Семисегментные «цифровые» ЖКИ в схемах на микроконтроллере

March 4, 2014 by admin Комментировать »

Аббревиатура «ЖКИ» расшифровывается как «Жидкокристаллический Индикатор». По-английски — LCD (Liquid Crystal Display). Впервые жидкие кристаллы, как физическое вещество, были исследованы австрийским ботаником F.Reinitzer в 1888 г. при изучении свойств органических тканей. Однако прошло ещё почти столетие, пока в 1964 г. не появился первый в мире калькулятор CS10A, имеющий ЖК-дисплей (фирма Sharp), а в 1966 г. — первые электронные часы с семисегментными ЖКИ (фирма RCA).

Упрощённую модель ЖКИ можно образно представить в виде конденсатора. Верхняя его обкладка состоит из стеклянной пластины, с внутренней стороны которой напылён прозрачный электрод, а нижняя — металлизированная подложка тёмного цвета. Электрод и подложка разделяются тонким слоем жидкокристаллического вещества. При отсутствии напряжения на обкладках этого «конденсатора» молекулы жидкого кристалла хаотически ориентированы и не пропускают свет. Поверхность индикатора выглядит светлой. Если подать на электроды ЖКИ напряжение, то молекулы упорядоченно выстраиваются вдоль линий напряжённости поля и жидкий кристалл становится прозрачным. Свет, вместо того, чтобы отражаться от верхней поверхности, проходит сквозь образовавшийся просвет и поглощается тёмной подложкой, т.е. экран в этом месте темнеет. Если электрод сделан в форме горизонтальной/вертикальной полоски, то на экране появится горизонтальная/вертикальная черта.

В ЖКИ прозрачные электроды выполняются в виде сегментов, образующих цифры, буквы, символы, точки. Для уменьшения числа выводов применяется мультиплексирование сигналов, в связи с чем в состав ЖКИ часто вводятся дополнительные микросхемы, контроллеры, преобразователи напряжения.

ЖКИ разделяют на следующие большие группы:

•                 цифровые ЖКИ, имеющие отводы от каждого сегмента. Их расположение топологически образует семисегментное знакоместо с десятичной точкой, подобно светодиодным индикаторам;

•                 специализированные заказные семисегментные ЖК-модули с внутренним контроллером. Они часто используются в телефонных аппаратах, часах, игрушках, органайзерах, бытовой технике;

•                 стандартные алфавитно-символьные ЖК-модули, у которых в памяти контроллера прошиты знакогенераторы разных алфавитов;

•                 чёрно-белые графические ЖК-дисплеи, имеющие экран из матрицы точек, управление которыми производится чипсетом «контроллер + драйвер»;

•                 цветные ЖК-дисплеи, применяемые в сотовых телефонах и телевизорах.

Достоинства ЖКИ: низковольтное питание, удобное конструктивное оформление, долговечность, чрезвычайно малый потребляемый ток, что является следствием «конденсаторной» природы.

Недостатки ЖКИ: необходимость подсветки экрана в темноте, узкий угол обзора, инерционность, сложность системы управления и коммутации, поскольку на обкладки ЖКИ требуется подавать импульсы переменной полярности.

Семисегментные «цифровые» ЖКИ бывают одноразрядные и многоразрядные. ЖКИ производства стран СНГ обычно имеют «русскую», а не латинскую, маркировку единичных разрядов (Рис. 2.33). Если индикаторы многоразрядные, то к букве добавляется номер знакоместа, например, «а1», «г5», «g4», «2D».

Рис. 2.33. Расположение сегментов ЖКИ: а) две разновидности с маркировкой кириллицей; б) с маркировкой латиницей.

Главным параметром при выборе ЖКИ является диапазон питания. Для MK подходят те ЖКИ, которые допускают напряжение 1.5…6 В или 5…10 В. Их можно подключать к MK напрямую и через КМОП-дешифраторы (Рис. 2.34, а…ж). Единственное, что требуется, — это сформировать пульсирующее напряжение для подложки в виде меандра частотой 30…1000 Гц. Меандр должен быть максимально «строгим», чтобы постоянная составляющая за период не превышала 50…250 мВ, иначе снижается срок службы ЖКИ из-за химического электролиза.

Рис. 2.34. Схемы подключения семисегментных ЖКИ к MK (начало):

а) DD1 — это преобразователь двоично-десятичного кода в семисегментный. Меандр частотой 30…100 Гц поступает от MK на вход «S», далее проходит без инверсии на выход «Р» и подаётся на подложку «ВР» ЖКИ HG1. Сигналы на выходах «a»…«g» микросхемы DD1 синфазные (сегмент светится) или противофазные (сегмент погашен). Индицируются цифры «0»…«9», буквы «L», «Н» «Р» «А», знак «минус». При коде 1111 на верхних выходах MK индикатор HG1 гаснет;

б) надпись «СНЕГ» на четырёхразрядном ЖКИ HG1 появляется при противофазных сигналах на выходах MK. Если установить два НИЗКИХ или ВЫСОКИХ уровня, то HG1 гаснет; О

О Рис. 2.34. Схемы подключения семисегментных ЖКИ к MK (продолжение):

в) M К должен иметь достаточное число свободных выходных линий для прямого подключения трёхразрядного ЖКИ HG1. Инвертор на транзисторе VT1 формирует противофазный сигнал по отношению к подложке («Common»), чтобы постоянно индицировалась децимальная точка первого разряда («dpl»). Децимальная точка второго разряда («dp2») постоянно погашена;

г) подключение к MK специализированного заказного ЖКИ HG1. Предполагается, что MK программно и аппаратно поддерживает режим сопряжения с ЖКИ, т.е. он имеет три нижних линии, автоматически формирующие опорные напряжения Vl…V3. Такой режим встроен, например, в MK Microchip PIC16F914;

д) прямое подключение 3.5-разрядного ЖКИ HG1 к MK с низковольтным питанием. Сегменты ЖКИ, выводы которых постоянно соединяются с подложкой «Common», светиться не будут. Это, в частности, две десятичные точки «dp3», «dp4». Все свободные в ЖКИ выводы «NC» (No Connect) 4…7, 33…38 должны соединяться с подложкой, а не «висеть в воздухе»; О

О Рис. 2.34. Схемы подключения семисегментных ЖКИ к MK (окончание):

е) индикация температуры от —99 до + 199°С на четырёхразрядном ЖКИ. Счётчики DD1, DD2 перед индикацией нового значения обнуляются положительным импульсом на входе «R». Затем на входы «С» подаётся то количество импульсов, которое соответствует индицируемой цифре. Символ «минус» («ж1») и одна единица сотен градусов («62», «в2») формируются прямо от линий MK. Сигнал меандра для подложки «П» ЖКИ должен иметь частоту 30…200 Гц;

ж) аналогично Рис. 2.34, e, но счётчики DD1…DD4 соединяются последовательно через выходы переноса «Р» и входы «С». Четырёхразрядное число формируется за один цикл, который включает в себя обнуление по входу «R» и генерацию определённого числа синхроимпульсов на входе «С». Достоинство схемы — экономия линий MK. Недостаток — относительно большое время на передачу всех синхроимпульсов, т.к. их по максимуму может быть 9999.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты