一, Tehniskās sadarbības pamati: salauzta LCD vadīšanas raksturlielumi un analogo signālu apstrādes prasības
1. LCD braukšanas būtība ar bojātu kodu: maiņstrāvas elektriskā lauka kontrole
Katrs bojāta koda LCD displeja segments sastāv no caurspīdīgiem elektrodiem, un tā darbības princips ir balstīts uz šķidro kristālu molekulu elektriskā lauka reakcijas raksturlielumiem: ja tiek pielietota noteikta frekvence un amplitūda maiņstrāvas elektriskā lauka gadījumā, mainās šķidro kristālu molekulu izvietojums un attiecīgi mainās gaismas caurlaidība, tādējādi panākot displeju. Šis raksturlielums uzliek stingras prasības braukšanas signālam:
Sprieguma diapazons: parasti no 3 V līdz 5 V (TN tips) vai augstāks (STN tipam nepieciešams 10 V vai vairāk);
Frekvences prasība: tipiskā braukšanas frekvence ir no 32 Hz līdz 256 Hz, lai izvairītos no līdzstrāvas komponentiem, kas izraisa šķidro kristālu elektroķīmisko degradāciju;
Viļņu formas simetrija: pozitīvo un negatīvo impulsu amplitūdai jābūt stingri vienādai, lai nodrošinātu, ka neto līdzstrāvas novirze ir nulle.
2. Analogo signālu apstrādes pamatuzdevums
Analogā signāla apstrādes ķēdei ir jāizpilda trīs galvenās funkcijas:
Signāla kondicionēšana: pastipriniet sensora vājo signālu (piemēram, mV līmeņa termopāra signālu) līdz sprieguma diapazonam, kas nepieciešams LCD darbināšanai;
Trokšņu slāpēšana: novērsiet strāvas frekvences traucējumus (50Hz/60Hz) vai augstas{2}frekvences troksni, izmantojot filtrēšanas ķēdes;
Līmeņu pārveidošana: pārveidojiet nestandarta signālus (piemēram, 0–10 V rūpnieciskos signālus) loģiskajos līmeņos, ko atpazīst LCD draivera mikroshēmas.
2, atslēgas shēmas dizains: pilnīga signāla ķēde no sensora līdz LCD
1. Signāla iegūšanas un pastiprināšanas ķēde
Par piemēru ņemot temperatūras mērīšanas sistēmu, tipiskā signālu ķēde ir šāda:
Sensora interfeiss: PT100 platīna rezistors ir savienots ar pastāvīgās strāvas avota ķēdi caur trīs vadu sistēmu, lai novērstu svina pretestības kļūdas;
Instrumenta pastiprinātājs: izmantojot zema-trokšņa darbības pastiprinātājus, piemēram, AD620, lai pastiprinātu nelielas sprieguma izmaiņas (piemēram, 0–100 mV, kas atbilst 0–100 grādiem) līdz 0–5 V;
Anti-aliasing filtrēšana: otrais -kārtības Butterworth zemfrekvences-filtrs (griezes-frekvence 10 Hz) nomāc augstas-frekvences troksni un novērš iztveršanas aliasing.
2. Analogā uz ciparu konvertēšana un loģiskā apstrāde
ADC izvēle: 12 bitu SAR tipa ADC (piemēram, ADS7841) nodrošina pietiekamu izšķirtspēju, lai pārveidotu analogos signālus ciparu daudzumos;
Mikrokontrollera apstrāde: STM32F103 un citi MCU pārveido temperatūras vērtības LCD draiveru kodos, izmantojot uzmeklēšanas tabulas metodi, vienlaikus ieviešot arī tādas funkcijas kā pārsniegšanas trauksmes;
Atsauces sprieguma avots: precīzi atsauces avoti, piemēram, ADR434, nodrošina atsauces spriegumu 4,096 V, lai nodrošinātu ADC pārveidošanas precizitāti.
3. LCD draivera signāla ģenerēšana
Specializēta draivera mikroshēma: HT1621 un citos draivera IC ir integrēti uzlādes sūkņi, kas var palielināt 3,3 V loģisko spriegumu līdz 15 V, lai vadītu STN tipa LCD;
Komunikācijas viļņu formas ģenerēšana: papildinoši PWM signāli tiek izvadīti caur MCU taimeriem, un kvadrātveida viļņi ar nepieciešamo frekvenci un darba ciklu tiek sintezēti, izmantojot braukšanas mikroshēmas iekšējo loģiku;
Aizmugurējā plaknes skenēšana: draivera mikroshēma aktivizē COM termināli laika dalīšanas veidā{0}} un sadarbojas ar SEG termināļa signālu, lai panāktu vairāku bitu displeju.
4. Jaudas pārvaldības ķēde
Vairāku sprieguma domēnu dizains: LDO (piemēram, AM11117-3.3) nodrošina 3,3 V digitālo barošanas avotu, un uzlādes sūknis (piemēram, SGM3209) ģenerē -5 V aizmugures paneļa spriegumu;
Fona apgaismojuma draiveris: pastiprināšanas ķēde (piemēram, AP3603) palielina 5 V ieeju līdz 18 V, lai darbinātu LED fona apgaismojumu, atbalstot PWM aptumšošanu, lai samazinātu enerģijas patēriņu.
3, Tipiski pielietojuma scenāriji: Rūpniecisko instrumentu un medicīnas iekārtu praktiskie gadījumi
1. Rūpnieciskais spiediena raidītājs
Signāla ķēde: pjezorezistīvs sensors → instrumentu pastiprinātājs → 24 bitu Δ - ∑ ADC → MCU → LCD draiveris;
Galvenais dizains:
Izmantojot 4-20 mA strāvas cilpu, lai pārraidītu signālus un uzlabotu prettraucējumu iespējas;
Draivera mikroshēmā ir iebūvēta{0}}temperatūras kompensācijas ķēde, lai novērstu temperatūras izmaiņu ietekmi uz šķidro kristālu reakcijas īpašībām;
Ieviesiet digitālo filtrēšanu, izmantojot programmatūru (piemēram, mainīgā vidējā algoritmu), lai vēl vairāk uzlabotu displeja stabilitāti.
2. Pārnēsājams elektroniskais asinsspiediena mērītājs
Signāla ķēde: pjezoelektriskais sensors → uzlādes pastiprinātājs → joslas caurlaides filtrs (0,5-5Hz) → ADC → MCU → LCD draiveris;
Galvenais dizains:
Izmantojot divu darbības pastiprinātāju arhitektūru (piemēram, OPA2350), lai panāktu uzlādes sprieguma pārveidošanu un uzlabotu signāla -pret{2}}trokšņu attiecību;
Vadītāja mikroshēma atbalsta daļējus displeja režīmus, aktivizējot tikai ar asinsspiedienu saistītos segmentus, lai samazinātu enerģijas patēriņu;
Integrēta sargsuņa shēma, lai novērstu sistēmas avārijas un displeja novirzes.
4, Tehniskie izaicinājumi un risinājumi
1. Displeja reakcijas aizkave zemas-temperatūras vidē
Problēma: šķidro kristālu viskozitāte palielinās, pazeminoties temperatūrai, kā rezultātā palielinās reakcijas laiks;
Risinājums:
Vadītāja mikroshēma nodrošina pārbraukšanas funkciju, īslaicīgi pieliekot augstu spriegumu, lai paātrinātu šķidro kristālu izlīdzināšanu displeja pārslēgšanas laikā;
Izmantojot plašas temperatūras šķidro kristālu materiālus (piemēram, VA tipu), darba temperatūras diapazons tiek paplašināts līdz -40 grādiem līdz +85 grādiem.
2. Parādiet izkropļotas rakstzīmes, ko izraisa elektromagnētiskie traucējumi
Problēma: troksnis, kas rodas, pārslēdzot barošanas avotus vai motorus, nonāk signāla līnijā caur telpisko savienojumu;
Risinājums:
Novietojiet TVS diodes (piemēram, SMAJ5.0A) LCD savienotāja tuvumā, lai absorbētu pārejošu augstu spriegumu;
Magnētisko lodīšu (piemēram, BLM18PG121SN1) izmantošana digitālo un analogo barošanas avotu izolēšanai;
Atslēgas signāla līnija (piemēram, SEG spaile) ir savienota virknē ar 22 Ω rezistoru, lai izveidotu RC zemfrekvences filtru.
3. Mazjaudas dizaina optimizācija
Problēma: pārnēsājamām ierīcēm ir nepieciešama ilgstoša{0}}darbība, un tās ir jutīgas pret enerģijas patēriņu;
Risinājums:
Vadītāja mikroshēma atbalsta miega režīmu, un statisko strāvu var samazināt līdz zem 1 μ A;
Atstarojošs LCD (nav nepieciešams fona apgaismojums) apvienojumā ar apkārtējās gaismas sensoru, lai panāktu automātisku fona apgaismojuma vadību;
MCU pāriet izslēgšanas režīmā un atjaunina datus tikai, izmantojot RTC laika pamošanos{0}}.
