1. Изучить схему подключения жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) к микроконтроллеру.
2. Изучить особенности работы символьного ЖКИ.
3. Изучить особенность параллельной синхронной передачи данных.
4. Научится выводить на ЖКИ информацию.

2 Предварительная подготовка к работе

1. По конспекту лекций и рекомендуемой литературе изучить принцип работы символьного жидкокристаллического индикатора.
2. По конспекту лекций и рекомендуемой литературе изучить принцип работы параллельных портов ввода-вывода микроконтроллера.
3. Составить алгоритм работы программы, соответственно заданию.
4. Составить программу на языке программирования С.

3 Краткие теоретические сведения

3.1 Устройство и принцип работы символьного жидкокристаллического индикатора

В настоящее время в микропроцессорных системах для отображения широко используют жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) . Условно все ЖКИ можно разделить на две категории: символьные , или знакосинтезирующие, и графические . Графические индикаторы представляют собой матрицу из m строк и n столбцов, на пересечении которых находятся пиксели. Пиксель представляет собой неделимый объект прямоугольной или круглой формы, обладающий определённым цветом; пиксель – наименьшая единица растрового изображения. Если на определенный столбец и строку подать электрический сигнал, то пиксель на их пересечении изменит свой цвет. Подавая группу сигналов на столбцы и строки можно формировать по точкам произвольное графическое изображение. Так работает графический ЖКИ. В символьном же ЖКИ матрица пикселей разбита на подматрицы, каждая подматрица предназначена для формирования одного символа: цифры, буквы или знака препинания. Как правило, для формирования одного символа используют матрицу из восьми строк и пяти столбцов. Символьные индикаторы бывают одно-, двух- и четырехстрочными.

Для упрощения взаимодействия микропроцессорной системы и ЖКИ используют специализированную микросхему – контроллер (драйвер) ЖКИ. Он управляет пикселями жидкокристаллического дисплея и интерфейсной частью индикатора. Обычно такой контроллер входит в состав индикатора. В целом жидкокристаллический индикатор представляет собой печатную плату, на которой смонтирован сам дисплей, контроллер и необходимые дополнительные электронные компоненты. Внешний вид ЖКИ показан на рисунке ниже.

Рисунок 1 – Внешний вид жидкокристаллического индикатора

4 Задание к работе в лаборатории

4.1 Вывод символа на ЖКИ

1. Разработайте алгоритм программы, выводящей на экран ЖКИ ваше имя в заданной строке. Режим работы ЖКИ и номер строки определяется согласно варианту задания (таблица 2).
2. По принципиальной схеме учебного стенда LESO1 определите, к каким выводам микроконтроллера ADuC842 подключен ЖКИ. По таблице SFR определите адреса используемых портов ввода-вывода.
3. Разработайте и введите текст программы в соответствии с созданным алгоритмом.
4. Оттранслируйте программу, и исправьте синтаксические ошибки.
5. Убедитесь, что на экране дисплея в заданной позиции появился требуемый символ.

4.2 Управление ЖКИ через последовательный порт персонального компьютера (дополнительно)

1. Измените программу таким образом, что бы на экране ЖКИ выводилась информация, переданная с персонального компьютера через UART. Передача команды осуществляется через терминал nwFlash. Выбор источника синхронизации и скорости передачи данных осуществляется по усмотрению студента.
2. Загрузите полученный *.hex файл в лабораторный стенд LESO1.
3. Через терминал nwFlash передайте коды символов, убедитесь, что соответствующие символы выводятся на экране индикатора.

Таблица 2 – Варианты заданий

номер варианта	номер строки	режим курсора
1	первая	выключен
2	вторая	включен, мерцает
3	первая	включен, не мерцает
4	вторая	выключен
5	первая	включен, мерцает
6	вторая	включен, не мерцает
7	первая	выключен
8	вторая	включен, мерцает
9	первая	включен, не мерцает
10	вторая	выключен
11	первая	включен, мерцает
12	вторая	включен, не мерцает
13	первая	выключен
14	вторая	включен, мерцает
15	первая	включен, не мерцает

5 Указания к составлению отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Принципиальную схему подключения ЖКИ к управляющему микроконтроллер.
3. Структурную схему ЖКИ.
4. Диаграммы передачи данных по параллельному интерфейсу.
5. Расчет параметров таймера.
6. Графическую схему алгоритма работы программы.
7. Исходный текст программы.
8. Содержимое файла листинга программного проекта.
9. Выводы по выполненной лабораторной работе.

Схемы, а также отчет в целом, выполняются согласно нормам ЕСКД.

Подключение ЖК индикаторов с использованием разъёмов.

Некоторые типы разъёмов - например штыревые - не обеспечивают надёжного электрического контакта при наличии механических напряжений в разъёме. Что может привести к выходу ЖК индикатора из строя!
Механические напряжения могут возникать по очень многим причинам: несоосность разъёма и крепёжных деталей индикатора, перекос в разъёме, колебания температуры, от частой замены индикаторов, при внешних механических воздействиях на индикатор и/или изделие целиком.

Поэтому рекомендуется подключать ЖК индикатор методом пайки.
Или, по крайней мере, не использовать разъёмы непосредственно между платой ЖК индикатора и другой платой. А соединять ЖК индикатор с основной платой с использованием шлейфа, который уже можно подключать как пайкой, так и с использованием разъёмов.
Можно подключать ЖК индикатор и любым другим методом, исключающим возникновение механических напряжений в разъёмах.

4-х битный режим в буквенно-цифровых ЖК индикаторах.

1. В 4-х битном режиме включения ЖК индикаторов недопустимо изменение состояний сигналов R/W и A0 в течении всего цикла передачи байта, в том числе и при неактивном сигнале E между двумя передачами полубайтов. По любому изменению сигналов R/W и A0 внутренний счётчик полубайтов в ЖК индикаторе сбрасывается в состояние приёма старшего полубайта. Это является отличием наших ЖК индикаторов от импортных аналогов и направлено на повышение надёжности работы ЖК индикатора.

2. Все циклы обращения к индикатору должны быть парными (обязательно передавать и старший и младший полубайты). Единственное исключение - первые четыре команды в процедуре инициализации.
Или перед передачей старшего полубайта использовать возможность сброса внутреннего счётчика полубайтов в ЖК индикаторе из пункта 1. В последнем случае теряется совместимость с импортными ЖК индикаторами.

3. Младшие 4 бита шины данных можно оставлять неподключенными - в ЖК индикаторе вся шина данных подтянута к Ucc через высокоомные резисторы.

4. И не надо забывать выбирать правильный тип интерфейса (4 или 8 бит) при смене страницы кодировки знакогенератора.

Сколько реально памяти в ЖК индикаторах?

Во всех буквенно-цифровых ЖК индикаторах встроено 80 байтов внутренней памяти. Адреса памяти лучше уточнить по документации на ЖК индикатор. Часть памяти отображается на индикаторе, но вся память доступна как по записи, так и по чтению. Память сохраняет свое содержимое пока включено питание ЖК индикатора, независимо от того, включен или выключен ЖК индикатор.

В графических ЖК индикаторах встроенной памяти:
MT-6116 = 80 байтов/строку * 4 строки = 320 байтов (отображается 61 байт/строку * 2 строки);
MT-6464 = 64 байта/строку * 8 строк = 512 байта (отображается 64 байта/строку * 8 строк).
MT-12232 = 80 байтов/строку * 4 строки * 2 кристалла = 640 байтов (отображается 61 байт/строку * 4 строки * 2 половины ЖКИ);
MT-12864 = 64 байта/строку * 8 строк * 2 кристалла = 1024 байта (отображается 64 байта/строку * 8 строк * 2 половины ЖКИ).
Размер памяти от буквенного суффикса ЖК индикатора не зависит.

В сегментных индикаторах с параллельным интерфейсом (MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9) чтение встроенной памяти невозможно, размер памяти 10 байтов + триггер блокировки.

Работают ли ЖК индикаторы с высокоскоростными контроллёрами? Какова максимальная скорость заполнения?

Да, работают. Но надо не забывать про времена предустановки и удержания сигналов.

Максимальная скорость записи в индикаторы:
MT-**S* (MT-10S1, MT-20S1, MT-16S2, MT-24S2, MT-20S4, ...) - 25-30 тысяч символов/сек;
MT-6116, MT-12232 - 0.5-1 млн. байтов/сек (4-8 млн. точек/сек);
MT-12864, MT-6464 - 100-130 тысяч байтов/сек (1 млн. точек/сек).
Для индикаторов с двумя кристаллами (MT-12232, MT-12864) возможен вариант поочерёдной записи в правый/левый кристалл - это позволяет практически в два раза увеличить скорость записи. Но за счёт усложнения программы.
Большие (из указанных) скорости достигаются при опросе готовности индикаторов - за исключением индикаторов MT-6116 и MT-12232, для которых выгоднее выдержать паузу между сигналами E, чем опрашивать готовность индикатора.

Как правильно включать подсветку ЖК индикатора?

Все ЖК индикаторы рассчитаны на питание подсветки от источника питания самого индикатора. Т.е. плюс подсветки (вывод A) на вывод Ucc, минус подсветки (вывод K)- на вывод GND. Это верно как для 5-ти вольтовых индикаторов, так и для 3-х вольтовых.

Как регулировать контрастность ЖК индикатора?

1. Сегментные ЖК индикаторы с параллельным интерфейсом (MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9): контрастность регулируется изменением номинала резистора между выводами Uo и GND, как описано в PDF на индикатор.

2. Буквенно-цифровые ЖК индикаторы с 3-х вольтовым питанием: контрастность не регулируется.

3. Буквенно-цифровые ЖК индикаторы с 5-ти вольтовым питанием: контрастность регулируется изменением напряжения на выводе Uo в пределах примерно -2В..+2В относительно GND. Обратите книмание, что недопустимо подавать на вывод Uo напряжение, приближающееся к напряжению питания индикатора (Ucc)! Напряжение на выводе Uo должно хотя бы на 1В меньше напряжения питания индикатора! Иначе ЖК индикатор выходит из строя.

4. Графические индикаторы MT-6464*: контрастность регулируется изменением напряжения на выводе Uo, как описано в PDF на индикатор.

5. Графические индикаторы MT-12232*: контрастность не регулируется.

6. Графические индикаторы MT-12864*: контрастность регулируется изменением номинала резистора между выводами Uo и Uee, как описано в PDF на индикатор.

В любом случае, лучше уточнить в документации на конкретный ЖК индикатор. Если есть сомнения в правильности сведений в документации - свяжитесь с нами или спросите на форуме.

Можно ли подключать 5-ти вольтовый ЖК индикатор к 3-х вольтовому контроллёру?

В принципе, можно. Но надо учитывать разность в уровнях логических сигналов: для некоторых индикаторов уровень логической 1 может оказаться выше, чем способен сформировать управляющий контроллёр. Например, это касается вывода RES индикатора MT-12864, уровень лог.1 которого может быть не менее 3.75В (0.7*5.5В), хотя остальные выводы имеют уровень лог.1 всего 2.4В.

Также, проблемы будут при использовании операции чтения из ЖК индикатора. В цикле чтения ЖК индикатор честно выдаст на выводы напряжение лог.1 вплоть до 5В и ток потечёт через защитные диоды в управляющем контроллёре, что может повлечь выход из строя как ЖК индикатора, так и управляющего контроллёра. Необходимо предусматривать схемы согласования уровней, ограничения тока по выводам и тому подобные меры.

Как правильно подавать команды в буквенно-цифровые и графические ЖК индикаторы?

Есть несколько вариантов, выберите наиболее подходящий Вам или придумайте новый, не противоречащий документации на ЖК индикатор.

1. Перед (или после) каждого цикла обращения выдерживать паузу не менее указанной в документации. Это самый простой, но и самый неоптимальный по затратам времени управляющего контроллёра способ.

2. После каждого цикла обращений к ЖК индикатору опрашивать бит занятости и ждать пока индикатор не выполнит посланную команду. Это способ лучше первого, но всё ещё весьма неоптимальный.

3. Ждать готовности ЖК индикатора перед каждым циклом обращения. Это, вероятно, самый удобный вариант управления ЖК индикатором из основной программы (не из прерываний). Хотя он и не обеспечивает минимальных затрат времени управляющим контроллёром на работу с ЖК индикатором, но освобождает максимум времени для других действий, кроме работы с индикатором.

4. Можно так написать программу, выдающую команды в ЖК индикатор, чтобы между любыми двумя последовательными циклами обращений проходило не менее указанного в документации времени. Этот способ оптимален по затратам времени управляющего контроллёра (не делается ничего лишнего) и скорости вывода информации в ЖК индикатор, но весьма сложен в написании и отладке.

5. Если циклы обращений к ЖК индикатору формируются в прерывании, то можно настроить частоту прерываний так, чтобы между вызовами проходило не менее указанного в документации на индикатор времени паузы. Если в системе допустимо иметь такие низкую частоту прерываний и скорость вывода информации в ЖК индикатор, то этот способ, наверно, лучший.

6. Если нужна высокая скорость прерываний или вывода информации на ЖК индикатор, можно в прерывании опросить готовность индикатора и, если не готов, выйти из прерывания не формируя цикла обращения к индикатору.

Разумеется, это не все возможные варианты, но их вполне достаточно в большинстве случаев.

Как правильно проверить готовность ЖК индикатора к обмену данными?

В наиболее общем случае надо выполнить цикл чтения информации из ЖК индикатора, установив управляющие сигналы для получения байта статуса и проверить бит BUSY в считанном байте. Для буквенно-цифровых ЖК индикаторов с 4-х битным режимом включения надо не забывать получать оба полубайта, независимо готов или нет индикатор. Для управляющих контроллёров, в которых возможно выбирать режим работы шины данных (на ввод или на вывод) надо также не забывать переключать шину данных на ввод до формирования импульса E (строба чтения).

Для буквенно-цифровых и графических ЖК индикаторов возможен и более быстрый способ проверки флага BUSY: начать цикл чтения, но проверять бит BUSY сразу на шине данных, не сбрасывая строб E, только лишь выдержав время задержки выдачи данных индикатором. При этом можно сохранять строб E активным до обнаружения сброса флага BUSY и только потом завершить цикл чтения байта статуса. Но завершить правильно необходимо в любом случае - например, для буквенно-цифровых индикаторов с 4-х битным режимом включения обязательно надо получить и младший полубайт байта статуса, хотя бит BUSY находится в старшем полубайте и, казалось бы, читать ещё и младший лишнее. Нет, не лишнее!

Могут ли ЖК индикаторы работать при отрицательных температурах?

Мы выпускаем несколько разновидностей ЖК индикаторов, многие из которых предназначены для эксплуатации, в том числе, и при отрицательных температурах. Серийно производятся ЖК индикаторы с рабочей температурой до -30°C (температура хранения при этом до -40°C). Максимально допустимая рабочая температура от +50°C до +70°C (температура хранения от +60°C до +80°C). Но при применении ЖК индикаторов с расширенным температурным диапазоном надо понимать, что они, во-первых, дороже; во-вторых, при отрицательной температуре существенно возрастает время смены информации на стекле ЖК индикатора (от 0.2с при +20°C до 7с при -20°C и 15с при -30°C). Это время от записи новой информации в индикатор до окончания (на глаз) переходных процессов в стекле ЖК индикатора. Если информация в ОЗУ индикатора при записи не изменяется, то и никаких переходных процессов не будет. Т.е. время на переходные процессы нужно только при смене выводимой информации. К времени записи информации во внутреннее ОЗУ индикатора это время отношения не имеет.
Если выводить меняющуюся информацию в индикатор чаще, чем указанное время, то ничего не испортится, но на индикаторе видно будет нечто среднее между старой и новой информацией.

Можно ли сменить тип интерфейса управления ЖК индикатором?

Да, для ЖК индикаторов MT-6116, MT-6116B, MT-12232B можно сменить тип интерфейса управления с 68000 на 8080. При этом сигнал R/W станет сигналом /WR, а сигнал E - сигналом /RD. Активным может быть всегда только один из них. Выбор типа интерфейса 8080 осуществляется подачей на вывод RES перепада с лог.1 на лог.0 и оставлением лог.0 на всё время работы ЖК индикатора.
Подробнее смотрите документацию на кристалл КБ145ВГ4 (Ангстрем) или SED1520DOA. Или связывайтесь с нами.

Для ЖК индикаторов MT-12232A, MT-12232C и MT-12232D смена типа интерфейса также физически возможна, но из-за наличия в схеме индикатора дешифратора обращений к двум кристаллам приведёт к неработоспособности ЖК индикатора.

Особенности ЖК индикаторов MT-6116, MT-12232.

Все ЖК индикаторы MT-6116 и MT-12232 основаны на одном и том же кристалле и имеют некоторые особенности, которые надо учитывать при проектировании изделий на данных индикаторах:

1. Хотя в индикаторе присутствует цепь начального сброса по включению питания, часто её оказывается недостаточно и для правильной работы индикатора надо подавать сигнал сброса снаружи. Эти индикаторы сбрасываются любым перепадом на выводе RES (и 0->1, и 1->0), причём этот же вывод выбирает тип интерфейса управления. Поэтому желательно подавать внешний сигнал сброса ЖКИ на вывод RES - удерживая RES=лог.0 не менее 10 мкс после подачи напряжения питания на ЖКИ и потом подавая перепад лог.0 -> лог.1 с длительностью фронта не более 10 мкс. До момента подачи перепада 0->1 ЖК индикатор может выдавать на шину данных случайную информацию (зависит от управляющих сигналов R/W, A0, E) и надо обеспечить режим ввода (или Z-состояние) по шине данных в управляющем контроллёре на это время.
Если же импульс сброса будет формироваться и в процессе работы, не только при включении питания, то на всё время лог.0 на выводе RES также надо переводить шину данных управляющего контроллёра в режим ввода (или Z-состояние) для исключения конфликта на шине.

2. Для ускорения обновления индикатора предусмотрен специальный режим чтения-модификация-запись , при котором адрес столбца увеличивается только после записи (флаг RMW). После установки этого режима можно прочитать байт из индикатора, при необходимости изменить его и записать обратно в индикатор, не добавляя команд установки адреса столбца. Без этого режима последовательность была бы следующей: установить адрес столбца, прочитать данные, снова установить тот же адрес столбца, записать новые данные. Здесь на целых две операции больше (если выполнять модификацию нескольких последовательных байтов).

3. С другой стороны, с включенным режимом чтения-модификация-запись ЖК индикатор не обрабатывает многие команды (например, точно не работает команда установки страницы). Поэтому надо не забывать сбрасывать этот режим, когда он не нужен.
И в процедуре инициализации в нашей документации не для всех индикаторов этот режим сбрасывается и может оказаться, что после включения питания режим окажется установленным. В этом случае ЖК индикатор будет работать неправильно. Лучше добавить в процедуру инициализации команду сброса режима RMW.

4. При чтении информации из внутренней памяти индикатора нужно делать "пустой" цикл чтения - после команд установки адреса столбца первый цикл чтения не выдаст полезной информации, реальные данные будут выданы только начиная со второго цикла чтения. Для чтения байта статуса лишних циклов чтения делать не надо.

5. Так как кристаллы в индикаторе независимы, то опрашивать надо оба байта статуса. Или, по крайней мере, из того кристалла, к которому будет обращение.

6. По той же причине (независимость кристаллов) для правильной работы ЖК индикатора необходимо провести начальную инициализацию для обоих кристаллов индикатора. При инициализации только одного из двух кристаллов индикатор что-то показывать будет, но картинка правильной не будет даже на половине индикатора.

Особенности ЖК индикаторов MT-6464 и MT-12864.

В нашей документации на ЖК индикатор забыто указание на минимальное время паузы между циклами обращения к индикатору: 10 мкс. Можно или выдерживать данное время, или проверять флаг занятости индикатора.

Также не указано, что при чтении информации из внутренней памяти индикатора нужно делать "пустой" цикл чтения - после команды установки адреса первый цикл чтения не выдаст полезной информации, реальные данные будут выданы только начиная со второго цикла чтения.
Для чтения байта статуса лишних циклов чтения делать не надо.

Так как кристаллы в индикаторе независимы, то опрашивать надо оба байта статуса. Или, по крайней мере, из того кристалла, к которому будет обращение.
По той же причине (независимость кристаллов) для правильной работы ЖК индикатора необходимо провести начальную инициализацию для обоих кристаллов индикатора.

В документации не указаны входные и выходные токи для индикаторов.

Индикаторы обеспечивают указанные в документации выходные напряжения при следующих максимальных выходных токах:
1. Все буквенно-цифровые (MT-**S*): Ioh=0.4мА, Iol=1.2мА.
2. MT-6116*: Ioh=0.4мА, Iol=0.4мА.
3. MT-6464*: Ioh=0.2мА, Iol=1.6мА.
4. MT-12232*: Ioh=0.4мА, Iol=0.4мА.
5. MT-12864*: Ioh=0.2мА, Iol=1.6мА.

Входные токи для индикаторов указаны в документации на индикатор, за исключением MT-6116*, MT-12232*:
1. MT-6116*: Iih=Iil=3мкА.
2. MT-12232*: Iih=Iil=3мкА.

Можно ли как нибудь быстро проверить работоспособность ЖК индикатора?

ЖК индикатор ничего не показывает, что делать?

Чаще всего, информация на ЖК индикаторе не появляется по причине неверно выставленной контрастности - реально индикатор работает, изображение есть, но его не видно. Проверить это можно чтением записанной ранее информации из ЖК индикатора (неприменимо для сегментных индикаторов).

Если есть подозрение на неисправность ЖК индикатора, рекомендуем:
* проверить наличие питания ЖКИ,
* уровни управляющих сигналов,
* настройку контрастности,
* отсутствие помех на управляющих выводах и питании ЖКИ,
* форму управляющих сигналов (особенно при длинном кабеле подключения индикатора),
* соблюдение временных параметров при управлении индикатором,
* правильность процедуры начальной инициализации индикатора,
* попробовать подключить индикатор к LPT порту компьютера и проверить исправность индикатора программой из предыдущего пункта,
* включить другой аналогичный ЖК индикатор,
* обратиться к нам.

А нет ли примера программы для вывода на ЖК индикатор?

Есть, вот с примерами программ для вывода на наши ЖК индикаторы. Программы написаны на подобии языка C и предназначены для пояснения алгоритмов работы с ЖКИ. Они подробно прокомментированы, но компилиться не будут - нужно доопределить функцию задержки времени и имена сигналов управления ЖКИ.

Не нашли ответа на свой вопрос? Свяжитесь с нами.

На этом сайте работает , где мы отвечаем на любые вопросы по нашим ЖКИ. Рекомендуем, прежде чем писать письмо с вопросами, внимательно с ним ознакомиться.

.
По техническим вопросам: Козлов Сергей Владимирович "Kozlov@сайт".
.
По вопросам закупок: Отдел продаж "Sales@сайт".

Квантовая и оптическая электроника. Лекция N 1 1

ПАССИВНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

В эту группу входят три вида пассивных индикаторов: жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ), электрохромные и электрофоретические индикаторы (ЭХИ и ЭФИ). Последние два, в свою очередь, входят в состав электрохимических пассивных индикаторов.

1.Жидкокристаллические индикаторы

Принцип действия жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) основан на изменении оптических свойств жидких кристаллов под действием электрического поля. В отличие от активных индикаторов ЖКИ не генерируют оптическое излучение, а модулируют его интенсивность за счет изменения таких характеристик, как амплитуда, фаза, длина волны, плоскость поляризации и направление распространения.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) являются пассивными индикаторами, преобразующими падающий на них свет.

Жидкокристаллическое или мезоморфно е состояние - это состояние вещества, при котором оно обладает свойствами, присущими как твердым кристаллам, так и жидкостям.

Рис.1

идкие кристаллы (ЖК) – это анизотропные жидкости, электрические и оптические свойства которых зависят от направления их наблюдения. В ЖК наблюдаются электрооптические эффекты, связанные с движением вещества: - динамическое рассеяние(ДР) , а также с поворотом молекул в электрическом поле - твист-эффект (ТЭ) и эффект гость - хозяин (Г-Х) .

Конструкции жки

Конструктивные схемы ЖКИ показаны на Рис.1.

Основой простейшего индикаторного элемента с использованием ЖК являются две стеклянные пластины. Вне зависимости от используемого электрооптического эффекта ЖКИ разделяются на два класса: индикаторы, работающие на просвет, и индикаторы, работающие на отражение. У первых (Рис.1.а) обе стеклянные пластины прозрачны; электродами служат прозрачные электропроводящие пленки (например, двуокись олова), между которыми помещено ЖК вещество. За индикатором помещается источник света. Цвет и яркость индикатора определяются цветом и яркостью источника света. У вторых: (Рис.1.б) «задний» электрод изготовлен в виде зеркала. Такой индикатор использует внешнее отражающее освещение (специальная подсветка отсутствует).

К

Рис.3

онфигурация электродов индикатора определяетсялибо формой исходных стеклянных пластин, либо технологией металлизации. Как правило, пластины и электроды плоские, но в ряде приборов внутренняя поверхность задней пластины имеет сложную форму (Рис.2), образующую ряд оптических элементов, обеспечивающих отражение излучения в направлении источника света.

В ЖКИ, работающем на основе ДР , при приложении электрического поля напряжённостью около 5 кВ/см (примерно 30 В - к пленке ЖК толщиной 0,25 мм) молекулы переориентируются, возникают турбулентность и сильное оптическое рассеяние. Материал, прозрачный в отсутствие поля, становится непрозрачным. В таком ЖКИ, работающем на отражение, задний электрод представляет собой зеркало, на котором при подаче напряжения появляются участки молочно-белого цвета, форма которых соответствует конфигурации электродов. Для повышения однородности и четкости изображения, а также срока службы на поверхность проводящих слоев наносится тонкое химически инертное по отношению к ЖК оптически прозрачное покрытие. Материалом таких покрытий служат винилацетатные смолы, смолы на основе этилена, эпоксидные компаунды и т.д. (Рис.3).

Заднюю стеклянную пластину индикатора чернят (Рис.4); тогда на черном фоне возникает белое изображение.

В

Рис.4

ЖКИ с использованием ТЭ , работающем на отражение, стеклянные пластины расположены между двумя скрещенными поляризаторами, за задним из которых помещен диффузный отражатель. Поверхности пластин, обращенные к ЖК, полируются, чтобы молекулы ЖК в слоях, прилегающих к ним, ориентировались во взаимно перпендикулярных направлениях; в промежуточных слоях осуществляется постепенный поворот направлений ориентации. В отсутствие электрического поля длинные оси молекул ЖК плавно поворачиваются на 90 0 , так что оси поляризации правой и левой плоскостей кристалла оказываются расположенными под прямым углом. В этом случае свет, проходящий через поляризатор, падает на ЖК слой и, поворачиваясь на 90 0 за счёт расположения молекул ЖК, достигает второго поляризатора. Т.о. оба поляризатора оказываются прозрачными для падающего света; свет проходит через индикатор. При наличии электрического поля ориентация молекул изменяется, плоскость поляризации света, проходящего через индикатор, не вращается и свет не проходит через индикатор. Так как отражатель диффузный, на слабоокрашенном сером фоне отображаются темные знаки.

В ЖКИ на основе ТЭ, работающем на просвет, поляризаторы устанавливают так, чтобы их плоскости поляризации были параллельны друг другу. Индикатор не пропускает свет в отсутствие электрического поля и пропускает при подаче напряжения.

В индикаторах на эффекте Г-Х тонкий слой ЖК - «хозяина» взаимодействует с молекулами «гостя» (красителя). Слой ЖК - хозяина за счет поглощения световой энергии при отсутствии электрического поля приобретает характерную для красителя (гостя) окраску: под воздействием электрического поля он обесцвечивается. Но существуют также вещества гостя и хозяина, в которых окрашивание происходит под воздействием электрического поля. Цветовые различия в индикаторах на эффекте Г-Х хорошо воспринимаются в условиях высокой освещенности даже при небольшом яркостном контрасте. Для повышения механической прочности и влагостойкости ЖКИ используют специальные защитные конструкции .

Индикаторы на эффекте ДР и ТЭ преимущественно применяются там, где экономичность играет решающую роль: в электронных наручных часах, микрокалькуляторах с автономным питанием, портативных многофункциональных измерительных приборах, индикаторах для переносных радиоприемников, магнитофонов, автомобильных индикаторных устройствах и т. п.

В

Рис.5

жидкокристаллических индикаторах, предназначенных для работы в условиях низкой освещенности (менее 35 кд/м 2), применяют подсветку .

Основные параметры ЖКИ :

Контрастность К и пропускание - это отношение интенсивности света, выходящего из ЖК ячейки в исходном состоянии, к интенсивности света в возбужденном состоянии ЖК ячейки называется пропусканием, если наблюдение ведется в направлении навстречу входящему лучу и контрастностью во всех других случаях.

Пороговое напряжение U nop и управляющее напряжение U ynp . Эти значения напряжений определяются по коэффициенту рассеяния света в ячейке (К р) . Зависимость коэффициента рассеяния света от напряжения, приложенного к электродам ячейки, показана на Рис.5. Пороговое напряжение U nop соответствует значению Кр=0,05. Управляющее напряжение U упр - значению Кр=0,5. Значение U пор для индикатора, использующего эффект ДР, увеличиваться на низких и высоких частотах (индикатор становится менее эффективным). Индикаторы на основе ТЭ обычно используют на частотах 1...10 кГц. В справочных данных индикаторов указывают рекомендуемую частоту управляющего напряжения.

Время включения (реакции) Т вкл – это время, в течение которого контрастность достигает 90% установившегося значения.

Время выключения (релаксации) Т выкл – это время уменьшения контрастности от 90 до 10% установившегося значения.

Долговечность. В процессе эксплуатации ЖКИ изменяется внешний вид информационных полей, что проявляется как ухудшение и исчезновение контраста между активными и пассивными зонами, увеличивается время реакции. Изменения внешнего вида и времени реакции является следствием электрохимических явлений на границе жидкокристаллического вещества (ЖКВ) - поверхность подложки. Скорость деградационных процессов в основном определяется постоянной составляющей напряжения возбуждения, предельно допустимое значение которого указывается в справочных данных. Наличие постоянной составляющей приводит к электролизу ЖКВ, в результате которого возникает газовыделение в объёме ЖКВ, образуются пузырьки газов, визуально воспринимаемые как чёрные точки. Электроды индикатора (проводящие плёнки) теряют свою прозрачность, и сегменты становятся видимыми в отсутствие напряжения возбуждения. В результате старения нарушается ориентация молекул ЖКВ и растет ток, потребляемый индикатором. Ток также может расти за счет проникновения влаги через слой герметика. Влага разрушает ЖКВ.

При эксплуатации ЖКИ в условиях низкой температуры отдельные компоненты ЖКВ могут кристаллизоваться. Чередование замораживания и размораживания ЖКВ может привести к образованию воздушных пузырьков, которые выглядят как черные точки.

Достоинства ЖКИ:

малая потребляемая мощность (для ЖКИ на основе твист - эффекта удельная мощность потребления единицы мкВт/см 2);

низкие рабочие напряжения (1,5...5 В);

хорошая совместимость с КМОП - микросхемами;

удобное конструктивное исполнение - плоская форма экрана и ограниченная толщина индикатора (до 0,6 мм);

возможность эффективной индикации в условиях сильной внешней засветки;

большая долговечность (около 10-12 лет непрерывной работы).

Основные недостатки:

сравнительно низкое быстродействие;

ограниченный угол обзора;

необходимость внешнего освещения.

На рис. 8.8, а показана схема возбуждения сегментов сигналом переменного напряжения . Устройство состоит из двух логических схем И с двумя входами ОО2, 003, инвертора 001 и ключа-формирователя на транзисторе УТ. На коллектор транзистора подается напря­жение, равное двойной амплитуде номинального переменного напряжения возбуждения данного жидкокристаллического индикатора.

На вход 002 подается напряжение возбуждения с частотой = (30.. .50) Гц, а на вход £ШЗ - напряжение гашения с частотой/г = (10...40) кГц. При низком логическом уровне управляющего сигнала открывается 002, и транзистор работает в импульсном режиме с частотой, соответствующей частоте возбуждения ЖК-сегмента. Управляющий сигнал с высоким логическим уровнем, поступающий с дешифратора на управляющий вход, от­крывает Б03. В результате устройство формирует напряжение повышенной частоты, на ко­торую ЖК-сегмент не реагирует. С учетом того, что устройство управления должно быть соизмеримо по потребляемой мощности с ЖК-индикатором, все логические схемы выпол­нены на основе КМДП-структур.

Кроме описанного, используется также другой тип устройства возбуждения ЖК-инди - каторов (рис. 8.8, б). На входе логических схем 002 и 003 от внешнего генератора подают­ся импульсные напряжения с частотой/в = (15...20) Гц, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 180°. В зависимости от уровня управляющего сигнала на сегмент индикатора через ключ-формирователь (транзистор УТ) прикладывается напряжение прямоугольной формы, прямое либо сдвинутое по фазе. На общий электрод индикатора через другой ключ- формирователь (транзистор УТ2) постоянно подается сигнал одной фазы.

При совпадении фаз на электродах сегмента последний не возбуждается, при различии фаз происходит возбуждение сегмента. Отметим, что фазовый способ управления позволяет уменьшить напряжение питания индикатора в два раза.

При использовании многоразрядных индикаторов требуется большое число внешних соединений, необходимых для управления сегментов. Это заставляет прибегнуть к созда­нию мультиплексорного управления. На рис. 8.9 показан принцип управления четырехраз­рядным индикатором с разделенными общими электродами для каждого разряда, который заключается в объединении идентичных сегментов по всем разрядам и последовательной адресацией данных в соответствующие разряды. Процесс отображения четырехразрядного числа осуществляется по тактам. В каждом такте переменное управляющее напряжение прикладывается к шине управления сегментов и к линии общего электрода того разряда, ко­торый возбуждается в данном тракте. Благодаря большому времени релаксации жидких кристаллов, цифры разрядов в период между тактами возбуждения продолжают читаться без приложения напряжения.

И так. Недавно пришли из Китая, через eBay заказанные и купленные, жидкокристаллические алфавитно-цифровые индикаторы на платформе контроллеров HD44780 или KS0066

Они давно уже пользуются большой популярностью у радиолюбителей. Марку сих девайсов определить не удалось. Смотрим фото. Кроме того, что они имеют две строки и в каждой по 16 символов – больше ничего. Такие ЖКИ имеют простую схему управления, например, для отображения информация на таком дисплее достаточно всего шести линий микроконтроллера, а так же они имеют относительно небольшую стоимость. Большинство таких индикаторов имеют подсветку, что позволяет использовать их в условиях плохой видимости или в полной темноте.

Индикаторы имеют однорядную или двух рядную разводку выводов при строго определённой последовательности их нумерации (рис. 2). Но из практического опыта использования ЖКИ-индикаторов необходимо констатировать, что выводы 1 и 2 (питание) зачастую могут иметь обратную полярность. Поэтому перед подключением обязательно убедитесь, как в вашем индикаторе разведено питание. Сделать это очень просто – вывод питания «минус» соединён с металлической рамкой, которая прижимает собственно сам дисплей к печатной плате. При неправильной полярности можно вывести индикатор из строя.

ЖКИ — индикаторы позволяют отображать символы латинского алфавита, цифры, при наличии соответствующего знакогенератора – кириллические (русские буквы), а так же специальные символы. Существуют знакогенераторы и с символами других алфавитов. Таблица знакогенератора «двуязычного» индикатора, или как её называют «Epson раскладка Russian» приведена в таблице ниже.

Для того что бы отобразить, допустим символ русской буквы Ш, необходимо указать позицию символа на индикаторе (например, для моего 2-х строчного 16-ти символьного индикатора первая строка имеет адресацию в интервале 80h – 8Fh, вторая строка С0h-CFh), а затем код отображаемого символа Ш – AСh (А – «координата» по горизонтали, С – по вертикали таблицы знакогенератора).
Все это хорошо, но в купленных мною индикаторах, мало того, что нет знакогенератора русских букв, но в нем нет значка градуса, часто необходимого при разработке термометров и т.п. Но в этих LCD предусмотрена запись в знакогенератор семи своих «самодельных» символов. Как это сделать я расскажу. Для начала, чтобы лишить себя удовольствия определения кода каждой точки в матрице, состоящей из 5×8 точек, скачайте программу скачали раз:, она свободно распространяется в сети. Смотрим скриншот этой программы.

Нажатием на ячейки матрицы, мы рисуем нужный символ, в данном случае это символьный значок градуса. Внизу нам программа сразу пишет коды выбранных точек матрицы. Теперь нам необходимо эти коды записать в контроллер индикатора. Для этого нам надо написать небольшую программку. Что бы не путать рубрики сайта эту программу я выложу в статье «Программа взаимодействия PIC16 и ЖК дисплея». Еще документацию на LCD можно прочитать здесь.