvným tlakom, aby sa znížila spotreba energie;
Integrovaný strážny obvod, ktorý zabraňuje zlyhaniu systému a zobrazuje abnormality.
4, Technické výzvy a riešenia
1. Oneskorenie odozvy displeja v-prostredí s nízkou teplotou
Problém: Viskozita tekutého kryštálu sa zvyšuje s klesajúcou teplotou, čo má za následok dlhší čas odozvy;
Riešenie:
Čip ovládača poskytuje funkciu over-drive, privádza krátke vysoké napätie na urýchlenie zarovnania tekutých kryštálov počas prepínania displeja;
Použitím materiálov z tekutých kryštálov so širokými teplotami (ako je typ VA) sa rozsah pracovných teplôt rozširuje na -40 stupňov až +85 stupňov .
2. Zobrazte skomolené znaky spôsobené elektromagnetickým rušením
Problém: Hluk generovaný spínaním napájacích zdrojov alebo motorov vstupuje do signálneho vedenia cez priestorovú väzbu;
Riešenie:
Umiestnite diódy TVS (napríklad SMAJ5.0A) blízko konektora LCD, aby absorbovali prechodné vysoké napätie;
Použitie magnetických guľôčok (napríklad BLM18PG121SN1) na izoláciu digitálnych a analógových napájacích zdrojov;
Vedenie kľúčového signálu (ako je terminál SEG) je zapojené do série s odporom 22 Ω, aby vytvorilo RC dolno{1}}priepustný filter.
3. Optimalizácia návrhu s nízkym výkonom
Problém: Prenosné zariadenia vyžadujú-dlhodobú prevádzku a sú citlivé na spotrebu energie.
Riešenie:
Čip ovládača podporuje režim spánku a statický prúd možno znížiť pod 1 μ A;
Prijatie reflexného LCD (nie je potrebné podsvietenie) v kombinácii so snímačom okolitého svetla na dosiahnutie automatického ovládania podsvietenia;
MCU prejde do režimu vypnutia a aktualizuje údaje iba prostredníctvom prebudenia{0}} s časovaním RTC.
