ДРАЙВЕР ЖК ДИСПЛЕЯ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ДЕТАЛЯХ и ПРИНЦИП РАБОТЫ ЖК ИНДИКАТОРА

Очень кратко рассмотрим принцип работы ЖКиндикатора, чтобы понять, какие требования предъявляются к схеме и программе. Мы используем простой и очень распространенный индикатор ИЖЦ214/7, но можно использовать и любой другой индикатор с одной подложкой, работающий как на отражение, так и с подсветкой. На рисунке 38 схематически изображен в разрезе один сегмент.

Индикатор представляет собой герметическую структуру, в которой промежуток между электродом подложки и электродом сегмента заполнен специальной рабочей жидкостью, молекулярные структуры которой способны вращаться в электрическом поле. Для начала переориентации молекул достаточно очень небольшой разности потенциалов, обычно менее одного вольта.

Электроды подложки и сегментов стараются сделать максимально прозрачными, напыляя тончайший проводящий слой на стекло. Чаще всего используются соединения титана и, в последнее время, проводящие полимеры.

Мы рассматриваем структуру индикатора, работающего в отраженном свете. В исходном состоянии, когда сегмент не активизирован, свет проходит через первую поляризующую пленку, наклеенную на внешнюю поверхность стекла и поляризуется. Далее он проходит через слой неактивной рабочей жидкости, которая разворачивает плоскость поляризации светового потока на 90°. Благодаря тому, что плоскость поляризации светового потока развернулась, он проходит через вторую поляризующую пленку, отражается от светоотражателя на задней стенке и возвращается обратно. Когда к электродам приложено напряжение, рабочая .жидкость активируется. В этом случае свет, пройдя через первую поляризующую пленку, поляризуется. Но при прохождении через активированную рабочую жидкость плоскость поляризации светового потока не разворачивается. Поэтому, достигнув задней поляризующей пленки, свет не может через нее проникнуть и отразиться от отражателя. В этом месте мы видим черный сегмент. Иначе говоря, чтобы сегмент стал активным, почернел, на него надо подать напряжение.

Существуют ЖКиндикаторы, работающие не на отраженном свете, а на просвет, а также индикаторы смешанного типа. Это, например, всем известные ЖКмониторы ноутбуков и дисплеи карманных компьютеров с отключаемой подсветкой. Устройство этих мониторов значительно сложнее, но базовый принцип один и тот же.

К сожалению, в использовании ЖКиндикаторов есть важные ограничения, порождающие большие сложности. Самое главное из них состоит в том, что категорически запрещается прикладывать к электродам напряжение постоянной полярности. В этом случае начнется электролитическая диссоциация рабочей жидкости и, в некоторых случаях, разрушение напыленных проводников. Индикатор очень быстро выйдет из строя. Поэтому на практике применяют чередование высокого и низкого уровней на подложке и электродах. При этом уровень на активном сегменте меняется в противофазе к уровню подложки, благодаря чему постоянно инвертируется полярность приложенного к электродам напряжения. На неактивном сегменте уровень переключается синфазно с подложкой, поэтому для него разность потенциалов всегда равна нулю. Диаграммы рабочего процесса показаны на рисунке 39.

На частоту изменения уровней тоже есть ограничения. С одной стороны, частота не должна быть слишком маленькой, чтобы за один полу период не успевала начаться диссоциация С другой стороны, рабочая жидкость обладает инерционностью и при слишком высокой частоте ее молекулы не будут успевать переориентироваться в электрическом поле.

На практике обычно достаточно, чтобы частота переключений составляла 100...200 Герц. Для уменьшения числа выводов сегменты соединяют в группы, применяют несколько подложек и/или подают на них ступенчатое напряжение с несколькими уровнями. При этом напряжение на сегментах также меняется ступенчато, по достаточно сложному принципу, который невозможно реализовать простейшими методами. В этом случае применяют либо микроконтроллеры со встроенными драйверами ЖКИ, либо специальные микросхемы контроллеров ЖКИ.

Кроме постоянного напряжения, на ЖКИ разрушающе действуют прямые солнечные лучи, вызывающие деструкцию молекул рабочей жидкости. При охлаждении очень сильно возрастает инерционность ЖКИ, поэтому существуют специальные прозрачные подогревающие пленки, которые наклеивают на внешнюю поверхность индикатора, если он должен работать на холоде.

К счастью, ЖК индикаторы нормально работают при подаче на выводы ТТЛуровней, поэтому выводы индикатора можно подключать прямо к выводам микросхем. Количества выводов микроконтроллера PIC16F84 недостаточно для подключения индикатора напрямую. Поэтому принято решение выводить данные в последовательном виде и преобразовывать их в параллельный вид при помощи последовательнопараллельных сдвиговых регистров КР1533ИР24 (74LS299). В этом случае для вывода информации задействованы только два вывода микроконтроллера: вывод данных и вывод строба. Еще один вывод используется для управления уровнем на подложке индикатора. Причем разрядность индикатора может быть очень большой и ограничивается только разумным количеством компонентов.

Это схемное решение также подходит для других случаев преобразования последовательного кода в параллельный. Например, таким образом можно управлять большим числом семисегментных светодиодных индикаторов и даже выводить информацию на принтер. Разумеется, существуют специальные микросхемы, управляющие ЖК индикаторами. Но стоимость контроллера ЖКИ с шиной PC производства Philips при доставке почтой в регионы России составляет около 8 долларов, а стоимость четырех регистров КР1533ИР24, продающихся везде, около 6 рублей. Думается, что для радиолюбителя или при мелкосерийном производстве второй вариант предпочтительнее.

На рис. 310 показана цоколевка индикатора ИЖЦ214/7, а на рис. 311 внешний вид макетной платы модуля индикации (контроллер расположен на другой плате).

Принципиальная электрическая схема показана на рисунке 312. Выводы микроконтроллера, к которым подключены выводы модуля индикации, выбраны произвольно и совпадают с выводами, задейст воваными в схеме часовтермометра, описанной ниже.

Принципиальная электрическая схема модуля индикации

Схема чрезвычайно проста и не требует особых комментариев. Источник питания +5В может быть любым и на схеме не показан.

В соответствии со схемой, первым выгружается старший бит первого знакоместа, и далее по порядку. После выгрузки всех восьми бит первого знакоместа выгружается старший бит второго знакоместа и т.д. Таким образом, старший бит первого знакоместа последовательно проходит по всем регистрам, пока не достигнет своего разряда. Благодаря инерционности ЖКИ, мерцания сегментов во время загрузки не заметно. Если использовать светодиодные индикаторы, то мерцание будет заметным и потребуется применять гашение индикатора на время загрузки. Для этого можно, например, задействовать еще один вывод микроконтроллера и на время загрузки переводить выходы регистров в высокоимпедансное состояние.

КАК РАБОТАЕТ ПРОГРАММА, ПРИВЕДЕННАЯ В ЛИСТИНГЕ 7

После сброса контроллера происходит настройка портов ввода вывода и включаются встроенные подтягивающие резисторы. Затем выполняется демонстрационный фрагмент, в котором значения индицируемых чисел конвертируются в коды отображения при помощи подпрограммы табличной перекодировки и записываются в ячейки ОЗУ под именами digit.1 ...digit4. Нормально работающая программа отображает на индикаторе "1234", как показано на рисунке 311. Если вы будете использовать приведенную схему и программу для своих целей, то вместо демонстрационного фрагмента должны поместить в указанное место свой программный код, который будет формировать значения для digit 1 ...digit4.

Чтобы включить разделительную точку, надо дополнительно установить в 1 старший, 7й бит соответствующего знакоместа

Не забывайте, что ЖКИ требует регулярной инверсии уровня на подложке относительно электродов активных знакомест. Чрезмерно долгое удержание статичных уровней приводит к постепенной порче индикатора. Исполнение вашего программного кода может надолго прерывать обработку индикатора. Чтобы этого не происходило, при необходимости вызывайте подпрограмму отображения символов в процессе исполнения промежуточного кода и следите, чтобы индикатор циклически обрабатывался, когда ваша программа находится в режиме ожидания внешнего воздействия. В качестве примера можете рассмотреть описание следующей конструкции часовтермометра в которой использован описываемый модуль ЖКИ.

Когда числовые значения для индикации сформированы, вызывается подпрограмма обслуживания ЖКиндикатора ind_LCD. Она, используя подпрограмму битового загрузчика loader, побитно и поочередно выгружает данные из digit 1...digit4 в последовательные регистры и устанавливает уровень на подложке в ноль. Затем форми

руется задержка, необходимая для нормальной работы индикатора. После окончания задержки уровень на подложке устанавливается в 1, значения для индикации выгружаются вновь, но на этот раз инвертируются перед выгрузкой.

Таким образом, уровень на активных сегментах, которые заданы единицей в коде символа, всегда оказывается в противофазе с уровнем на подложке. Поэтому они видны на индикаторе. Уровень на неактивных сегментах всегда изменяется синфазно с уровнем на подложке, поэтому неактивные сегменты не видны.

После выгрузки инверсных значений вновь вызывается подпрограмма задержки. В нашей программе это необходимо для того, чтобы длительности индикации прямого и инверсного значений были симметричны. В вашем варианте программы, возможно, вторая задержка не понадобится, ее роль может играть ваш собственный код, который будет исполняться в промежутке между обращениями к индикатору. В любом случае надо стараться, чтобы сигнал на подложке по форме был максимально близок к меандру.