Заказные индикаторы

Альтернативой серийно выпускаемым различными производителями индикаторам, ставшими уже стандартными, является использование сегментных и графических ЖКИ, изготовленных по специальному за казу.

Дизайн и эргономичность продукции являются одними из важнейших факторов конечного успеха продукта на рынке. Устройство, обладающее дружественным интерфейсом, несомненно, при прочих равных будет пользоваться большей популярностью. В качестве устройства отображения в приборах все чаще применяются различные жидкокристаллические монохромные индикаторы, которые по типу отображаемой информации могут классифицироваться следующим образом:

• сегментные индикаторы — в видимой области расположены группы семисегментных «восьмерок», специальных символов (пиктограмм), и пр. (рис. 1, 2). Информация отображается путем включения необходимых сегментов и их групп;


Рис. 1


Рис. 2

• знакосинтезирующие индикаторы — в видимой области расположен набор знакомест, каждое из которых представляет собой матрицу пикселей, как правило, размером 7x5. Знакоместа группируются в строки, число строк 1, 2, 4, в каждой строке от 8 до 40 знакомест. Информация отображается путем синтезирования на знакоместе алфавитно-цифровых и специальных символов, в некоторых случаях возможно отображение простых пиктограмм;
• графические (матричные) индикаторы — в видимой области расположена матрица пикселей, типовые размеры 122x32, 128x64 и др. Возможно отображение произвольной информации — алфавитно-цифровой, статической графической, анимированной графической.

ЖКИ так же возможно классифицировать по типу конструктивного исполнения:

• индикаторы без драйвера — представляют собой две стеклянные пластины в зазор между которыми (единицы микрон) помещается слой жидких кристаллов, а сверху и снизу наклеиваются пленки поляризаторов и светофильтров. Соединение индикатора с печатной платой устройства осуществляется посредством жестких выводов, токопроводящей резины или гибкого шлейфа. Тип ЖКИ и драйвер выбирается разработчиком конечного устройства, управляющий драйвер располагается на основной плате устройства;
• COB-индикаторы — индикаторы с драйвером на печатной плате, изготовленными по технологии Chip-On-Board. На несущую печатную плату устанавливается драйвер и все необходимые цепи управления индикатором, собственно сам индикатор, который крепится при помощи металлической рамки-держателя, а соединение с платой осуществляется через токопроводящую резину. Опционально такие индикаторы комплектуются модулями светодиодной подсветки и представляют собой законченное решение средства отображения информации;
• COF-индикаторы — индикаторы с гибким шлейфом, изготовленные по технологии Chip-On-Flex. Управляющий драйвер и пассивные компоненты установлены на гибком шлейфе. Шлейф соединяется с печатной платой устройства посредством разъема или пайки;
• TAB-индикаторы — индикаторы, изготовленные по технологии Tape-Automatic-Bounding, как и в случае COF-индикаторов, управляющий драйвер располагается на шлейфе, однако эта технология позволяет устанавливать на шлейф несколько кристаллов (например, строковый и столбцовый драйвера, контроллер клавиатуры и др.) упакованные в один корпус, что минимизирует занимаемую площадь;
• COG-индикаторы — индикаторы, изготовленные по технологии Chip-On-Glass. Управляющий драйвер монтируется посредством токопроводящего клея на стеклянную подложку индикатора. При этом минимизируется площадь, занимаемая индикатором, а так же стоимость за счет исключения внешнего драйвера и шлейфа.

Технологические возможности компании Ampire позволяют изготовить любой индикатор по типу отображаемой информации и конструктивному исполнению. Однако используемая технология изготовления является одним из основных факторов, формирующих конечную стоимость индикатора. Наиболее дорогостоящими являются COF- и TAB-индикаторы, использование которых представляется оправданным в устройствах, производимых лишь очень крупными сериями, например, в мобильных телефонах. Причина — очень высокая стоимость подготовки к производству подобных индикаторов. В зависимости от используемого управляющего хост-микроконтроллера и его возможностей (например, наличия в составе микроконтроллера драйвера ЖКИ) рекомендуется к применению индикаторы без драйвера и индикаторы, изготовленные по технологии Chip-On-Glass.

Сегментные индикаторы

В видимой области сегментных индикаторов расположены группы сегментов (например, группы семисегментных «вось- мерок»), специальных символов (пиктограммы), и пр. (рис.1, 2). Количество сегментов, как правило, не превышает 200–300. В зависимости от количества сегментов и возможностей микроконтроллера выбирается один из двух типов управления сегментами — статический или мультиплексный. В первом случае каждый вывод драйвера (или внешнего управляющего микроконтроллера) управляет одним сегментом. Такой тип управления наиболее целесообразен при числе сегментов до 100-120, или когда основными требованиями к индикатору являются высокая контрастность и скорость реакции во всем диапазоне рабочих температур. В случае статического управления угол обзора значительно шире, а контрастность при отрицательных температурах практически не снижается. Технология производства таких индикаторов компании Ampire позволяет добиться времени включения-выключения сегментов при температуре -40° С не превышающего 14-17 секунд, при этом время переключения сегментов при температуре -30° С составляет уже 3-4 секунды.

Фактически единственным недостатком метода статического управления сегментами является необходимость наличия большого числа выводов индикатора, что в конечном счете приводит к его удорожанию и сложности использования. Одним из путей решения этой проблемы является применение мультиплексного метода управления сегментами. Уже при коэффициенте мультиплексирования 2 количество требуемых выводов индикатора уменьшается вдвое, при коэффициенте мультиплексирования 3 — втрое. Расплата за удобства — уменьшение угла обзора, уменьшение контрастности, увеличение времени переключения сегментов, особенно заметное при отрицательных температурах. В качестве выхода из такой сложной ситуации, как выбор между удобством (а зачастую и принципиальной возможностью) использования и качественными характеристиками предлагаются индикаторы, изготовленные по технологии Chip-On-Glass. Примером такого решения является широко распространенный индикатор TIC8148 (рис 3).

Рис. 3

Рис. 4

ре, имеет последовательный SPI-подобный интерфейс управления, что позволяет использовать для управления драйвером аппаратные модули микроконтроллера. Индикатор работоспособен в диапазоне температур от -40 до +75° С, диапазон температур хранения от -50 до +85° С, что позволяет применять его в устройствах промышленной автоматики. Ток потребления индикатора не превышает 50 мкА при включении всех сегментов. В числе возможностей использованного драйвера — отключение встроенного генератора тактовых сигналов, что приводит к значительному снижению потребляемого тока. Так при подаче внешнего тактового сигнала 50-100 Гц ток потребления подобного индикатора не превышает 1 мкА. Альтернатив таким характеристикам на рынке просто нет.

Рис. 5

Рис. 6

Во многих устройствах требования к управляющему микроконтроллеру минимальны, а средства индикации необходимы (например, счетчики электроэнергии и пр.). В таких случаях стремятся использовать наиболее дешевый микроконтроллер, а значит с минимально необходимым количеством выводов. Зачастую в этом случае делается ставка на шину I²C — при задействовании всего двух выводов микроконтроллера имеется возможность управлять одновременно и микросхемами реального времени (RTC), и внешними микросхемами памяти (EEPROM), и ЖК-индикатором. В качестве примера драйвера с I2C-интерфей- сом может служить микросхема PCF8576, производства Philips. Этот драйвер спроектирован таким образом, что позволяет быть установлен на стеклянную подложку по технологии COG, имеет в своем составе встроенный умножитель напряжения, цепи формирования смещения уровней, встроенный тактовый генератор и др. При использовании этого драйвера для индикатора не требуется никаких дополнительных внешних цепей, все управление индикатором, включая регулировку контрастности, осуществляется по шине I²C.

Рис. 7

Рис. 8

Знакосинтезирующие индикаторы

В видимой области расположен набор знакомест в 1, 2 или 4 строки, в каждой строке от 8 до 24 знакомест, каждое из которых представляет собой матрицу пикселей, как правило, размером 7x5. Этот тип индикаторов наиболее распространен при производстве мелкосерийных устройств, так как подобные индикаторы, выполненные по технологии COB, производятся многими производителями ЖКИ, в том числе и Ampire, и уже стали стандартными.

Рис. 9

Такие ЖК-модули представляют собой печатную плату, с установленными на ней драйвером, индикатором, рамкой-держателем и опционально светодиодной или иной подсветкой. Универсальность модулей оборачивается сравнительно высокой ценой и как только устройство начинает производиться даже средними сериями этот вопрос встает в полный рост.

Решением может быть использование знакосинтезирующих индикаторов, изготовленных по технологии COG. В этом случае на стеклянную подложку монтируется либо стандартный драйвер (если производитель драйверов поставляет такие драйверы для использования в COG-индикаторах), совместимый по системе команд с HD44780 или KS0066 (параллельное 4/8-битное управление), либо драйвер с последовательным I²C-интерфейсом, например, PCF2119. Как и большинство драйверов производства Philips, указанный драйвер имеет в своем составе все цепи, необходимые для управления индикатором, не нуждается в напряжении отрицательной полярности и позволяет программно регулировать контрастность. В качестве дополнительной приятной особенности можно упомянуть то, что этот драйвер способен зеркально отображать информацию в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Это позволяет устанавливать индикатор в конечном устройстве оптимально с точки зрения конструктива. Philips поставляет такие драйвера как с кириллическим набором символов знакогенератора, так и с возможностью заказа собственного набора символов.

Рис. 10

Графические индикаторы

В видимой области расположена матрица пикселей, типовые размеры 122x32, 128x64 и др. Возможно отображение произвольной информации — алфавитно-цифровой, статической графической, анимированной графической. На рынке в ассортименте представлены графические ЖК-модули и все они достаточно дорогостоящие, однако при серийности уже 300-500 штук изделий в месяц может оказаться оптимальным решением использование индикатора, разработанного по специальным требованиям — будь то габаритные размеры, световая схема отличная от типовых (рис. 12, 13), наличие в видимой области дополнительных пиктограмм по эскизам заказчика (рис. 11).

рис. 11

Рис. 12

Рис. 13

Дополнительные возможности

В случае заказа разработки индикатора по индивидуальным эскизам зачастую желательно (а порою просто необходимо) использовать дополнительные возможности производства. Такие например, как нанесение цветного рисунка на верхний или нижний поляризаторы (рис 4, 5, 6). Изготовление индикаторов НЕпрямоугольной формы — со срезанными углами, многогранной формы, с кругленными углами и даже полностью круглые индикаторы (рис. 7).

Существует возможность изготовления индикатора с псевдоцветными сегментами — некоторые сегменты могут быть отличного от остальных цвета. Крайне рекомендуется в этом случае использование негативного индикатора (основной фон — черный) с белой подсветкой. На рис. 8 представлена фотография подобного индикатора со светодиодной подсветкой белого цвета, на рис. 9 — этот же индикатор, но с выключенной подсветкой (поляризаторы полупропускающего типа). В ряде случаев может оказаться целесообразным изготовление индикаторов с гибким шлейфом в качестве соединителя (рис. 10).

Заключение

Индикатор, изготовленный по специальному заказу, позволит обойти ограничения, налагаемые доступным модельным рядом, и будет обладать оптимальным сочетанием характеристик. Кроме того, такой индикатор послужит замечательным дизайнерским решением, позволит выделить его из ряда аналогов и привлечь внимание клиентов.

Компания Гамма Санкт-Петербург