صفحه نمایش ال سی دی تک رنگ. نمایشگرهای LCD گرافیکی تک رنگ در مدارهای میکروکنترلر

اولین تلویزیون LCD سیاه و سفید در سال 1976 (شارپ) ظاهر شد و دارای صفحه نمایش 160 × 120 پیکسل بود. برای مدت طولانی، ایده استفاده از چنین صفحه نمایش هایی در طراحی های آماتور با یک مشکل پیش پا افتاده روبرو شد - برای توسعه خانه بسیار گران است. در سال های اخیر، وضعیت به شدت تغییر کرده است و LCD های گرافیکی تک رنگ GLCD (نمایشگر کریستال مایع گرافیکی) کمی گران تر از همتایان الفبایی خود شده اند.

مزایای نشانگرهای گرافیکی نسبت به نمادهای نمادین آشکار است، زیرا به شما امکان می دهد یک تصویر شطرنجی دو بعدی را با یک تصویر واقعاً قابل تشخیص روی صفحه نمایش دهید. MKهای مدرن به اندازه کافی سریع هستند تا حتی ویدیوهای پخش جریانی را روی LCD پخش کنند. چه چیزی آنالوگ اولین تلویزیون سیاه و سفید در نسخه میکروکنترلر جیبی نیست؟

از میان بسیاری از پارامترهایی که یک GLCD انتخاب می‌شود، نوع کنترل‌کننده گرافیک داخلی مهم است. سیستم فرمان، رابط فیزیکی و الگوریتم نرم افزار به آن بستگی دارد.

حدود دوازده نوع از کنترل کننده های LSI از تولید کنندگان مختلف وجود دارد. در مقایسه با ماژول های LCD "الفبایی"، GLCD دارای یک نوآوری است - می تواند چندین کنترل کننده وجود داشته باشد و آنها با یک درایور بخش تکمیل می شوند. یک جفت تشکیل می شود که می تواند به عنوان یک "چیپست" در نظر گرفته شود، با قیاس با مادربردهای رایانه های شخصی.

در GLCD های رایج سازگار با سیستم فرمان کنترل کننده KS0108 (سامسونگ)، چیپست با کسری KS0107 / KS0108 یا KS0107B / KS0108B نشان داده می شود. توسعه دهندگان با تجربه می دانند که نام "KS0107" به درایور سگمنت و "KS0108" به کنترل کننده اصلی اشاره دارد. با توجه به اینکه وجود تراشه درایور روی PCB LCD بدیهی است، گاهی اسناد تنها نوع کنترلر KS0108 را نشان می دهند.

در شکل 2.43 بلوک دیاگرام یک GLCD از استاندارد KS0107 / KS0108 با طرح بندی 128 × 64 پیکسل را نشان می دهد. اساس ماتریسی از عناصر LCD است که در عرض 128 ستون و ارتفاع 64 خط مرتب شده اند. برای روشن کردن هر یک از 8192 نقطه صفحه، به 192 سوئیچ ترانزیستوری نیاز دارید که در یک درایور KS0107 و در دو کنترلر KS0108 قرار دارند. هر کنترلر دارای یک رم داخلی با ظرفیت 4 کیلوبیت و همچنین منطق برای ارتباط با دستگاه های خارجی است. به نوبه خود، درایور شبکه ای از سیگنال های ساعت را برای کل سیستم از اسیلاتور اصلی RC تولید می کند (جزئیات در).

برنج. 2.43. بلوک دیاگرام GLCD با سازماندهی 128 × 64 پیکسل.

چرا GLCD به جای یکی دو تراشه کنترلر دارد؟ ما می توانیم فرض کنیم که به خاطر یکسان سازی، زیرا هر یک از آنها مسئول ربع خود 64 × 64 پیکسل هستند. با افزایش متناسب تعداد ربع ها، می توانید هر اندازه صفحه نمایشی از 64 × 64 تا 640 × 480 پیکسل را دریافت کنید.

نمایشگرهای LCD گرافیکی، به عنوان یک ویژگی اجباری، دارای نور پس زمینه LED داخلی صفحه نمایش هستند. رنگ آن پس زمینه تصویر را تعیین می کند. به عنوان مثال، حروف سیاه روی پس زمینه زرد. هیچ مولد حروف الفبای دوخته شده ای در صفحه نمایش وجود ندارد. برنامه نویس باید حروف، اعداد، نمادها، نشانه ها را خودش بسازد. حروف الفبا را می توان در جهان شناخته شده باشد و در اینجا اغراق وجود ندارد.

متأسفانه، حتی برای GLCD هایی با کنترلر یکسان، هیچ یکسانی در نام پین و پین وجود ندارد. این یک نکته منفی است که باعث می شود دیتاشیت ها را به دقت مطالعه کنید. جدول. 2.6 برای مثال، مجموعه ای از علامت های سیگنال موجود در GLCD، سازگار با KS0107 / KS0108، جمع آوری شده است. به نام کامل نمایشگر توجه ویژه ای داشته باشید. به عنوان مثال Winstar WG12864A دارای یک کنترلر KS0108 است و WinstarWG12864D یک کنترلر T6963C است که دارای یک سیستم فرمان کاملاً متفاوت است. GLCD هایی با منبع تغذیه کاهش یافته + 2.4 ... + 3.6 ولت وجود دارد. این اتفاق می افتد که نور پس زمینه از +5 ولت و نشانگر از +3 ولت و غیره تغذیه می شود.

جدول 2.6. تفسیر سیگنال های KS0107 / KS0108 GLCD

مدارهای الکتریکی برای اتصال GLCD به MK مشابه یکدیگر هستند، حتی با "چیپست" های مختلف در داخل (شکل 2.44، a ... g)، اما نرم افزار اساساً متفاوت خواهد بود. برای کنترل روشنایی نور پس زمینه، می توانید بر اساس قیاس، از مداری که قبلاً در شکل 1 بحث شده است استفاده کنید. 2.42، a… p.

الف) نمودار اتصال معمولی ماژول GLCD سازگار با سیستم فرمان KS0108. گذرگاه داده "DB0" ... "DB7" دو طرفه. مقاومت L2 روشنایی نور پس زمینه را تنظیم می کند. مقاومت R1 کنتراست را از صفحه کاملاً روشن تا کاملاً تاریک تنظیم می کند. ولتاژ منفی در تماس "UEE" -5 ... -8 V در داخل GLCD تولید می شود.

ب) نوع کنترل کننده مانند شکل 1 است. 2.44، اما پین اوت و نام پین های GLCD متفاوت است. برای تنظیم کنتراست، یک مقاومت ثابت R1 کافی است. مقاومت آن در دیتاشیت نشان داده شده است. روشنایی نور پس زمینه قابل تنظیم نیست.

ج) سیگنال های آنتی فاز به پایانه های "CSl"، "CS2" نمایشگر گرافیکی HG1 (128 × 64) اعمال می شود، یعنی. در هر لحظه از زمان، تنها یکی از دو ربع پیکسل (64 × 64) قابل دسترسی است. یک اینورتر در ترانزیستور VT1 تعداد خطوط MK را کاهش می دهد. O

درباره شکل 2.44. نمودارهای اتصال ماژول های LCD گرافیکی به MK (انتها):

د) ماژول GLCD HG1 دارای یک کنترلر داخلی T6963 از توشیبا است. ولتاژ منفی برای کنترل کنتراست از خارج تامین می شود و توسط مقاومت R2 تنظیم می شود. مقاومت R1 روشنایی نور پس زمینه را تعیین می کند. دیود VD1 از نمایشگر در برابر اعمال ولتاژ مثبت بیش از 0.7 ولت به ورودی "Vo" محافظت می کند.

ه) ماژول GLCD HG1 دارای یک کنترلر داخلی SED1330 از شرکت Seiko Epson Corp است. برای کنترل کنتراست، یک منبع تغذیه دوقطبی +5 ولت خارجی لازم است.

و) مدار معادل منبع ولتاژ منفی GLCD. کنتراست توسط یک مقاومت متغیر R4 تنظیم می شود. پایداری دما توسط ترمیستور RK1 حفظ می شود. مقاومت R3 مشخصه دما را خطی می کند، مقاومت آن به صورت تجربی انتخاب می شود.

g) سیگنال تنظیم مجدد اولیه برای پین "RES" ماژول LCD گرافیکی HG1 نیازی به ارائه از MK ندارد. این می تواند توسط یک زنجیره خارجی R1، C / تشکیل شود. مزیت - صرفه جویی در خطوط بندر MK.

کامپیوترهای شخصی از چندین نوع نمایشگر مختلف برای نمایش متن و گرافیک استفاده می کنند. در زیر دسته بندی نمایشگرها بر اساس رابط کاربری آنها با کامپیوتر ارائه شده است.

• نمایشگر ترکیبی دارای یک خط ورودی آنالوگ صفحه نمایش می تواند رنگی یا تک رنگ باشد. سیگنال ویدئویی در استاندارد NTSC (کمیته سیستم تلویزیون ملی) وارد صفحه نمایش می شود. از این استاندارد در تلویزیون نیز استفاده می شود. نمایشگر کامپوزیت همراه با آداپتور ویدئویی CGA استفاده می شود.
• نمایشگر دیجیتال. دارای یک تا شش خط ورودی صفحه نمایش دیجیتال می تواند تا 2n رنگ مختلف را نمایش دهد که n برابر با تعداد خطوط ورودی است. این نوع نمایشگر را می توان همراه با EGA و CGA استفاده کرد.
• نمایشگر آنالوگ RGB دارای سه خط ورودی آنالوگ (درایو قرمز، سبز و آبی). سطح ولتاژ در هر خط مسئول شدت رنگ مربوطه روی صفحه است. تعداد رنگ هایی که یک نمایشگر آنالوگ می تواند نمایش دهد در واقع تنها با قابلیت های آداپتور ویدئویی محدود می شود. صفحه نمایش آنالوگ در ارتباط با VGA، Super VGA و XGA استفاده می شود.

برای رایج ترین نمایشگرهای مورد استفاده در رایانه های سازگار با IBM PC / XT / AT، جدول زیر را ببینید:

جدول 2.1 انواع نمایش

1.1. صفحه نمایش تک رنگ

در اصل، رایانه شخصی IBM با یک صفحه نمایش تک رنگ IBM (MD) و یک آداپتور ویدیویی تک رنگ (MDA) تولید می شد. اگرچه MDA توانایی استفاده از گرافیک و رنگ های مختلف را ارائه نمی دهد، اما به دلیل وضوح بالا - 720x350 (که حتی بالاتر از EGA - 640x350 است) MDA به طور گسترده برای برنامه های کاربردی کار با متون استفاده می شود. گام بعدی در بهبود سیستم های ویدئویی ایجاد توسط Hercules Technology، INC بود. آداپتور ویدیویی جدید Hercules (Hercules)، که در ارتباط با یک صفحه نمایش تک رنگ از IBM (MD) استفاده می شود. این آداپتور سازگار با MDA بوده و امکان استفاده از گرافیک را در اختیار کاربر قرار می دهد.

نمایشگرهای تک رنگ IBM و نمایشگرهای سازگار از نرخ فریم 50 هرتز استفاده می کنند.

1.2. نمایشگر رنگی

نمایشگر رنگی IBM (سی دی - نمایشگر رنگی) همراه با یک آداپتور گرافیک رنگی (CGA) برای ارائه چهار رنگ برای گرافیک و هشت رنگ برای متن استفاده می شود. خود نمایشگر رنگی قابلیت نمایش شانزده رنگ مختلف را دارد. وضوح یک صفحه نمایش رنگی کمتر از یک صفحه نمایش تک رنگ است - 640x200 و اندازه کاراکتر 8 پیکسل (پیکسل - حداقل عنصر تصویر) در ارتفاع و 8 پیکسل در عرض است. در نتیجه، قابل توجه است که کاراکترها از پیکسل های جداگانه تشکیل شده اند. با ظهور یک صفحه نمایش رنگی بهبود یافته و با وضوح بالا، این اشکال برطرف شده است.

نمایشگر رنگی دارای فریم ریت 60 هرتز است.

1.3. نمایش رنگی بهبود یافته

صفحه نمایش رنگی پیشرفته برای استفاده با آداپتور ویدئویی EGA طراحی شده است. وضوح بالایی دارد - 640x350 و می تواند رنگ های بیشتری (هر 16 از 64) را نسبت به یک صفحه نمایش رنگی معمولی نمایش دهد. عرض کاراکترها 8 پیکسل در ارتفاع 14 پیکسل است.

1.4. نمایشگر رنگی چند فرکانس

این نمایشگر قابلیت عملکرد با نرخ فریم های مختلف را دارد که به آن امکان پشتیبانی از حالت هایی با رزولوشن های مختلف را می دهد. معمولا این نمایشگرها دارای وضوح 640x350 (که مربوط به EGA است) و بالاتر - 640x400، 640x480، 800x600، 1024x768. دو حالت آخر فقط با آداپتورهای ویدئویی Super VGA و XGA اجرا می شوند.

نمایشگر رنگی چند فرکانس می تواند رنگ های بیشتری را نسبت به نمایشگر رنگی پیشرفته تولید کند. در حالت دیجیتال 64 رنگ مشابه ECD دارد و در حالت آنالوگ می تواند تقریباً تعداد رنگ های نامحدودی را نمایش دهد. اکثر نمایشگرهای چند فرکانس را می توان همراه با VGA استفاده کرد. اولین مدل های نمایشگر چند فرکانس NEC از آداپتور ویدئویی VGA پشتیبانی نمی کردند.

1.5. صفحه نمایش VGA

برای آداپتور ویدئویی VGA، IBM یک صفحه نمایش آنالوگ RGB با وضوح بالا و یک صفحه نمایش آنالوگ تک رنگ با وضوح بالا توسعه داده است. در یک صفحه نمایش تک رنگ، رنگ های مختلف در سایه های مختلف خاکستری نمایش داده می شود. این دو نمایشگر (تک رنگ و رنگی) قابل تعویض هستند - برنامه های نوشته شده برای یک نمایشگر می توانند با نمایشگر دیگری کار کنند.

مانیتورهای تک رنگبسیار ارزان‌تر از رنگ‌های رنگی، تصویر واضح‌تر و وضوح بالاتری دارند، می‌توانند ده‌ها سایه از رنگ‌های خاکستری را نمایش دهند، برای سلامتی انسان مضر نیستند. بنابراین، بسیاری از برنامه نویسان حرفه ای آنها را ترجیح می دهند.

در میان تک رنگ، رایج ترین موارد مورد استفاده عبارتند از:

● نمایشگرهای تک رنگ با کنترل مستقیم، ارائه وضوح بالا هنگام نمایش متن و نمادهای شبه گرافیکی، اما برای تشکیل تصاویر گرافیکی ساخته شده از پیکسل های جداگانه در نظر گرفته نشده است. فقط با کنترلرهای ویدئویی تک رنگ کار کنید.

● مانیتورهای تک رنگ ترکیبی هنگام کار با یک آداپتور گرافیکی رنگی، نمایش با کیفیتی از اطلاعات نمادین و گرافیکی را ارائه می دهند (اما، البته، تصویری تک رنگ، اغلب سبز یا کهربایی را ارائه می دهند).

مانیتورهای کامپوزیت تک رنگ با تصویر سیاه و سفید از نوع "سفید کاغذی" (که اغلب در سیستم‌های نشر رومیزی استفاده می‌شود) بالاترین وضوح را با بازتولید خوب مقیاس خاکستری مانیتورهایی که امروزه استفاده می‌شوند، دارند. وضوح آنها، هنگام کار با یک آداپتور ویدئویی خوب، از 1600 در 1200 پیکسل فراتر می رود.

مانیتورهای رنگی

یک مانیتور CRT رنگی از سه تفنگ الکترونی استفاده می کند، برخلاف یک تفنگ که در نمایشگرهای تک رنگ استفاده می شود. هر تفنگ مسئول یکی از سه رنگ اصلی است: قرمز (قرمز)،سبز (سبز)و آبی، که برای ایجاد تمام رنگ‌ها و رنگ‌های دیگر، تا 16 میلیون رنگ مختلف در استاندارد TrueColor ترکیب می‌شوند. فسفر یک لوله رنگی شامل گروه های کوچکی از نقاط است که هر کدام دارای سه نوع عنصر هستند (از این رو نام گروه عناصر فسفر - سه گانه)با این رنگ های اصلی می درخشد و جریان الکترون ها از هر تفنگ الکترونی به گروه های مربوطه از نقاط هدایت می شود. گاهی اوقات به این مانیتورها مانیتورهای RGB گفته می‌شود، پس از حروف اول نام رنگ‌های اصلی که طیف را تشکیل می‌دهند.

پرتو الکترونی برای عناصر فسفر قرمز نباید با فسفر سبز یا آبی تداخل داشته باشد. برای رسیدن به این

در عمل، از یک ماسک ویژه استفاده می شود که ساختار آن به نوع CRT های سازنده های مختلف بستگی دارد و گسستگی (تصحیح سازی) تصویر را فراهم می کند.

CRT ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

● با آرایش دلتا شکل تفنگ های الکترونی.

● با آرایش مسطح تفنگ های الکترونی.

اغلب CRT ها (لوله ها) با آرایش مسطح تفنگ های الکترونی، CRT با خود همگرایی پرتوها نیز نامیده می شوند، زیرا تأثیر میدان مغناطیسی زمین بر روی پرتوهای سه سطحی عملاً یکسان است و هنگامی که موقعیت لوله نسبت به در این قسمت تنظیمات اضافی مورد نیاز نیست. دو نوع ماسک در این تیوب ها استفاده می شود: 0 “Shadow Mask”;

● «ماسک اسلات».

ماسک سایه رایج ترین نوع ماسک برای مانیتورهای CRT است. ماسک سایه یک شبکه فلزی در جلوی صفحه لوله شیشه ای با یک لایه فسفر است. سوراخ های مش فلزی تضمین می کند که پرتو فقط به عناصر فسفری مورد نیاز و فقط در مناطق خاصی برخورد می کند. حداقل فاصله بین عناصر فسفری هم رنگ را نقطه نقطه می نامند. ماسک سایه در بسیاری از مانیتورهای مدرن، به ویژه هیتاچی، پاناسونیک، سامسونگ، دوو، ال‌جی، نوکیا، ویوسونیک استفاده می‌شود.

ماسک شکاف متشکل از هادی های فلزی موازی در جلوی صفحه یک لوله شیشه ای با لایه فسفر است. شکاف های بین هادی ها اطمینان حاصل می کنند که پرتو به طور دقیق به نوارهای صفحه مورد نیاز برخورد می کند. عناصر فسفر در سلول های بیضوی عمودی قرار گرفته اند و ماسک از خطوط عمودی ساخته شده است. نوارهای عمودی در واقع به سلول های بیضوی تقسیم می شوند که حاوی گروه هایی از عناصر فسفر در سه رنگ اصلی هستند. حداقل فاصله بین دو سلول را گام شیار می نامند. ماسک شکاف علاوه بر مانیتورهای NEC (توسعه دهنده این فناوری) در مانیتورهای Panasonic PureFlat و LG Flatron استفاده می شود.

سونی لوله های Grill با دیافراگم مسطح را توسعه داده است که بیشتر به عنوان لوله های Trinitron شناخته می شوند. توری دیافراگم یک توری فلزی از خطوط عمودی است. به جای سلول های بیضوی، صفحه نمایش شامل یک سری رشته های متشکل از عناصر فسفر در سه رنگ اصلی است که به صورت نوارهای عمودی مرتب شده اند. این سیستم کنتراست تصویر بالا و اشباع رنگ خوبی را فراهم می کند که در کنار هم مانیتورهای لوله ای با کیفیتی را بر اساس این فناوری ارائه می دهند. ماسک مورد استفاده در لوله های سونی و همچنین CTX، Mitsubishi، ViewSonic یک فویل نازک است که خطوط عمودی نازکی روی آن بریده می شود. روی یک سیم سیم افقی (در مانیتورهای بزرگ - روی چندین) که سایه آن قابل مشاهده است، روی صفحه قرار دارد. از این سیم برای میرایی ارتعاشات استفاده می شود و به آن سیم دمپر می گویند.

حداقل فاصله بین دو رشته تک رنگ روی صفحه نمایش، strip pitch نامیده می شود. مفاهیم معرفی شده در بالا: "پیچ نقطه"، "پیچ شیار"، "پیچ نواری" را می توان با اصطلاح عمومی رایج تر "اندازه دانه" که در زیر مورد بحث قرار می گیرد، مرتبط کرد.

مانند مانیتورهای رنگیاز مانیتورهای رنگی کامپوزیت نیز استفاده می شود که هم رنگ و هم گرافیک را ارائه می دهد، اما باوضوح نسبتا پایین

مانیتورهای RGB کیفیت بالاتری دارند، با وضوح و جزئیات گرافیکی و رنگی بالا، برای هر یک از سیگنال های رنگی اصلی یک سیم اختصاصی دارند (در کامپوزیت ها هر سه سیگنال رنگی از یک سیم عبور می کنند).

مانیتورهای RGB در ارتباط با یک کنترلر گرافیکی رنگی کار می کنند. سه نوع مانیتور ویدئویی، CD (نمایش رنگی)، ECD (سی دی پیشرفته) و PGS (سیستم گرافیک حرفه ای)، استانداردی را برای مانیتورهای رنگی در استفاده گسترده تعریف کرده اند، اما در حال حاضر فقط مورد دوم شایسته توجه است.