Neste artigo, falarei sobre como o monitor de cristal líquido (LCD) funciona em termos de sinais, como decodificar e usar esses sinais para seus próprios fins.
Às vezes, surgem dúvidas sobre o funcionamento do LCD. Por exemplo, a tela do dispositivo fluiu e não há nada para substituir:
Ou a tela LCD é muito pequena, não é visível no escuro e a tarefa é converter a saída em vez do LCD em um LED ou outro monitor.
Também encontrei um problema: existe um ar condicionado e, para melhorar suas características operacionais, é necessário ligar um ventilador adicional quando o símbolo “floco de neve” aparecer na tela.
Eu acho que você pode apresentar muitos desses problemas, e a tarefa geral é aprender a decodificar as informações exibidas no LCD e usá-las para a finalidade pretendida.
Os indicadores de cristal líquido, devido às suas características físicas, exigem o cumprimento de dois requisitos principais:
- A tensão entre os eletrodos deve ser de pelo menos três volts.
- É necessário aplicar tensão alternada aos eletrodos sem nenhum componente CC.
Se você não atender ao primeiro requisito e aplicar uma tensão menor que 3 volts entre os eletrodos comuns e de segmento, o segmento simplesmente não será visível.
Se o segundo requisito não for atendido, o indicador poderá se degradar rapidamente (os cristais líquidos se deteriorarão). Os indicadores dos primeiros problemas sofreram muito com a falha no cumprimento do segundo requisito, e poderia haver uma situação em que o usuário sempre tivesse tempo no indicador quando a bateria acabasse.
O LCD usa eletrodos comuns e de segmento. Os eletrodos de segmento estão localizados em um lado do LCD, comum - do lado oposto. Entre eles estão cristais líquidos. Se uma tensão alternada for aplicada, os cristais líquidos mudarão seu plano de polarização e, levando em consideração os filtros de polarização nas laterais do indicador, não passarão a luz por si mesmos e o segmento será exibido em preto.
Aqui está uma fotografia de um indicador de calculadora onde os eletrodos são visíveis.
Como eu disse, uma tensão alternada deve ser aplicada entre o segmento e os eletrodos comuns. Sua frequência deve ser superior a 30 hertz. Em vez de um sinusóide, são dados sinais de uma forma especial ou de um meandro (um meandro é um sinal periódico de uma forma retangular na qual as durações e pausas do pulso são iguais), que também pode ser considerado, com alguma suposição, um sinusóide simplificado.
Os LCDs mais simples têm um eletrodo comum. O número de conclusões no indicador é igual ao número de segmentos mais a produção total.
Um meandro é alimentado para a conclusão geral. Mas nos segmentados - também um meandro. A diferença é que, se o segmento deve ser exibido, o pulso e o intervalo (fase, relativo ao sinal do eletrodo comum) são trocados. Se o segmento não deve ser exibido, as fases coincidem.
Do ponto de vista do indicador, quando as fases coincidem, a tensão entre os eletrodos é sempre 0 volts. E se as fases não coincidem, então entre os eletrodos a tensão está sempre alternando e igual a 3 volts.
A saída para o indicador com um eletrodo comum é bastante simples, mas se o número de segmentos for grande, os custos da fiação do indicador e da reserva do número correspondente de portas de saída no controlador aumentam de acordo.
Para reduzir o número de segmentos, dois ou mais eletrodos comuns são usados. Por um lado, isso reduz significativamente o número de saídas de segmento, mas, por outro lado, complica a saída em termos de geração de sinal. A ideia na multiplexação de sinal é que uma saída de segmento seja responsável por exibir dois ou mais segmentos.
Se em um indicador com um sinal comum um segmento é constantemente controlado, durante a multiplexação, o número de intervalos de tempo em que um segmento é controlado é dividido pelo número de sinais comuns. Ou seja, os segmentos com o sinal comum COM1 são controlados primeiro (exibidos ou desativados), nos próximos intervalos de intervalo de tempo conectados ao sinal comum COM2, etc., são controlados pelo número de sinais comuns.
Como os intervalos de tempo em que um segmento é controlado são reduzidos, o tempo de sua exibição é reduzido e, quanto mais sinais comuns, menor o contraste da imagem como um todo.
Em vez de um simples meandro com vários sinais comuns, é necessário aplicar sinais de uma forma especial com tensões intermediárias. Tensões intermediárias são necessárias para cumprir os dois requisitos que descrevi acima.
Eu gravei um pequeno vídeo em que você pode ver em um osciloscópio os oscilogramas de um relógio real com um eletrodo comum e uma calculadora com três eletrodos comuns.
Isso faz parte do circuito da calculadora eletrônica MK-62. O indicador usa três eletrodos comuns. O diagrama mostra a fiação dos eletrodos comuns e do segmento.
O esquema completo está disponível
aqui .
Por conveniência, floresci a área de responsabilidade dos eletrodos comuns. No diagrama, os eletrodos comuns são designados como O1, O2 e O3.
Também pintei os segmentos, para que fosse conveniente ver quais segmentos são responsáveis pelas conclusões do segmento.
Diagramas da forma de pulso dos sinais aplicados ao segmento e conclusões gerais parecem assustadores à primeira vista. Mas se você olhar, poderá entender como isso funciona:
As três primeiras parcelas correspondem a eletrodos comuns. Floresceu-os de acordo com a figura do indicador no diagrama.
Estaremos interessados apenas nas “prateleiras” coloridas de sinais cujos níveis estão no topo das formas de onda. Estes são os momentos em que as saídas segmentadas são controladas (exibidas ou desligadas).
Nestes diagramas, vê-se que primeiro, na parte inferior, “O2” funciona, depois O1, depois O3. Depois disso, as prateleiras da mesma maneira (apenas na parte superior), primeiro no O2, depois no O1 e depois no O3. Então eles se alternam, observando a condição de tensão alternada.
Agora que os diagramas de sinais comuns são "decifrados", você pode ver os diagramas de sinais de segmento, que também pintei. Esses gráficos são da exibição real no indicador do dígito 0. (com um ponto) na primeira familiaridade.
A forma dos pulsos do segmento e dos sinais comuns é selecionada com o cálculo do cumprimento do primeiro requisito - a tensão entre os eletrodos deve ser igual a três volts. Cristais líquidos e filtros polarizadores são projetados para serem exibidos apenas em três volts e, se a tensão for menor, os segmentos não serão visíveis.
Você pode descobrir independentemente quais segmentos específicos serão exibidos ou apagados quando os sinais comuns correspondentes chegarem.
Agora - depois de descobrirmos o princípio do mapeamento de segmentos, você pode criar um decodificador bastante simples.
Quando escrevi que uma tensão alternada deve ser aplicada entre os eletrodos, isso é verdadeiro e correto, mas apenas do ponto de vista dos eletrodos. Aproveitamos a descoberta do grande Einstein, que diz: "tudo é relativo" e nos ligamos a um dos pólos de sinal (negativo). Todos os outros níveis se tornarão automaticamente positivos.
No diagrama acima, os desenvolvedores já se afastaram de uma tensão multipolar e emitiram sinais com níveis de 0 e -3 volts.
Como a lógica do nosso dispositivo é positiva, assumiremos que a tensão mostrada no circuito como -3 volts em nosso circuito será zero e a tensão de 0 volts é mais três volts.
Em nosso esquema, quando a prateleira inferior chegar, ela será 0 volts (o sinal GND está aterrado). Quando a prateleira superior chega, são +3 volts. E as tensões restantes são feitas para formar um sinusóide, e nós as ignoraremos.
Precisamos aplicar dois comparadores. O comparador funciona de maneira simples: possui duas entradas (positiva e negativa) e uma saída. Quando a tensão na entrada positiva é maior que a negativa, uma aparece na saída e vice-versa - quando a tensão na saída positiva é menor que a negativa, a saída é zero.
O primeiro comparador (linha verde) acompanhará a chegada da prateleira superior do sinal geral. O segundo comparador (linha vermelha) rastreará a chegada do sinal do segmento. O nível da linha verde é alimentado na entrada negativa do primeiro comparador e o nível da linha vermelha é alimentado na entrada negativa do segundo comparador. Nas entradas positivas dos comparadores, respectivamente, um sinal comum e um sinal de segmento são fornecidos. O nível do sinal geral é selecionado na parte superior e o nível do segmento na parte inferior - para "capturar" o momento em que o segmento é exibido (os mesmos 3 volts). Noutros casos, não é apresentado. Preste atenção ao diagrama mais baixo no esquema da calculadora - aqueles momentos em que os outros segmentos não estão acesos - lá os sinais não atingem o nível superior ou o inferior.
Como resultado, no momento da linha vertical amarela nas saídas dos comparadores, capturaremos três volts da diferença entre os sinais quando o segmento estiver ligado e 0 volts quando não estiver ligado.
Então, capturamos o momento em que o segmento desejado é exibido (ou extinto). Agora, esse momento precisa ser corrigido. Para corrigir esse momento, usaremos um registro com um tipo de trava 74HC374. Para a entrada de registro, damos um sinal do comparador n ° 2, onde o sinal do segmento foi rastreado, e para a entrada de relógio da trava, saída do comparador n ° 1, onde a unidade lógica começará no momento da chegada do sinal comum de que precisamos.
Após o registro clicar no salto positivo da entrada CLK, o sinal não será alterado em sua saída até a nova chegada da prateleira positiva do sinal comum de que precisamos.
Para rastrear um segmento (seja um símbolo de floco de neve), o diagrama ficará assim:
Aqui, no diagrama, o comparador U1 monitora a prateleira inferior do sinal do segmento, cujo nível será menor que o definido no resistor variável RP1 e define zero em sua saída. O segundo comparador monitora a chegada da prateleira superior do sinal comum e trava o registro com uma margem positiva.
O capacitor C1 é necessário para atrasar um pouco a detecção do nível geral e mudar o momento da fixação não no início do nível geral (neste momento o segmento 1 pode estar atrasado ou haverá alguns transientes), mas um pouco mais tarde (na figura há uma linha amarela no meio da prateleira). A saída do registro será um zero lógico quando o segmento for exibido e uma unidade lógica quando o segmento não for exibido.
Esse esquema é necessário para detectar cada segmento. A principal complexidade desse esquema é que é necessário um comparador separado para cada segmento e sinal comum, e o número de saídas de registro é igual ao número de segmentos. Mas, por outro lado, todos esses comparadores e registros valem um centavo.
Para simplificar o trabalho e verificar a operacionalidade de tudo o que escrevi, fiz um pequeno cachecol no qual espalhei vários comparadores e registros.
Diagrama esquemático:
habrastorage.org/webt/wk/1i/kg/wk1ikgqdavyjnxcqsqlr2174jke.jpegA descrição do circuito é igual à de um segmento, multiplicado apenas por 16 segmentos e um ou dois sinais comuns (o número é selecionado por um jumper).
A placa fornece entradas e saídas de trânsito dos níveis de energia e comparador para economizar detalhes e configuração.
Aqui está outro vídeo que descreve a operação desta placa e mostra como a detecção funciona:
Detectar uma calculadora é interessante apenas para fins acadêmicos e, para mim, com base nessas placas, criei um dispositivo real - um relógio de LED baseado no relógio 55 da Soviet Electronics.
Existem muitos segmentos no relógio, e eu tive que usar quatro pranchas.
Essas placas também permitem multiplexar as saídas dos registradores. Ou seja, as saídas de cada registrador podem ser combinadas em um barramento de 8 bits. As placas permitem desativar saídas (perna 1 em cada registro). Para desabilitar, uma unidade lógica é fornecida para cada registro (por exemplo, de um chip multiplexador do tipo 74HC137) e um zero lógico é enviado ao registro do qual os dados devem ser removidos. Em seguida, escolhendo alternadamente o registro desejado, você pode ler os dados do barramento de LCD, por exemplo, com outro microcontrolador e processá-los a seu critério. Além disso, a seleção pode ser feita de forma assíncrona a partir do circuito de decodificação a qualquer velocidade.
É assim que você pode ler as informações do LCD e usá-las para seus próprios fins. Obrigado pela atenção.