Dans cet article, je parlerai du fonctionnement de l'affichage à cristaux liquides (LCD) en termes de signaux, de la façon de décoder et d'utiliser ces signaux à leurs propres fins.
Parfois, des questions se posent concernant le fonctionnement de l'écran LCD. Par exemple, l'écran de l'appareil a coulé, mais il n'y a rien pour le remplacer par:
Ou l'écran LCD est très petit, il n'est pas visible dans l'obscurité, et la tâche consiste à convertir la sortie au lieu de l'écran LCD en LED ou autre affichage.
J'ai aussi rencontré un tel problème: il y a un climatiseur, et pour améliorer ses caractéristiques de fonctionnement il faut allumer un ventilateur supplémentaire lorsque le symbole «flocon de neige» apparaît à l'écran.
Je pense que vous pouvez trouver beaucoup de ces problèmes, et la tâche générale est d'apprendre à décoder les informations affichées sur l'écran LCD et à les utiliser comme prévu.
Les indicateurs à cristaux liquides, en raison de leurs caractéristiques physiques, nécessitent de remplir deux exigences principales:
- La tension entre les électrodes doit être d'au moins trois volts.
- Il est nécessaire d'appliquer une tension alternative aux électrodes sans aucun composant DC.
Si vous ne remplissez pas la première condition et appliquez une tension inférieure à 3 volts entre les électrodes commune et de segment, alors le segment ne sera tout simplement pas visible.
Si la deuxième condition n'est pas remplie, l'indicateur peut se dégrader assez rapidement (les cristaux liquides se détérioreront). Les indicateurs des premiers problèmes ont particulièrement souffert du non-respect de la deuxième exigence, et il pourrait bien y avoir une situation où l'utilisateur a toujours du temps sur l'indicateur lorsque la batterie est épuisée dans l'horloge.
L'écran LCD utilise des électrodes communes et segmentées. Les électrodes de segment sont situées sur un côté de l'écran LCD, commun - à l'opposé. Entre eux se trouvent des cristaux liquides. Si une tension alternative est appliquée, les cristaux liquides changeront leur plan de polarisation et, en tenant compte des filtres de polarisation sur les côtés de l'indicateur, ne passeront pas la lumière à travers eux-mêmes et le segment sera affiché en noir.
Voici une photographie d'un indicateur de calculatrice où les électrodes sont visibles.
Comme je l'ai dit, une tension alternative doit être appliquée entre le segment et les électrodes communes. Sa fréquence doit être supérieure à 30 hertz. Au lieu d'une sinusoïde, des signaux d'une forme spéciale ou d'un méandre sont donnés (un méandre est un signal périodique de forme rectangulaire dans lequel les durées et les pauses des impulsions sont égales), qui peut également être considéré, avec une certaine hypothèse, une sinusoïde simplifiée.
Les LCD les plus simples ont une électrode commune. Le nombre de conclusions dans l'indicateur est égal au nombre de segments plus la production totale.
Un méandre alimente la conclusion générale. Mais sur ceux segmentés - aussi un méandre. La différence est que si le segment doit être affiché, alors l'impulsion et l'intervalle (phase, par rapport au signal de l'électrode commune) sont interchangés. Si le segment ne doit pas être affiché, les phases coïncident.
Du point de vue de l'indicateur, lorsque les phases coïncident, la tension entre les électrodes est toujours de 0 volt. Et si les phases ne coïncident pas, alors entre les électrodes la tension est toujours alternée et égale à 3 volts.
La sortie vers l'indicateur avec une électrode commune est assez simple, mais si le nombre de segments est important, les coûts du câblage de l'indicateur et de la réservation du nombre correspondant de ports de sortie sur le contrôleur augmentent en conséquence.
Pour réduire le nombre de segments, deux électrodes communes ou plus sont utilisées. D'une part, cela réduit considérablement le nombre de sorties de segment, mais d'autre part, cela complique la sortie en termes de génération de signal. L'idée du multiplexage de signaux est qu'une sortie de segment est responsable de l'affichage de deux segments ou plus.
Si dans un indicateur avec un signal commun un segment est contrôlé en permanence, alors pendant le multiplexage, le nombre d'intervalles de temps lorsqu'un segment est contrôlé est divisé par le nombre de signaux communs. C'est-à-dire que les segments avec le signal commun COM1 sont d'abord contrôlés (affichés ou éteints), dans l'intervalle de temps suivant les segments connectés au signal commun COM2, etc., sont contrôlés par le nombre de signaux communs.
Étant donné que les intervalles de temps lorsqu'un segment est contrôlé sont réduits, le temps de son affichage est en conséquence réduit, et les signaux les plus courants, plus le contraste de l'image dans son ensemble est faible.
Au lieu d'un simple méandre avec plusieurs signaux communs, il est nécessaire d'appliquer des signaux d'une forme spéciale avec des tensions intermédiaires. Des tensions intermédiaires sont nécessaires pour répondre aux deux exigences que j'ai décrites ci-dessus.
J'ai tourné une courte vidéo où vous pouvez voir sur un oscilloscope des oscillogrammes d'une horloge réelle avec une électrode commune et une calculatrice avec trois électrodes communes.
Cela fait partie du circuit de calcul de l'électronique MK-62. L'indicateur utilise trois électrodes communes. Le schéma montre le câblage des électrodes communes et segmentées.
Le schéma complet est disponible
ici .
Pour plus de commodité, j'ai épanoui le domaine de responsabilité des électrodes courantes. Dans le diagramme, les électrodes communes sont désignées par O1, O2 et O3.
J'ai également coloré les segments, de sorte qu'il était pratique de voir quels segments sont responsables des conclusions des segments.
Les diagrammes de la forme d'impulsion des signaux appliqués au segment et les conclusions générales semblent effrayants à première vue. Mais si vous regardez, vous pouvez comprendre comment cela fonctionne:
Les trois premiers tracés correspondent à des électrodes communes. Je les ai épanouis selon la figure de l'indicateur dans le diagramme.
Nous ne nous intéresserons qu'aux «étagères» colorées de signaux dont les niveaux sont au sommet des formes d'onde. Ce sont les moments où les sorties segmentées sont contrôlées (affichées ou désactivées).
Dans ces diagrammes, on voit que d'abord, en bas, "O2" fonctionne, puis O1, puis O3. Après cela, les étagères de la même manière (uniquement en haut), d'abord à O2, puis à O1 puis à O3. Ils alternent donc en observant l'état de la tension alternative.
Maintenant que les diagrammes des signaux communs sont «déchiffrés», vous pouvez regarder les diagrammes des signaux de segment, que j'ai également peints. Ces tracés proviennent de l'affichage réel sur l'indicateur du chiffre 0. (avec un point) dans la première familiarité.
La forme des impulsions du segment et des signaux communs est sélectionnée avec le calcul de la satisfaction de la première exigence - la tension entre les électrodes doit être égale à trois volts. Les cristaux liquides et les filtres polarisants sont conçus pour être affichés uniquement à trois volts, et si la tension est inférieure, les segments ne seront pas visibles.
Vous pouvez déterminer indépendamment quels segments spécifiques seront affichés ou s'éteindre lorsque les signaux communs correspondants arriveront.
Maintenant - après avoir compris le principe de mappage des segments, vous pouvez créer un décodeur assez simple.
Quand j'ai écrit qu'une tension alternative doit être appliquée entre les électrodes, c'est vrai et correct, mais uniquement du point de vue des électrodes. Nous profitons de la découverte du grand Einstein, qui dit: «tout est relatif», et nous nous attachons à l'un des pôles du signal (négatif). Tous les autres niveaux deviendront automatiquement positifs.
Dans le diagramme ci-dessus, les développeurs se sont déjà éloignés d'une tension multipolaire et ont émis des signaux avec des niveaux de 0 et -3 volts.
Étant donné que la logique de notre appareil est positive, nous supposerons que la tension indiquée dans le circuit sous la forme de -3 volts dans notre circuit sera nulle et que la tension de 0 volts est majorée de trois volts.
Dans notre schéma, lorsque l'étagère inférieure arrivera, ce sera 0 volt (le signal GND est mis à la terre). Lorsque l'étagère du haut arrive, c'est +3 volts. Et les tensions restantes sont faites pour former une sinusoïde, et nous les ignorerons.
Nous devons appliquer deux comparateurs. Le comparateur fonctionne simplement: il a deux entrées (positive et négative) et une sortie. Lorsque la tension à l'entrée positive est supérieure à la négative, on apparaît à la sortie, et vice versa - lorsque la tension à la sortie positive est inférieure au négatif, la sortie est nulle.
Le premier comparateur (ligne verte) suivra l'arrivée de l'étage supérieur du signal global. Le deuxième comparateur (ligne rouge) suivra l'arrivée du signal de segment. Le niveau de ligne verte est appliqué à l'entrée négative du premier comparateur, et le niveau de ligne rouge est appliqué à l'entrée négative du deuxième comparateur. Sur les entrées positives des comparateurs, respectivement, un signal commun et un signal de segment sont fournis. Le niveau du signal général est sélectionné en haut, et le niveau du segment en bas - afin de «capturer» le moment où le segment est affiché (les mêmes 3 volts). Dans d'autres cas, il ne s'affiche pas. Faites attention au diagramme le plus bas dans le schéma de la calculatrice - ces moments où les autres segments ne sont pas allumés - là, les signaux n'atteignent ni le niveau supérieur ni le niveau inférieur.
Par conséquent, au moment de la ligne verticale jaune aux sorties des comparateurs, nous attraperons trois volts de la différence entre les signaux lorsque le segment est activé et 0 volts lorsqu'il ne l'est pas.
Nous avons donc saisi l'instant où le segment souhaité est affiché (ou éteint). Maintenant, ce moment doit être fixé. Pour corriger ce moment, nous utiliserons un registre avec un type de verrou 74HC374. À l'entrée du registre, nous donnons un signal du comparateur n ° 2, où le signal de segment a été suivi, et à l'entrée d'horloge du verrou, sortie du comparateur n ° 1, où l'unité logique démarrera au moment de l'arrivée du signal commun dont nous avons besoin.
Après que le registre ait cliqué sur le saut positif de l'entrée CLK, le signal ne changera pas à sa sortie jusqu'à la nouvelle arrivée de l'étagère positive du signal commun dont nous avons besoin.
Pour suivre un segment (que ce soit un symbole de flocon de neige), le diagramme ressemblera à ceci:
Ici, dans le diagramme, le comparateur U1 surveille la plage inférieure du signal de segment, dont le niveau sera inférieur à celui réglé sur la résistance variable RP1, et met zéro à sa sortie. Le deuxième comparateur surveille l'arrivée de l'étagère supérieure du signal commun et verrouille le registre avec un front positif.
Le condensateur C1 est nécessaire pour retarder un peu la détection du niveau général et pour décaler le moment de la fixation non pas au tout début du niveau général (à ce moment le segment peut être en retard ou il y aura des transitoires), mais un peu plus tard (sur la figure il y a une ligne jaune au milieu du plateau). La sortie du registre sera un zéro logique lorsque le segment est affiché et une unité logique lorsque le segment n'est pas affiché.
Un tel schéma est nécessaire pour détecter chaque segment. La principale complexité d'un tel schéma est qu'un comparateur séparé est requis pour chaque segment et signal commun, et le nombre de sorties de registre est égal au nombre de segments. Mais d'un autre côté, tous ces comparateurs et registres valent désormais un sou.
Afin de simplifier le travail et de vérifier l'opérabilité de tout ce que j'ai écrit, j'ai réalisé une petite écharpe sur laquelle j'ai étalé plusieurs comparateurs et registres.
Schéma:
habrastorage.org/webt/wk/1i/kg/wk1ikgqdavyjnxcqsqlr2174jke.jpegLa description du circuit est la même que pour un segment, multipliée uniquement par 16 segments et un ou deux signaux communs (le nombre est sélectionné par un cavalier).
La carte fournit des entrées et sorties de transit de niveaux de puissance et de comparateur pour économiser sur les détails et la configuration.
Voici une autre vidéo qui décrit le fonctionnement de cette carte et montre comment fonctionne la détection:
Détecter une calculatrice n'est intéressant qu'à des fins académiques, et pour moi, sur la base de ces cartes, j'ai fait un véritable appareil - une horloge LED basée sur l'horloge soviétique Electronics 55.
Il y a beaucoup de segments dans la montre et j'ai dû utiliser quatre planches.
Ces cartes permettent également de multiplexer les sorties des registres. C'est-à-dire que les sorties de chaque registre peuvent être combinées en un bus 8 bits. Les cartes permettent de désactiver les sorties (jambe 1 à chaque registre). Pour désactiver, une unité logique est fournie à chaque registre (par exemple, à partir d'une puce de multiplexeur de type 74HC137), et au registre duquel les données doivent être supprimées - un zéro logique. Ensuite, en choisissant alternativement le registre souhaité, vous pouvez lire les données du bus LCD, par exemple, avec un autre microcontrôleur, puis les traiter à votre gré. De plus, la sélection peut être effectuée de manière asynchrone à partir du circuit de décodage à n'importe quelle vitesse.
C'est ainsi que vous pouvez lire les informations de l'écran LCD et les utiliser à vos propres fins. Merci de votre attention.