1, ארכיטקטורת חומרה: מנהלי התקנים מרובי יחידות וסנכרון אותות
התצוגה מרובת יחידות של LCD מפולח מסתמכת על עיצוב רב COM (קצה משותף) ו-multi SEG (קצה מקטע) ברמת החומרה. אם ניקח לדוגמא מסך קוד פלח LCD בן 4-ספרות, הוא מכיל בדרך כלל 4 יציאות COM ומספר יציאות SEG בפנים, כאשר כל שילוב COM-SEG מתאים ליחידת תצוגה (כגון ספרה או סמל יחידה). לדוגמה, דגם מסוים של מסך קוד מקטע מניע 4 ביטים דיגיטליים דרך 4 יציאות COM, תוך שימוש ביציאות SEG נוספות כדי לשלוט בתצוגה של סמלי יחידות (V/A/Hz).
פרמטרי חומרה מרכזיים:
חובה: קבע את מספר יציאות ה-COM. לדוגמה, 1/4 Duty פירושו ש-4 יציאות COM מונעות לסירוגין, כאשר לכל יציאה יש מחזור עבודה של 25%, מתאים לתצוגה בת 4 ספרות.
BIAS (Bias Ratio): משפיע על ניגודיות ומתח הנעה. 1/3 BIAS פירושו שמתח ההנעה הוא 1/3 ממתח ההפעלה, מה שיכול להפחית את צריכת החשמל ולשפר את יציבות התצוגה.
יציבות מתח: מולקולות גביש נוזלי צריכות להיות מונעות על ידי אותות AC, והטיית DC יכולה לגרום לטשטוש תצוגה. לדוגמה, פרויקט מסוים משתמש במיקרו-בקר STM32F103C8T6 כדי ליצור אותות גל ריבועי AC מדויקים באמצעות טיימר, המבטיח הפרש מתח יציב של 3.3V והימנעות מהזדקנות של מולקולות גביש נוזלי.
תרחישי יישום אופייניים:
ציוד ניטור כוח: הוא צריך להציג פרמטרים כמו מתח (V), זרם (A) והספק (W) בו זמנית. מד חכם מסוים מאמץ מסך קוד מקטע של 8 סיביות, המציג באופן סינכרוני 4 קבוצות של מספרים (כגון 220V, 5.6A) ו-3 סמלי יחידות דרך 8 יציאות COM ו-32 יציאות SEG.
מוניטור רפואי: בעת הצגת פרמטרים כגון קצב לב (bpm) וחמצן בדם (SpO2%), יש להבחין בין סוגי נתונים שונים באמצעות יציאות COM מרובות. לדוגמה, דגם מסוים של צג מאמץ עיצוב 1/8 Duty, התומך בשליטה עצמאית של 8 ספרות ו-4 סמלי יחידות.
2, לוגיקה של מנהל ההתקן: סריקה דינמית ומיפוי נתונים
יש להשיג את התצוגה מרובת יחידות ה-LCD עם קוד מקטע באמצעות סריקה דינמית. ההיגיון המרכזי הוא לעשות שימוש חוזר ביציאות COM בשיתוף-זמן, להחליף במהירות תוכן תצוגה ולנצל את האפקט המתמשך של תפיסה חזותית אנושית כדי ליצור תמונות יציבות. השלבים הספציפיים הם כדלקמן:
מיפוי נתונים: המר את המספרים וסמלי היחידות שיוצגו לנתוני קוד פלח. לדוגמה, קוד הקטע של המספר "8" הוא 0x7F (מקביל לקטעים מוארים במלואם a-g), וקוד הקטע של היחידה "V" הוא 0x01 (רק קטע a מואר).
סריקה דינמית: הפעל את יציאות ה-COM במחזור קבוע (כגון 1ms) ושלח נתוני SEG תואמים. לדוגמה, בתצוגה בת 4 ספרות, COM1-COM4 מופעל לסירוגין, ומעדכן רק את המספר והיחידה המתאימים ליציאת ה-COM הנוכחית בכל פעם.
בקרת ניגודיות: מטב את ביצועי התצוגה על ידי התאמת מתח הנסיעה או מחזור העבודה. לדוגמה, בסביבת אור חזקה, פרויקט מסוים התאים את ה-BIAS מ-1/3 ל-1/4, הגדיל את הניגודיות ל-1500:1, והבטיח שסמלי היחידה יהיו ברורים ומובחנים.
3, תכנות תוכנה: ריבוי משימות ניהול ועדכון נתונים
הטמעת התוכנה של תצוגה מרובת יחידות צריכה להתמודד עם שני אתגרים עיקריים:-נתונים בזמן אמת וסנכרון תצוגה. להלן אסטרטגיות אופטימיזציה מרכזיות:
סריקה מונעת פסיקה: שימוש בפסיקות טיימר כדי להשיג סריקה תקופתית ולהימנע מחסימת תוכנית ראשית. לדוגמה, פרויקט מגדיר פסיקת טיימר של 1ms, אשר מעדכנת נתונים עבור יציאת COM אחת בכל פעם ומשלים רענון מסך מלא תוך 4ms.
מנגנון חציצה כפול: שימוש בשני מאגרי תצוגה (קדימה/רקע), מאגר החזית משמש לתצוגה הנוכחית, ומאגר הרקע משמש לעדכוני נתונים. לאחר השלמת העדכון, העבר את המאגר דרך הדגל כדי למנוע הבהוב הנגרם על ידי מוטציות נתונים במהלך תהליך הסריקה.
החלפה דינמית של סמלי יחידות: טען סמלי יחידות באופן דינמי על סמך סוגי פרמטרים. לדוגמה, בתרחישי מדידת תדר, כאשר אות הכניסה מזוהה כגל ריבועי, היחידה עוברת אוטומטית מ-"V" ל-"Hz".
מארז: מד תדר אינטליגנטי
פרויקט מבוסס על שבבי דרייבר STM32F103 ו-HT1621 להשגת מדידה ותצוגה של תדר גל ריבוע. תהליך התוכנה הוא כדלקמן:
מדידת תדר: השתמש בטיימר כדי ללכוד את הקצה העולה של אות הקלט, לחשב את התקופה ולהמיר אותה לערך תדר.
פירוק נתונים: פירוק ערכי תדר לאלפי, מאות, עשרות ויחידות של ספרות.
שיפוט היחידה: אם התדר גדול מ-1kHz, היחידה תציג "kHz"; אחרת, הצג 'Hz'.
עדכון תצוגה: שלח את נתוני הקוד המספרי והיחידה ל-HT1621 דרך ממשק SPI, והניע את ה-LCD בן 4 הספרות לעדכון סינכרוני.
4, אסטרטגיית אופטימיזציה: שפר את איכות התצוגה והאמינות
עיצוב נגד הפרעות: בסביבות אלקטרומגנטיות חזקות (כגון אתרים תעשייתיים), משתמשים בחוטים מסוככים לחיבור LCD ו-MCU, ומוסיפים סינון חרוזים מגנטיים בקצה אספקת החשמל כדי להפחית הפרעות רעש.
פיצוי טמפרטורה נמוכה: ב-20 מעלות, הירידה בפעילות מולקולת הגביש הנוזלי עלולה להוביל לירידה בניגוד. על ידי הגדלת מתח ההנעה (כגון מ-3.3V ל-3.6V) או הוספת לוגיקת חימום מראש (הצגה עם ניגודיות נמוכה באתחול וחזרה הדרגתית לערכים רגילים), ניתן לפתור את הבעיה.
אופטימיזציה של צריכת חשמל נמוכה: במכשירים המופעלים על ידי סוללה, מאמצת אסטרטגיה של התאמה דינמית של תדר הסריקה. לדוגמה, כאשר אין פעולה, הפחתת תדר הסריקה מ-1kHz ל-100Hz מפחיתה את צריכת החשמל ב-90%, תוך שמירה על תוכן התצוגה באמצעות מעגלי החזקת חומרה.
