一، أساسيات التعاون الفني: خصائص القيادة ومتطلبات معالجة الإشارات التناظرية لشاشات LCD المكسورة
1. جوهر القيادة لشاشات الكريستال السائل ذات الكود المكسور: التحكم في المجال الكهربائي للتيار المتردد
يتكون كل جزء عرض من شاشة LCD ذات الكود المكسور من أقطاب كهربائية شفافة، ويعتمد مبدأ عملها على خصائص استجابة المجال الكهربائي لجزيئات الكريستال السائل: عندما يتم تطبيق تردد وسعة معينين للمجال الكهربائي المتناوب، يتغير ترتيب جزيئات الكريستال السائل، ويتغير نفاذية الضوء وفقًا لذلك، وبالتالي يتم تحقيق العرض. تفرض هذه الخاصية متطلبات صارمة على إشارة القيادة:
نطاق الجهد: عادةً من 3 فولت إلى 5 فولت (نوع TN) أو أعلى (يتطلب نوع STN 10 فولت أو أعلى)؛
متطلبات التردد: تردد القيادة النموذجي هو 32 هرتز إلى 256 هرتز لتجنب مكونات التيار المباشر التي تسبب التدهور الكهروكيميائي للبلورة السائلة؛
تناظر شكل الموجة: يجب أن تكون سعة النبضات الموجبة والسالبة متساوية تمامًا لضمان أن يكون صافي انحياز التيار المستمر صفرًا.
2. المهمة الأساسية لمعالجة الإشارات التناظرية
تحتاج دائرة معالجة الإشارات التناظرية إلى إكمال ثلاث وظائف رئيسية:
تكييف الإشارة: قم بتضخيم خرج الإشارة الضعيفة بواسطة المستشعر (مثل الإشارة الحرارية لمستوى mV) إلى نطاق الجهد المطلوب لتشغيل شاشة LCD؛
منع الضوضاء: القضاء على تداخل تردد الطاقة (50 هرتز/60 هرتز) أو ضوضاء التردد العالي-من خلال دوائر التصفية؛
تحويل المستوى: تحويل الإشارات غير القياسية (مثل الإشارات الصناعية 0-10 فولت) إلى مستويات منطقية يمكن التعرف عليها بواسطة شرائح تشغيل LCD.
2، تصميم الدوائر الرئيسية: سلسلة إشارة كاملة من جهاز الاستشعار إلى شاشات الكريستال السائل
1. دائرة اكتساب الإشارة وتضخيمها
وبأخذ نظام قياس درجة الحرارة كمثال، فإن سلسلة الإشارة النموذجية هي كما يلي:
واجهة المستشعر: يتم توصيل المقاوم البلاتيني PT100 بدائرة مصدر التيار المستمر من خلال نظام ثلاثي الأسلاك للتخلص من أخطاء مقاومة الرصاص؛
مضخم الأجهزة: استخدام مضخمات تشغيلية منخفضة الضوضاء مثل AD620 لتضخيم تغيرات الجهد الصغيرة (مثل 0-100 مللي فولت المقابلة لـ 0-100 درجة ) إلى 0-5 فولت؛
تصفية منع التعرج: يعمل مرشح تمرير ثانٍ-من Butterworth منخفض-(تردد القطع-10 هرتز) على منع ضوضاء التردد العالي-ويتجنب التعرج في أخذ العينات.
2. التناظرية للتحويل الرقمي والمعالجة المنطقية
اختيار ADC: يوفر نوع ADC 12 بت SAR (مثل ADS7841) دقة كافية لتحويل الإشارات التناظرية إلى كميات رقمية؛
معالجة وحدة التحكم الدقيقة: تقوم STM32F103 ووحدات MCU الأخرى بتحويل قيم درجة الحرارة إلى رموز برنامج تشغيل LCD من خلال طريقة جدول البحث، مع تنفيذ وظائف مثل الإنذارات الزائدة عن الحد؛
مصدر الجهد المرجعي: توفر المصادر المرجعية الدقيقة مثل ADR434 جهدًا مرجعيًا قدره 4.096 فولت لضمان دقة تحويل ADC.
3. توليد إشارة سائق LCD
شريحة المحرك المتخصصة: HT1621 ووحدات التشغيل المرحلية الأخرى تدمج مضخات الشحن، والتي يمكن أن تعزز الجهد المنطقي 3.3 فولت إلى 15 فولت لتشغيل شاشة LCD من النوع STN؛
توليد شكل موجة الاتصال: يتم إخراج إشارات PWM التكميلية من خلال مؤقتات MCU، ويتم تصنيع الموجات المربعة ذات التردد ودورة العمل المطلوبة بواسطة المنطق الداخلي لشريحة القيادة؛
المسح الضوئي للوحة الإلكترونية المعززة: تعمل شريحة برنامج التشغيل على تنشيط محطة COM بطريقة تقسيم الوقت-، وتتعاون مع إشارة محطة SEG لتحقيق عرض متعدد البتات.
4. دائرة إدارة الطاقة
تصميم مجال الجهد المتعدد: يوفر LDO (مثل AM11117-3.3) مصدر طاقة رقمي 3.3 فولت، وتولد مضخة الشحن (مثل SGM3209) جهدًا متحيزًا للوحة الكترونية معززة 5 فولت؛
محرك الإضاءة الخلفية: تعمل دائرة التعزيز (مثل AP3603) على تعزيز إدخال 5 فولت إلى 18 فولت لتشغيل الإضاءة الخلفية LED، ودعم تعتيم PWM لتقليل استهلاك الطاقة.
3، سيناريوهات التطبيق النموذجية: حالات عملية للأدوات الصناعية والمعدات الطبية
1. جهاز إرسال الضغط الصناعي
سلسلة الإشارة: مستشعر التجويف → مضخم الأجهزة → 24 بت Δ - ∑ ADC → MCU → برنامج تشغيل LCD؛
التصميم الرئيسي:
استخدام حلقة تيار تبلغ 4-20 مللي أمبير لنقل الإشارات وتعزيز القدرات المضادة للتداخل؛
تحتوي شريحة التشغيل على-دائرة مدمجة لتعويض درجة الحرارة للتخلص من تأثير تغيرات درجة الحرارة على خصائص استجابة البلورة السائلة؛
تنفيذ التصفية الرقمية من خلال البرامج (مثل خوارزمية المتوسط المتحرك) لزيادة تحسين استقرار العرض.
2. جهاز قياس ضغط الدم الإلكتروني المحمول
سلسلة الإشارة: مستشعر كهرضغطية ← مضخم الشحن ← مرشح تمرير النطاق (0.5-5 هرتز) ← ADC ← MCU ← برنامج تشغيل LCD؛
التصميم الرئيسي:
استخدام بنية مكبر الصوت التشغيلي المزدوج (مثل OPA2350) لتحقيق تحويل جهد الشحن وتحسين نسبة الإشارة -إلى-الضوضاء؛
تدعم شريحة السائق أوضاع العرض الجزئية، وتقوم فقط بتنشيط القطاعات المتعلقة بضغط الدم لتقليل استهلاك الطاقة؛
دائرة مراقبة متكاملة لمنع تعطل النظام وعرض العيوب.
4، التحديات والحلول التقنية
1. عرض تأخير الاستجابة في بيئة درجة الحرارة المنخفضة-.
المشكلة: تزداد لزوجة البلورة السائلة مع انخفاض درجة الحرارة، مما يؤدي إلى وقت استجابة أطول؛
حل:
توفر شريحة المحرك وظيفة القيادة الزائدة، حيث تطبق جهدًا عاليًا قصيرًا لتسريع محاذاة البلورات السائلة أثناء تبديل الشاشة؛
باستخدام مواد كريستالية سائلة ذات درجة حرارة واسعة (مثل نوع VA)، يمتد نطاق درجة حرارة العمل إلى -40 درجة إلى +85 درجة.
2. عرض الأحرف المشوهة الناتجة عن التداخل الكهرومغناطيسي
المشكلة: تدخل الضوضاء الناتجة عن تبديل مصادر الطاقة أو المحركات إلى خط الإشارة من خلال الاقتران المكاني؛
حل:
ضع صمامات TVS الثنائية (مثل SMAJ5.0A) بالقرب من موصل LCD لامتصاص الجهد العالي العابر؛
استخدام الخرز المغناطيسي (مثل BLM18PG121SN1) لعزل مصادر الطاقة الرقمية والتناظرية؛
يتم توصيل خط الإشارة الرئيسي (مثل محطة SEG) على التوالي بمقاومة 22 أوم لتكوين مرشح تمرير منخفض - RC.
3. تحسين تصميم الطاقة المنخفضة
المشكلة: تتطلب الأجهزة المحمولة تشغيلاً طويل الأمد- كما أنها حساسة لاستهلاك الطاقة؛
حل:
تدعم شريحة التشغيل وضع السكون، ويمكن تقليل التيار الثابت إلى أقل من 1 ميكرو أمبير؛
اعتماد شاشة LCD عاكسة (لا تحتاج إلى إضاءة خلفية)، جنبًا إلى جنب مع مستشعر الإضاءة المحيطة لتحقيق التحكم التلقائي في الإضاءة الخلفية؛
تدخل MCU في وضع إيقاف التشغيل وتقوم فقط بتحديث البيانات من خلال التنبيه المحدد بوقت لـ RTC.
