Πώς να φτιάξετε ένα στατικό πρόγραμμα οδήγησης LCD με διεπαφή I²C: 12 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Οι οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCD) χρησιμοποιούνται ευρέως για εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές λόγω των καλών οπτικών ιδιοτήτων τους, του χαμηλού κόστους και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν την οθόνη LCD την τυπική λύση για συσκευές που λειτουργούν με μπαταρία, όπως φορητά όργανα, αριθμομηχανές, ρολόγια, ραδιόφωνα κ.

Ωστόσο, για να ελέγξει σωστά αυτό που εμφανίζει η οθόνη LCD, το ηλεκτρονικό πρόγραμμα οδήγησης της LCD πρέπει να δημιουργήσει κατάλληλες κυματομορφές τάσης σε ακίδες LCD. Οι κυματομορφές θα πρέπει να έχουν AC (εναλλακτικό ρεύμα) στη φύση, επειδή οι τάσεις DC (συνεχές ρεύμα) θα βλάψουν μόνιμα τη συσκευή. Το κατάλληλο πρόγραμμα οδήγησης θα παρέχει αυτά τα σήματα στην οθόνη LCD με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας.

Υπάρχουν δύο τύποι LCD, οι Static, με μόνο ένα πλάι και ένα pin για τον έλεγχο μεμονωμένων τμημάτων και, το Multiplexed, με πολλαπλά backplanes και πολλαπλά τμήματα συνδεδεμένα για κάθε pin.

Αυτό το Instructable θα παρουσιάσει τον σχεδιασμό ενός στατικού προγράμματος οδήγησης LCD με συσκευή SLG46537V GreenPAK. Το σχεδιασμένο πρόγραμμα οδήγησης LCD θα οδηγούσε έως και 15 τμήματα LCD, χρησιμοποιώντας μερικά μικροαμπέρ ρεύματος από το τροφοδοτικό και θα προσφέρει μια διεπαφή I²C για έλεγχο.

Στις ακόλουθες ενότητες θα εμφανιστούν:

● βασικές πληροφορίες γνώσεων σχετικά με τις οθόνες LCD.

Design ο σχεδιασμός του προγράμματος οδήγησης SLG46537V GreenPAK LCD με λεπτομέρεια.

● πώς να οδηγείτε ένα στατικό LCD επτά τμημάτων, τετραψήφιο με δύο συσκευές GreenPAK.

Παρακάτω περιγράφουμε τα βήματα που απαιτούνται για να κατανοήσουμε πώς έχει προγραμματιστεί η λύση για τη δημιουργία του στατικού προγράμματος οδήγησης LCD με διεπαφή I²C. Ωστόσο, εάν θέλετε απλώς να λάβετε το αποτέλεσμα προγραμματισμού, κατεβάστε το λογισμικό GreenPAK για να δείτε το ήδη ολοκληρωμένο GreenPAK Design File. Συνδέστε το GreenPAK Development Kit στον υπολογιστή σας και πατήστε το πρόγραμμα για να δημιουργήσετε το στατικό πρόγραμμα οδήγησης LCD με διεπαφή I²C.

Βήμα 1: Βασικά στοιχεία των οθονών υγρών κρυστάλλων

Οι οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCD) είναι μια τεχνολογία που δεν εκπέμπει φως, ελέγχει μόνο τον τρόπο διέλευσης μιας εξωτερικής πηγής φωτός. Αυτή η εξωτερική πηγή φωτός θα μπορούσε να είναι το διαθέσιμο φως περιβάλλοντος, στον τύπο ανακλαστικής οθόνης, ή το φως από led ή λυχνία οπίσθιου φωτισμού, σε τύπο μετάδοσης οθόνης. Οι οθόνες LCD είναι κατασκευασμένες με δύο πλάκες γυαλιού (επάνω και κάτω), ένα λεπτό στρώμα υγρού κρυστάλλου (LC) μεταξύ τους και δύο πολωτές φωτός (Σημείωση εφαρμογής AN-001-Βασικά στοιχεία της τεχνολογίας LCD, Hitachi, Σημείωση εφαρμογής AN-005-Οθόνη Λειτουργίες, Hitachi). Ο πολωτής είναι ένα φίλτρο φωτός για το φωτεινό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Μόνο τα φωτεινά στοιχεία στη σωστή κατεύθυνση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου περνούν μέσα από τον πολωτή, ενώ τα άλλα συστατικά είναι μπλοκαρισμένα.

Ο υγρός κρύσταλλος είναι ένα οργανικό υλικό που περιστρέφει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του φωτός 90 μοίρες ή περισσότερο. Ωστόσο, όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο στο LC δεν περιστρέφει το φως πια. Με την προσθήκη διαφανών ηλεκτροδίων στο επάνω και στο κάτω γυαλί οθόνης, είναι δυνατό να ελέγχεται πότε το φως περνά μέσα, και όταν όχι, με μια εξωτερική πηγή του ηλεκτρικού πεδίου. Το σχήμα 1 (βλ. Σημείωση εφαρμογής AN-001-Βασικά στοιχεία της τεχνολογίας LCD, Hitachi) παραπάνω απεικονίζει αυτόν τον έλεγχο λειτουργίας. Στο Σχήμα 1, η οθόνη είναι σκοτεινή όταν δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό συμβαίνει γιατί και οι δύο πολωτές φιλτράρουν το φως προς την ίδια κατεύθυνση. Εάν οι πολωτές είναι ορθογώνιοι, τότε η οθόνη θα είναι σκοτεινή όταν υπάρχει το ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή είναι η πιο συνηθισμένη κατάσταση για ανακλαστικές οθόνες.

Το ελάχιστο ηλεκτρικό πεδίο ή τάση, για τον έλεγχο της οθόνης LCD ονομάζεται κατώφλι ON. Το LC επηρεάζεται μόνο από την τάση και σχεδόν δεν υπάρχει ρεύμα στο υλικό LC. Τα ηλεκτρόδια στην οθόνη LCD σχηματίζουν μια μικρή χωρητικότητα και αυτό είναι το μόνο φορτίο για έναν οδηγό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μια οθόνη LCD είναι συσκευή χαμηλής ισχύος για την εμφάνιση οπτικών πληροφοριών.

Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η οθόνη LCD δεν μπορεί να λειτουργήσει με πηγή τάσης συνεχούς ρεύματος (DC) για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Η εφαρμογή τάσης DC θα προκαλέσει χημικές αντιδράσεις σε υλικό LC, καταστρέφοντάς το μόνιμα (Σημείωση εφαρμογής AN-001-Βασικά στοιχεία της τεχνολογίας LCD, Hitachi). Η λύση είναι η εφαρμογή εναλλακτικής τάσης (AC) σε ηλεκτρόδια LCD.

Στις στατικές οθόνες LCD, ένα ηλεκτρόδιο πλάτης είναι ενσωματωμένο στο ένα γυαλί και τμήματα ή εικονοστοιχεία LCD, τοποθετούνται στο άλλο γυαλί. Αυτός είναι ένας από τους απλούστερους τύπους LCD και αυτός με τον καλύτερο λόγο αντίθεσης. Ωστόσο, αυτός ο τύπος οθόνης απαιτεί συνήθως πάρα πολλές καρφίτσες για τον έλεγχο κάθε μεμονωμένου τμήματος.

Γενικά, ένας ελεγκτής οδηγού παρέχει ένα σήμα ρολογιού τετραγωνικού κύματος για το πίσω επίπεδο και ένα σήμα ρολογιού για τα τμήματα στο μπροστινό επίπεδο μαζί. Όταν το ρολόι του πίσω επιπέδου είναι σε φάση με το ρολόι τμημάτων, η τάση ρίζας-μέσου τετραγώνου (RMS) μεταξύ των δύο επιπέδων είναι μηδενική και το τμήμα είναι διαφανές. Διαφορετικά, εάν η τάση RMS είναι υψηλότερη από το όριο LCD ON, το τμήμα γίνεται σκοτεινό. Οι κυματομορφές για το πίσω επίπεδο, το τμήμα ενεργοποίησης και απενεργοποίησης παρουσιάζονται στο σχήμα 2. Όπως φαίνεται στο σχήμα, το τμήμα ON είναι εκτός φάσης σε σχέση με το σήμα του πίσω επιπέδου. Το τμήμα απενεργοποίησης είναι σε φάση σε σχέση με το σήμα του πίσω επιπέδου. Η εφαρμοζόμενη τάση θα μπορούσε να είναι μεταξύ 3 και 5 βολτ για οθόνες χαμηλού κόστους και χαμηλής ισχύος.

Το σήμα του ρολογιού για το πίσω μέρος και τα τμήματα της LCD είναι συνήθως στην περιοχή από 30 έως 100 Hz, η ελάχιστη συχνότητα για να αποφευχθεί ένα εφέ τρεμόπαιξης στην οθόνη LCD. Οι υψηλότερες συχνότητες αποφεύγονται για να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας του συνολικού συστήματος. Το σύστημα που αποτελείται από LCD και προγράμματα οδήγησης θα καταναλώνει ελάχιστο ρεύμα, με τη σειρά των μικροαμπερών. Αυτό τα καθιστά απόλυτα κατάλληλα για εφαρμογές χαμηλής ισχύος και πηγής τροφοδοσίας μπαταρίας.

Στις επόμενες ενότητες, παρουσιάζεται λεπτομερώς ο σχεδιασμός ενός στατικού προγράμματος οδήγησης LCD με συσκευή GreenPAK που μπορεί να παράγει το σήμα ρολογιού του πίσω επιπέδου και το σήμα ρολογιού μεμονωμένου τμήματος για μια εμπορική οθόνη LCD.

Βήμα 2: Σχέδιο GreenPAK Basic Basic Block Diagram

Ένα μπλοκ διάγραμμα που απεικονίζει τον σχεδιασμό του GreenPAK φαίνεται στο σχήμα 3. Τα βασικά μπλοκ του σχεδιασμού είναι η διεπαφή I²C, το πρόγραμμα οδήγησης τμήματος εξόδου, ο εσωτερικός ταλαντωτής και ο επιλογέας πηγής ρολογιού backplane.

Το μπλοκ διεπαφής I²C ελέγχει κάθε έξοδο μεμονωμένου τμήματος και την πηγή ρολογιού backplane της οθόνης LCD. Το μπλοκ διασύνδεσης I²C είναι η μόνη είσοδος συστήματος για έλεγχο εξόδου τμήματος.

Όταν έχει οριστεί η εσωτερική γραμμή ελέγχου τμήματος (υψηλό επίπεδο), το αντίστοιχο τμήμα LCD είναι σκούρο αδιαφανές. Όταν επαναρυθμιστεί η εσωτερική γραμμή ελέγχου τμήματος (χαμηλού επιπέδου), το αντίστοιχο τμήμα LCD είναι διαφανές.

Κάθε εσωτερική γραμμή ελέγχου τμημάτων συνδέεται με ένα πρόγραμμα οδήγησης εξόδου. Το μπλοκ οδηγού τμήματος εξόδου θα δημιουργήσει ένα σήμα ρολογιού σε φάση σε σχέση με το ρολόι του πίσω επιπέδου για διαφανή τμήματα. Για σκοτεινά τμήματα, αυτό το σήμα είναι εκτός φάσης σε σχέση με το ρολόι του πίσω επιπέδου.

Η πηγή ρολογιού backplane επιλέγεται επίσης με διεπαφή I²C. Όταν είναι επιλεγμένη η εσωτερική πηγή ρολογιού του πίσω επιπέδου, ο εσωτερικός ταλαντωτής είναι ενεργοποιημένος. Ο εσωτερικός ταλαντωτής θα παράγει συχνότητα ρολογιού 48Hz. Αυτό το σήμα θα χρησιμοποιηθεί από το μπλοκ προγράμματος οδήγησης τμήματος εξόδου και απευθύνεται στον ακροδέκτη εξόδου ρολογιού του πίσω επιπέδου (ακίδα GreenPAK 20).

Όταν έχει επιλεγεί εξωτερική πηγή ρολογιού backplane, ο εσωτερικός ταλαντωτής απενεργοποιείται. Η αναφορά του προγράμματος οδήγησης του τμήματος εξόδου είναι η εξωτερική είσοδος ρολογιού backplane (GreenPAK pin 2). Σε αυτήν την περίπτωση, ο πείρος εξόδου ρολογιού του πίσω επιπέδου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετη γραμμή ελέγχου τμήματος, το τμήμα OUT15.

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν περισσότερες από μία συσκευές GreenPAK στην ίδια γραμμή I²C. Για να γίνει αυτό, κάθε συσκευή πρέπει να είναι προγραμματισμένη με διαφορετική διεύθυνση I²C. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η επέκταση του αριθμού των τμημάτων LCD που οδηγούνται. Μία συσκευή έχει ρυθμιστεί ώστε να δημιουργεί την πηγή ρολογιού backplane, οδηγώντας 14 τμήματα και οι άλλες έχουν διαμορφωθεί ώστε να χρησιμοποιούν εξωτερική πηγή ρολογιού backplane. Κάθε πρόσθετη συσκευή θα μπορούσε να οδηγήσει περισσότερα από 15 τμήματα με αυτόν τον τρόπο. Μπορείτε να συνδέσετε έως και 16 συσκευές στην ίδια γραμμή I²C και, στη συνέχεια, μπορείτε να ελέγξετε έως και 239 τμήματα μιας οθόνης LCD.

Σε αυτό το Instructable, αυτή η ιδέα χρησιμοποιείται για τον έλεγχο 29 τμημάτων μιας οθόνης LCD με 2 συσκευές GreenPAK. Η λειτουργία pinout της συσκευής συνοψίζεται στον Πίνακα 1.

Βήμα 3: Σχεδιάστε την τρέχουσα κατανάλωση

Μια σημαντική ανησυχία σε αυτόν τον σχεδιασμό είναι η τρέχουσα κατανάλωση, η οποία θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη. Το εκτιμώμενο ηρεμιστικό ρεύμα της συσκευής GreenPAK είναι 0,75 μA για λειτουργία τροφοδοσίας 3,3 V και 1,12 μA για λειτουργία τροφοδοσίας 5 V. Η τρέχουσα κατανάλωση του εσωτερικού ταλαντωτή είναι 7,6 μA και 8,68 μA για λειτουργία τροφοδοσίας 3,3 V και 5 V αντίστοιχα. Δεν αναμένεται να έχει σημαντική αύξηση της τρέχουσας κατανάλωσης από απώλειες μεταγωγής, επειδή αυτός ο σχεδιασμός λειτουργεί σε χαμηλή συχνότητα ρολογιού. Το εκτιμώμενο μέγιστο ρεύμα που καταναλώνεται για αυτό το σχέδιο είναι χαμηλότερο από 15 μA όταν ο εσωτερικός ταλαντωτής είναι ενεργοποιημένος και 10 μA όταν ο εσωτερικός ταλαντωτής είναι απενεργοποιημένος. Το μετρημένο ρεύμα που καταναλώνεται και στις δύο καταστάσεις εμφανίζεται στα Αποτελέσματα δοκιμής ενότητας.

Βήμα 4: Σχηματική συσκευή GreenPAK

Το έργο που σχεδιάστηκε στο λογισμικό GreenPAK φαίνεται στο σχήμα 4. Αυτό το σχηματικό σχήμα θα περιγραφεί χρησιμοποιώντας τα βασικά διαγράμματα μπλοκ ως αναφορά.

Βήμα 5: Διεπαφή I²C

Το μπλοκ διεπαφής I²C χρησιμοποιείται ως το κύριο μπλοκ ελέγχου του στοιχείου ελέγχου λειτουργίας της συσκευής. Μια στενή προβολή των συνδέσεων μπλοκ και των διαμορφωμένων ιδιοτήτων εμφανίζονται στο σχήμα 5.

Αυτό το μπλοκ συνδέεται με το PIN 8 και το PIN 9, που είναι οι ακίδες I²C SCL και SDA αντίστοιχα. Μέσα στη συσκευή, το μπλοκ I²C προσφέρει 8 εικονικές εισόδους. Η αρχική τιμή για κάθε εικονική είσοδο εμφανίζεται στο παράθυρο ιδιοτήτων (βλέπε σχήμα 5). Οι εικονικές είσοδοι από OUT0 έως OUT6 χρησιμοποιούνται ως γραμμές ελέγχου τμημάτων. Αυτές οι γραμμές ελέγχου αντιστοιχούν στην έξοδο τμήματος 1 στην έξοδο τμήματος 7 και συνδέονται με το πρόγραμμα οδήγησης εξόδου τμήματος. Η εικονική είσοδος OUT7 χρησιμοποιείται ως έλεγχος γραμμής επιλογής πηγής ρολογιού backplane, με καθαρό όνομα BCKP_SOURCE. Αυτό το δίχτυ θα χρησιμοποιηθεί από άλλα μπλοκ στο σχέδιο. Ο κωδικός ελέγχου I²C έχει διαμορφωθεί με διαφορετική τιμή για κάθε IC στο έργο.

8 επιπλέον εσωτερικές γραμμές ελέγχου τμημάτων είναι διαθέσιμες στην έξοδο Asynchronous State Machine (ASM), όπως φαίνεται στο σχήμα 6 παραπάνω. Η γραμμή εξόδου τμήματος 8 (SEG_OUT_8 στο παράθυρο ιδιοτήτων) έως τη γραμμή εξόδου τμήματος 15 (SEG_OUT_15) ελέγχονται από την έξοδο ASM στην κατάσταση 0. Δεν υπάρχει καμία μετάβαση κατάστασης στο μπλοκ ASM, είναι πάντα σε κατάσταση 0. Οι έξοδοι του ASM είναι συνδεδεμένο με προγράμματα οδήγησης εξόδου τμημάτων.

Τα προγράμματα οδήγησης εξόδου τμημάτων θα παράγουν το σήμα εξόδου της συσκευής.

Βήμα 6: Πρόγραμμα οδήγησης τμήματος εξόδου

Το πρόγραμμα οδήγησης του τμήματος εξόδου είναι ουσιαστικά ένας πίνακας αναζήτησης (LUT) που έχει διαμορφωθεί ως λογική θύρα XOR. Για κάθε τμήμα εξόδου, πρέπει να είναι μια θύρα XOR συνδεδεμένη στη γραμμή ελέγχου τμήματος και στο ρολόι πλάτους (BCKP_CLOCK). Η θύρα XOR είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία του σήματος σε φάση και εκτός φάσης στο τμήμα εξόδου. Όταν η γραμμή ελέγχου τμημάτων είναι σε υψηλό επίπεδο, η έξοδος της θύρας XOR θα αντιστρέψει το σήμα ρολογιού του πίσω επιπέδου και θα δημιουργήσει ένα σήμα εκτός φάσης στον ακροδέκτη τμήματος. Η διαφορά τάσης μεταξύ πλάτους LCD και τμήματος LCD, σε αυτήν την περίπτωση, θα ορίσει το τμήμα LCD ως σκοτεινό τμήμα. Όταν η γραμμή ελέγχου τμημάτων είναι σε χαμηλό επίπεδο, η έξοδος της θύρας XOR θα ακολουθεί το σήμα ρολογιού του πίσω επιπέδου και στη συνέχεια θα παράγει ένα σήμα εντός φάσης στον ακροδέκτη τμημάτων. Επειδή σε αυτήν την περίπτωση δεν εφαρμόζεται τάση μεταξύ του επιπέδου LCD και του τμήματος, το τμήμα είναι διαφανές στο φως.

Βήμα 7: Εσωτερικός ταλαντωτής και έλεγχος πηγής ρολογιού πλάτους

Ο εσωτερικός ταλαντωτής χρησιμοποιείται όταν το σήμα BCKP_CLOCK από τη διεπαφή I²C έχει οριστεί σε υψηλό επίπεδο. Μια στενή άποψη του διαγράμματος ελέγχου ροής ρολογιού φαίνεται στο σχήμα 7 παραπάνω.

Ο ταλαντωτής έχει διαμορφωθεί ως συχνότητα RC 25 kHz, με τον υψηλότερο διαιρέτη εξόδου διαθέσιμο στον ταλαντωτή OUT0 (8/64). Ολόκληρη η διαμόρφωση φαίνεται στο παράθυρο ιδιοτήτων που φαίνεται στο σχήμα 7. Με αυτόν τον τρόπο, ο εσωτερικός ταλαντωτής θα δημιουργήσει συχνότητα ρολογιού 48 Hz.

Ο ταλαντωτής είναι ενεργός μόνο όταν το σήμα BCKP_SOURCE βρίσκεται σε υψηλό επίπεδο μαζί με το σήμα POR. Αυτός ο έλεγχος γίνεται συνδέοντας αυτά τα δύο σήματα στη θύρα NAND του 4-L1 LUT. Στη συνέχεια, η έξοδος του NAND συνδέεται με την είσοδο του πείρου ελέγχου απενεργοποίησης του ταλαντωτή.

Το σήμα BCKP_SOURCE ελέγχει το MUX που είναι κατασκευασμένο με 3-L10 LUT. Όταν το σήμα BCKP_SOURCE είναι σε χαμηλό επίπεδο, η πηγή ρολογιού backplane προέρχεται από το PIN2. Όταν αυτό το σήμα είναι σε υψηλό επίπεδο, η πηγή ρολογιού του πίσω επιπέδου προέρχεται από τον εσωτερικό ταλαντωτή.

Βήμα 8: Έξοδος ρολογιού Backplane ή Έλεγχος ακίδων τμήματος 15 εξόδου

Ο πείρος 20 σε αυτό το σχέδιο έχει διπλή λειτουργία, η οποία εξαρτάται από την επιλεγμένη πηγή ρολογιού πλάτους. Η λειτουργία αυτού του πείρου ελέγχεται με ένα LUT 4 εισόδων, όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Με ένα LUT 4-bit, είναι δυνατό να συσχετιστεί η λειτουργία της θύρας XOR με μια έξοδο MUX. Όταν το σήμα BCKP_SOURCE είναι σε υψηλό επίπεδο, η έξοδος LUT θα ακολουθεί το εσωτερικό ρολόι ταλαντωτή. Στη συνέχεια, η καρφίτσα 20 λειτουργεί ως έξοδος ρολογιού στο πίσω μέρος. Όταν το σήμα BCKP_SOURCE είναι σε χαμηλό επίπεδο, η έξοδος LUT θα είναι η λειτουργία XOR μεταξύ SEG_OUT_15, από την έξοδο ASM και το σήμα ρολογιού backplane. Η διαμόρφωση 4-bit LUT για την πραγματοποίηση αυτής της λειτουργίας φαίνεται στο σχήμα 8.

Βήμα 9: Πρωτότυπο συστήματος LCD

Για να αποδειχθεί η χρήση της σχεδιαστικής λύσης GreenPAK, ένα πρωτότυπο σύστημα LCD συναρμολογήθηκε σε μια σανίδα ψωμιού. Για το πρωτότυπο, μια στατική τετραψήφια οθόνη επτά τμημάτων οδηγείται από δύο συσκευές GreenPAK στον πίνακα DIP. Η μία συσκευή (IC1) χρησιμοποιεί τον εσωτερικό ταλαντωτή για να οδηγήσει πλάτη LCD και η άλλη συσκευή (IC2) χρησιμοποιεί αυτό το σήμα ως αναφορά εισόδου πλάτους. Και τα δύο IC ελέγχονται μέσω διεπαφής I²C από έναν μικροελεγκτή STM32F103C8T6 (MCU) σε έναν πίνακα ελάχιστης ανάπτυξης.

Το σχήμα 9 δείχνει τη σχηματική εικόνα των συνδέσεων μεταξύ των δύο IC GreenPAK, της οθόνης LCD και της πλακέτας MCU. Στο σχήμα, η συσκευή GreenPAK με αναφορά U1 (IC1) οδηγεί το ψηφίο LCD ενός και δύο (αριστερή πλευρά LCD). Η συσκευή GreenPAK με αναφορά U2 (IC2) οδηγεί τα ψηφία LCD τρία και τέσσερα, συν το τμήμα COL (δεξιά πλευρά LCD). Η τροφοδοσία και για τις δύο συσκευές προέρχεται από τον ρυθμιστή στην πλακέτα ανάπτυξης μικροελεγκτή. Προστίθενται δύο αφαιρούμενοι βραχυκυκλωτήρες μεταξύ των ακίδων τροφοδοσίας και VDD κάθε συσκευής GreenPAK για μέτρηση ρεύματος με πολύμετρο.

Μια εικόνα του συναρμολογημένου πρωτοτύπου φαίνεται στο σχήμα 10.

Βήμα 10: Εντολές I²C για έλεγχο LCD

Οι δύο συσκευές GreenPAK στο breadboard είναι προγραμματισμένες με τον ίδιο σχεδιασμό, εκτός από την τιμή Byte ελέγχου. Το byte ελέγχου του IC1 είναι 0 (διεύθυνση I²C 0x00), ενώ το byte ελέγχου I²C είναι 1 (διεύθυνση I²C 0x10). Οι συνδέσεις μεταξύ τμημάτων οθόνης και προγραμμάτων οδήγησης συσκευών συνοψίζονται στον παραπάνω πίνακα.

Οι συνδέσεις επιλέχθηκαν με αυτόν τον τρόπο για να δημιουργηθεί ένα σαφέστερο σχήμα και να απλοποιηθεί η συναρμολόγηση των συνδέσεων του breadboard.

Ο έλεγχος της εξόδου του τμήματος γίνεται με εντολές εγγραφής I²C σε εικονικές εισόδους I²C και καταχωρητές εξόδου ASM. Όπως περιγράφεται στη σημείωση εφαρμογής AN-1090 Simple I²C IO Controllers with SLG46531V (βλ. Σημείωση εφαρμογής AN-1090 Simple I²C IO Controllers with SLG46531V, Dialog Semiconductor), η εντολή εγγραφής I²C είναι δομημένη ως εξής:

● Έναρξη

By Byte ελέγχου (το bit R/W είναι 0).

Address Διεύθυνση λέξης.

● Δεδομένα.

● Σταμάτα.

Όλες οι εντολές εγγραφής I²C γίνονται στη διεύθυνση Word 0xF4 (I²C Virtual Inputs) και 0xD0 (έξοδος ASM για κατάσταση 0). Οι εντολές για εγγραφή στο IC1 και τον έλεγχο ψηφίου LCD 1 και 2 συνοψίζονται στον Πίνακα 3. Στην αναπαράσταση της ακολουθίας εντολών, το ανοιχτό παρένθεμα "[" υποδηλώνει το σήμα έναρξης και το κλειστό "]" υποδηλώνει το σήμα διακοπής.

Τα δύο byte πάνω από τα τμήματα ελέγχου του ψηφίου LCD 1 και του ψηφίου 2 μαζί. Εδώ, η προσέγγιση είναι να χρησιμοποιήσετε έναν μεμονωμένο πίνακα αναζήτησης (LUT) στο λογισμικό για κάθε ψηφίο, λαμβάνοντας υπόψη τα τμήματα και στα δύο byte. Οι τιμές byte από τον πίνακα αναζήτησης θα πρέπει να αναμιχθούν χρησιμοποιώντας μια λειτουργία δυαδικών ψηφίων ή να αποσταλούν στο IC. Ο Πίνακας 4 δείχνει τις τιμές Byte0 και Byte1 για κάθε αριθμητική τιμή που πρέπει να γραφτεί σε κάθε ψηφίο εμφάνισης.

Για παράδειγμα, για να γράψετε στο ψηφίο 1 τον αριθμό 3 και στο ψηφίο 2 τον αριθμό 4, το Byte0 είναι 0xBD (0x8D bitwise OR με 0xB0) και το Byte 1 είναι 0x33 (0x30 bitwise OR με 0x03).

Η εντολή για εγγραφή στο IC2 και οι έλεγχοι ψηφίου 3 και 4, περιγράφονται στον πίνακα 5.

Η λογική ελέγχου των ψηφίων 3 και 4 είναι σαν τον έλεγχο των ψηφίων 1 και 2. Ο πίνακας 6 δείχνει το LUT για αυτά τα δύο ψηφία.

Η διαφορά στο IC2 είναι το τμήμα COL. Αυτό το τμήμα ελέγχεται από το Byte1. Για να ρυθμίσετε αυτό το τμήμα σκοτεινό, θα πρέπει να γίνει μια bit ή OR λειτουργία μεταξύ του Byte1 και της τιμής 0x40.

Βήμα 11: Εντολές I²C για δοκιμή LCD

Για δοκιμή LCD αναπτύχθηκε ένα υλικολογισμικό σε γλώσσα C για την πλακέτα MCU. Αυτό το υλικολογισμικό θα στείλει μια ακολουθία εντολών και στα δύο IC στο breadboard. Ο πηγαίος κώδικας για αυτό το υλικολογισμικό βρίσκεται στην ενότητα Προσάρτημα. Ολόκληρη η λύση αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας Atollic TrueStudio για STM32 9.0.1 IDE.

Η ακολουθία των εντολών και οι αντίστοιχες τιμές που εμφανίζονται στην οθόνη συνοψίζονται στον Πίνακα 7 παραπάνω.

Βήμα 12: Αποτελέσματα δοκιμών

Η δοκιμή πρωτοτύπου συνίσταται στην επαλήθευση των τιμών οθόνης μετά από μια εντολή MCU και τη μέτρηση του τρέχοντος νεροχύτη από κάθε IC κατά τη λειτουργία.

Εικόνες της οθόνης LCD για κάθε τιμή εντολής εμφανίζονται στον Πίνακα 8 παραπάνω.

Ο νεροχύτης για κάθε συσκευή μετρήθηκε με πολύμετρο, στο χαμηλότερο εύρος ρεύματος 200 μΑ. Εικόνες του μετρημένου ρεύματος για κάθε συσκευή, κατά την εκκίνηση και την κανονική λειτουργία, παρουσιάζονται στον Πίνακα 9 παραπάνω.

Συμπέρασμα και Αποτελέσματα Συζήτηση

Παρουσιάστηκε ο σχεδιασμός ενός στατικού προγράμματος οδήγησης LCD χαμηλής ισχύος με συσκευή GreenPAK. Αυτός ο σχεδιασμός δείχνει σαφώς ένα από τα μεγαλύτερα χαρακτηριστικά των συσκευών GreenPAK: το χαμηλό ρεύμα ηρεμίας τους. Επειδή οι συσκευές GreenPAK είναι μια λύση που βασίζεται σε υλικό, είναι δυνατή η εργασία σε λειτουργία χαμηλής συχνότητας, στην περίπτωση αυτή, 48 Hz. Μια λύση βασισμένη σε MCU θα απαιτήσει υψηλότερη συχνότητα λειτουργίας, ακόμη και για περιοδικά μικρά χρονικά διαστήματα, και στη συνέχεια θα αντλήσει περισσότερη ισχύ. Και, συγκρίνοντας τη συσκευή GreenPAK με μια CPLD (Σύνθετη προγραμματιζόμενη λογική συσκευή), είναι σαφές ότι συνήθως ένα CPLD έχει ένα ρεύμα ηρεμίας υψηλότερο από 20 μA.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι αυτός ο σχεδιασμός θα μπορούσε εύκολα να τροποποιηθεί για καλύτερη προσαρμογή στις απαιτήσεις ενός συγκεκριμένου έργου. Ένα καλό παράδειγμα είναι το pinout των στοιχείων ελέγχου τμημάτων. Θα μπορούσαν εύκολα να αλλάξουν για να απλοποιήσουν την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και την ανάπτυξη λογισμικού ταυτόχρονα. Αυτό είναι ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό όταν η συσκευή συγκρίνεται με ένα ASIC (εκτός εφαρμογής) ολοκληρωμένο κύκλωμα. Συνήθως, τα ASIC έχουν σχεδιαστεί για να ταιριάζουν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και θα πρέπει να γραφτεί μια αρχική ρουτίνα λογισμικού για τη σωστή διαμόρφωση του IC πριν από τη λειτουργία. Μια διαμορφώσιμη συσκευή θα μπορούσε να σχεδιαστεί για να ξεκινήσει έτοιμη για χρήση μετά την ενεργοποίηση. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατό να μειωθεί ο χρόνος ανάπτυξης λογισμικού για την αρχική διαμόρφωση IC.

Ο πηγαίος κώδικας της εφαρμογής μπορεί να βρεθεί εδώ στο Παράρτημα Α.