En este artículo hablaré sobre cómo funciona la pantalla de cristal líquido (LCD) en términos de señales, cómo decodificar y usar estas señales para sus propios fines.
A veces surgen preguntas sobre el funcionamiento de la pantalla LCD. Por ejemplo, la pantalla del dispositivo ha fluido y no hay nada que reemplazar:
O la pantalla LCD es muy pequeña, no es visible en la oscuridad y la tarea es convertir la salida en lugar de la pantalla LCD a un LED u otra pantalla.
También me encontré con ese problema: hay un aire acondicionado, y para mejorar sus características operativas es necesario encender un ventilador adicional cuando aparece el símbolo de "copo de nieve" en la pantalla.
Creo que puede llegar a muchos de estos problemas, y la tarea general es aprender cómo decodificar la información que se muestra en la pantalla LCD y usarla para el propósito previsto.
Los indicadores de cristal líquido, debido a sus características físicas, requieren el cumplimiento de dos requisitos principales:
- El voltaje entre los electrodos debe ser de al menos tres voltios.
- Es necesario aplicar voltaje alterno a los electrodos sin ningún componente de CC.
Si no cumple con el primer requisito y aplica un voltaje de menos de 3 voltios entre los electrodos comunes y de segmento, entonces el segmento simplemente no será visible.
Si no se cumple el segundo requisito, el indicador puede degradarse bastante rápido (los cristales líquidos se deteriorarán). Los indicadores de los primeros problemas sufrieron especialmente por el incumplimiento del segundo requisito, y bien podría haber una situación en la que el usuario siempre tuviera tiempo en el indicador cuando la batería se agotara en el reloj.
La pantalla LCD utiliza electrodos comunes y de segmento. Los electrodos de segmento están ubicados en un lado de la pantalla LCD, comunes, en el lado opuesto. Entre ellos hay cristales líquidos. Si se aplica una tensión alterna, los cristales líquidos cambiarán su plano de polarización y, teniendo en cuenta los filtros de polarización a los lados del indicador, no pasarán luz a través de ellos mismos, y el segmento se mostrará en negro.
Aquí hay una fotografía de un indicador de calculadora donde los electrodos son visibles.
Como dije, se debe aplicar un voltaje alterno entre el segmento y los electrodos comunes. Su frecuencia debe ser más de 30 hertzios. En lugar de una sinusoide, se dan señales de una forma especial o un meandro (un meandro es una señal periódica de una forma rectangular en la que las duraciones y pausas del pulso son iguales), que también se puede considerar, con cierta suposición, una sinusoide simplificada.
Las pantallas LCD más simples tienen un electrodo común. El número de conclusiones en el indicador es igual al número de segmentos más la producción total.
Un meandro se alimenta a la conclusión general. Pero en los segmentados, también un meandro. La diferencia es que si se va a mostrar el segmento, el pulso y el intervalo (fase, en relación con la señal del electrodo común) se intercambian. Si el segmento no debe mostrarse, entonces las fases coinciden.
Desde el punto de vista del indicador, cuando las fases coinciden, el voltaje entre los electrodos es siempre de 0 voltios. Y si las fases no coinciden, entonces, entre los electrodos, el voltaje siempre alterna y es igual a 3 voltios.
La salida al indicador con un electrodo común es bastante simple, pero si el número de segmentos es grande, entonces los costos tanto del cableado del indicador como de la reserva del número correspondiente de puertos de salida en el controlador aumentan en consecuencia.
Para reducir el número de segmentos, se usan dos o más electrodos comunes. Por un lado, esto reduce significativamente el número de salidas de segmento, pero por otro lado, complica la salida en términos de generación de señal. La idea en la multiplexación de señales es que la salida de un segmento es responsable de mostrar dos o más segmentos.
Si en un indicador con una señal común, un segmento se controla constantemente, entonces durante la multiplexación, el número de intervalos de tiempo cuando se controla un segmento se divide por el número de señales comunes. Es decir, los segmentos con la señal común COM1 se controlan primero (se muestran o apagan), en el siguiente intervalo de tiempo los segmentos conectados con la señal común COM2, etc., se controlan por el número de señales comunes.
Dado que se reducen los intervalos de tiempo cuando se controla un segmento, el tiempo de visualización se reduce en consecuencia, y las señales más comunes, menor es el contraste de la imagen en su conjunto.
En lugar de un simple meandro con varias señales comunes, es necesario aplicar señales de una forma especial con voltajes intermedios. Se necesitan voltajes intermedios para cumplir con los dos requisitos que describí anteriormente.
Grabé un video corto donde se puede ver en un oscilograma de osciloscopio desde un reloj real con un electrodo común y una calculadora con tres comunes.
Esto es parte del circuito de la calculadora electrónica MK-62. El indicador utiliza tres electrodos comunes. El diagrama muestra el cableado de los electrodos comunes y de segmento.
El esquema completo está disponible
aquí .
Por conveniencia, he florecido el área de responsabilidad de los electrodos comunes. En el diagrama, los electrodos comunes se designan como O1, O2 y O3.
También coloreé los segmentos, por lo que fue conveniente ver qué segmentos son responsables de las conclusiones del segmento.
Los diagramas de la forma del pulso de las señales aplicadas al segmento y las conclusiones generales parecen espeluznantes a primera vista. Pero si miras, puedes entender cómo funciona esto:
Los primeros tres gráficos corresponden a electrodos comunes. Los florecí de acuerdo con la figura del indicador en el diagrama.
Solo nos interesarán los "estantes" coloreados de señales cuyos niveles están en la parte superior de las formas de onda. Estos son los momentos en que las salidas segmentadas son controladas (mostradas o apagadas).
En estos diagramas se ve que primero, en la parte inferior, "O2" funciona, luego O1, luego O3. Después de esto, los estantes de la misma manera (solo en la parte superior), primero en O2, luego en O1 y luego en O3. Entonces se alternan, observando la condición de voltaje alterno.
Ahora que los diagramas de señales comunes están "descifrados", puede ver los diagramas de señales de segmento, que también pinté. Estas gráficas son de la visualización real en el indicador del dígito 0. (con un punto) en la primera familiaridad.
La forma de los pulsos del segmento y las señales comunes se selecciona con el cálculo del cumplimiento del primer requisito: el voltaje entre los electrodos debe ser igual a tres voltios. Los cristales líquidos y los filtros polarizadores están diseñados para mostrarse solo a tres voltios, y si el voltaje es más bajo, los segmentos no serán visibles.
Puede determinar de forma independiente qué segmentos específicos se mostrarán o se apagarán cuando lleguen las señales comunes correspondientes.
Ahora, después de descubrir el principio de los segmentos de mapeo, puede hacer un decodificador bastante simple.
Cuando escribí que se debe aplicar una tensión alterna entre los electrodos, esto es cierto y correcto, pero solo desde el punto de vista de los electrodos. Aprovechamos el descubrimiento del gran Einstein, que dice: "todo es relativo", y nos unimos a uno de los polos de señal (negativo). Todos los demás niveles se volverán positivos automáticamente.
En el diagrama anterior, los desarrolladores ya se han alejado de un voltaje multipolar y han emitido señales con niveles de 0 y -3 voltios.
Dado que la lógica de nuestro dispositivo es positiva, asumiremos que el voltaje que se muestra en el circuito como -3 voltios en nuestro circuito será cero, y el voltaje de 0 voltios es más tres voltios.
En nuestro esquema, cuando llegue el estante inferior, será de 0 voltios (la señal GND es tierra). Cuando llega el estante superior, es de +3 voltios. Y los voltajes restantes están hechos para formar una sinusoide, y los ignoraremos.
Necesitamos aplicar dos comparadores. El comparador funciona de manera simple: tiene dos entradas (positiva y negativa) y una salida. Cuando el voltaje en la entrada positiva es mayor que en el negativo, aparece uno en la salida y viceversa: cuando el voltaje en la salida positiva es menor que el negativo, entonces la salida es cero.
El primer comparador (línea verde) rastreará la llegada del estante superior de la señal general. El segundo comparador (línea roja) rastreará la llegada de la señal del segmento. El nivel de línea verde se alimenta a la entrada negativa del primer comparador, y el nivel de línea roja se alimenta a la entrada negativa del segundo comparador. En las entradas positivas de los comparadores, respectivamente, se suministra una señal común y una señal de segmento. El nivel de la señal general se selecciona en la parte superior y el nivel del segmento en la parte inferior, para "captar" el momento en que se muestra el segmento (los mismos 3 voltios). En otros casos, no se muestra. Preste atención al diagrama más bajo en el esquema de la calculadora, esos momentos en que los otros segmentos no están iluminados, allí las señales no alcanzan ni el nivel superior ni el inferior.
Como resultado, en el momento de la línea vertical amarilla en las salidas de los comparadores, detectaremos tres voltios de la diferencia entre las señales cuando el segmento está activado y 0 voltios cuando no está activado.
Entonces, captamos el momento en que se muestra el segmento deseado (o se extingue). Ahora este momento necesita ser arreglado. Para arreglar este momento, utilizaremos un registro con un tipo de cierre 74HC374. A la entrada del registro, le damos una señal del comparador No. 2, donde se rastreó la señal del segmento, y a la entrada del reloj del pestillo, salida del comparador No. 1, donde la unidad lógica comenzará en el momento de la llegada de la señal común que necesitamos.
Después de que el registro hace clic en el salto positivo de la entrada CLK, la señal no cambiará en su salida hasta la nueva llegada del estante positivo de la señal común que necesitamos.
Para rastrear un segmento (que sea un símbolo de copo de nieve), el diagrama se verá así:
Aquí, en el diagrama, el comparador U1 monitorea el estante inferior de la señal del segmento, cuyo nivel será más bajo que el establecido en la resistencia variable RP1, y establece cero en su salida. El segundo comparador monitorea la llegada del estante superior de la señal común y bloquea el registro con un borde positivo.
El condensador C1 es necesario para retrasar un poco la detección del nivel general y para cambiar el momento de fijación no al principio del nivel general (en este momento el segmento uno puede llegar tarde o habrá algunos transitorios), pero un poco más tarde (en la figura hay una línea amarilla en el medio del estante). La salida del registro será un cero lógico cuando se muestre el segmento y una unidad lógica cuando no se muestre el segmento.
Tal esquema es necesario para detectar cada segmento. La principal complejidad de tal esquema es que se requiere un comparador separado para cada segmento y señal común, y el número de salidas de registro es igual al número de segmentos. Pero, por otro lado, todos estos comparadores y registros ahora valen un centavo.
Para simplificar el trabajo y comprobar la operatividad de todo lo que escribí, hice una pequeña bufanda en la que extendí varios comparadores y registros.
Esquema:
habrastorage.org/webt/wk/1i/kg/wk1ikgqdavyjnxcqsqlr2174jke.jpegLa descripción del circuito es la misma que para un segmento, solo multiplicado por 16 segmentos y una o dos señales comunes (el número se selecciona mediante un puente).
La placa proporciona entradas y salidas de tránsito de potencia y niveles de comparación para ahorrar en detalles y configuración.
Aquí hay otro video que describe el funcionamiento de esta placa y muestra cómo funciona la detección:
La detección de una calculadora es interesante solo para fines académicos, y para mí, sobre la base de estas placas, hice un dispositivo real: un reloj LED basado en el reloj 55 de la electrónica soviética.
Hay bastantes segmentos en el reloj, y tuve que usar cuatro tableros.
Estas placas también permiten multiplexar las salidas de los registros. Es decir, las salidas de cada registro se pueden combinar en un bus de 8 bits. Las tarjetas proporcionan salidas de desactivación (tramo 1 en cada registro). Para deshabilitar, se suministra una unidad lógica a cada registro (por ejemplo, desde un chip multiplexor de tipo 74HC137), y se envía un cero lógico al registro del que se deben eliminar los datos. Luego, al elegir alternativamente el registro deseado, puede leer los datos del bus LCD, por ejemplo, con otro microcontrolador, y luego procesarlos a su propia discreción. Además, la selección se puede hacer de forma asíncrona desde el circuito de decodificación a cualquier velocidad.
Así es como puede leer la información de la pantalla LCD y usarla para sus propios fines. Gracias por su atencion