一, Grunderna för tekniskt samarbete: Köregenskaper och krav på analog signalbehandling för trasig LCD
1. Den drivande essensen av LCD med trasig kod: AC elektrisk fältkontroll
Varje displaysegment av en trasig LCD-kod består av transparenta elektroder, och dess arbetsprincip är baserad på de elektriska fältsvarsegenskaperna hos flytande kristallmolekyler: när en specifik frekvens och amplitud av AC elektriskt fält appliceras, ändras arrangemanget av flytande kristallmolekyler, och ljustransmittansen ändras i enlighet med detta, vilket uppnår visning. Denna egenskap ställer strikta krav på körsignalen:
Spänningsområde: vanligtvis 3V till 5V (TN-typ) eller högre (STN-typ kräver 10V eller högre);
Frekvenskrav: Den typiska drivfrekvensen är 32Hz till 256Hz för att undvika likströmskomponenter som orsakar elektrokemisk nedbrytning av den flytande kristallen;
Vågformens symmetri: Amplituden för positiva och negativa pulser måste vara strikt lika för att säkerställa att netto DC-förspänningen är noll.
2. Kärnuppgiften för analog signalbehandling
Den analoga signalbehandlingskretsen behöver utföra tre huvudfunktioner:
Signalkonditionering: Förstärk den svaga signalen som matas ut av sensorn (t.ex. termoelementsignal på mV-nivå) till det spänningsområde som krävs för att driva LCD-skärmen;
Brusdämpning: Eliminera strömfrekvensstörningar (50Hz/60Hz) eller högfrekvent brus genom filtreringskretsar;
Nivåomvandling: Konvertera icke-standardsignaler (som 0-10V industriella signaler) till logiska nivåer som känns igen av LCD-drivrutiner.
2, Nyckelkretsdesign: Komplett signalkedja från sensor till LCD
1. Signalupptagnings- och förstärkningskrets
Med temperaturmätningssystemet som exempel är den typiska signalkedjan följande:
Sensorgränssnitt: PT100 platinamotstånd är anslutet till konstantströmkällans krets genom ett tretrådssystem för att eliminera ledningsresistansfel;
Instrumentförstärkare: användning av operationsförstärkare med lågt-brus som AD620 för att förstärka små spänningsförändringar (som 0-100mV motsvarande 0-100 grader) till 0-5V;
Anti-aliasing-filtrering: Ett andra-butterworth låg-lågpassfilter (cut-off frekvens 10Hz) dämpar hög-frekvent brus och undviker samplingsaliasing.
2. Analog till digital konvertering och logisk bearbetning
ADC-val: 12-bitars SAR-typ ADC (som ADS7841) ger tillräcklig upplösning för att konvertera analoga signaler till digitala kvantiteter;
Bearbetning av mikrokontroller: STM32F103 och andra MCU:er omvandlar temperaturvärden till LCD-drivrutinskoder genom en uppslagstabellsmetod, samtidigt som de implementerar funktioner som övergränslarm;
Referensspänningskälla: Precisionsreferenskällor som ADR434 ger en referensspänning på 4,096V för att säkerställa ADC-omvandlingsnoggrannhet.
3. Generering av LCD-drivsignal
Specialiserat drivarchip: HT1621 och andra drivrutiner integrerar laddningspumpar, som kan öka 3,3V logisk spänning till 15V för att driva STN-typ LCD;
Generering av kommunikationsvågform: komplementära PWM-signaler matas ut genom MCU-timers, och fyrkantsvågor med den erforderliga frekvensen och arbetscykeln syntetiseras av den interna logiken hos det drivande chipet;
Bakplansskanning: Drivrutinchippet aktiverar COM-terminalen på ett tidsuppdelat-sätt och samarbetar med SEG-terminalsignalen för att uppnå flerbitsvisning.
4. Strömhanteringskrets
Flerspänningsdomändesign: LDO (som AM11117-3.3) tillhandahåller 3,3V digital strömförsörjning och laddningspump (som SGM3209) genererar -5V bakplansförspänning;
Drivrutin för bakgrundsbelysning: Boost-krets (som AP3603) ökar 5V-ingången till 18V för att driva LED-bakgrundsbelysning, stöder PWM-dimning för att minska strömförbrukningen.
3, Typiska tillämpningsscenarier: Praktiska fall av industriella instrument och medicinsk utrustning
1. Industriell tryckgivare
Signalkedja: piezoresistiv sensor → instrumenteringsförstärkare → 24 bitar Δ - ∑ ADC → MCU → LCD-drivrutin;
Nyckeldesign:
Använda en 4-20mA strömslinga för att överföra signaler och förbättra anti-interferenskapaciteten;
Drivkretsen har en inbyggd- temperaturkompensationskrets för att eliminera påverkan av temperaturförändringar på reaktionsegenskaperna hos den flytande kristallen;
Implementera digital filtrering genom programvara (som algoritm för glidande medelvärde) för att ytterligare förbättra skärmstabiliteten.
2. Bärbar elektronisk blodtrycksmätare
Signalkedja: piezoelektrisk sensor → laddningsförstärkare → bandpassfilter (0,5-5Hz) → ADC → MCU → LCD-drivrutin;
Nyckeldesign:
Använda en dubbel operationsförstärkararkitektur (som OPA2350) för att uppnå laddningsspänningsomvandling och förbättra signal-till-brusförhållandet;
Drivrutinchippet stöder partiella visningslägen, aktiverar endast blodtrycksrelaterade segment för att minska strömförbrukningen;
Integrerad övervakningskrets för att förhindra systemkrascher och skärmavvikelser.
4, Tekniska utmaningar och lösningar
1. Visa svarsfördröjning i låg-temperaturmiljö
Problem: Viskositeten hos den flytande kristallen ökar med sjunkande temperatur, vilket resulterar i längre svarstid;
Lösning:
Drivrutinchippet tillhandahåller överkörningsfunktion, applicerar en kort högspänning för att accelerera flytande kristallinriktningen under displayväxling;
Genom att använda flytande kristallmaterial med bred temperatur (som VA-typ) utökas arbetstemperaturområdet till -40 grader till +85 grader .
2. Visa förvrängda tecken orsakade av elektromagnetiska störningar
Problem: Brus som genereras av byte av strömförsörjning eller motorer kommer in i signalledningen genom rumslig koppling;
Lösning:
Placera TVS-dioder (som SMAJ5.0A) nära LCD-kontakten för att absorbera transient högspänning;
Använda magnetiska pärlor (som BLM18PG121SN1) för att isolera digitala och analoga strömförsörjningar;
Nyckelsignalledningen (som SEG-terminalen) är seriekopplad med ett 22 Ω-motstånd för att bilda ett RC-lågpassfilter.
3. Designoptimering med låg effekt
Problem: Bärbara enheter kräver lång-drift och är känsliga för strömförbrukning.
Lösning:
Drivrutinchippet stöder viloläge, och den statiska strömmen kan reduceras till under 1 μA;
Användning av reflekterande LCD (ingen bakgrundsbelysning krävs), kombinerat med omgivande ljussensor för att uppnå automatisk bakgrundsbelysningskontroll;
MCU går in i avstängningsläge och uppdaterar endast data genom RTC-tidsinställd väckning-.
