Els dispositius de visualització són els dispositius de sortida per a la presentació d’informació en forma de text o imatge. Un dispositiu de sortida és una cosa que proporciona una manera de mostrar informació al món exterior. Per mostrar la informació de manera adequada, aquests dispositius han de ser controlats per altres dispositius externs. El control es pot fer mitjançant la interfície d’aquestes pantalles amb els dispositius de control.
Els microcontroladors són útils en la mesura que es comuniquen amb dispositius externs, com ara commutadors, teclats, pantalles, memòria i fins i tot altres microcontroladors. S’han desenvolupat moltes tècniques d’interfície per resoldre problemes complexos de comunicació amb pantalles.
Algunes pantalles només poden mostrar dígits i caràcters alfanumèrics. Algunes pantalles poden mostrar imatges i tot tipus de personatges. Les pantalles més utilitzades juntament amb els microcontroladors són LED, LCD, GLCD i pantalles de 7 segments
Vegem detalls sobre cada tipus de pantalles disponibles
Pantalla mitjançant LED:
El díode emissor de llum (LED) és el dispositiu més utilitzat per mostrar l'estat dels pins del microcontrolador. Aquests dispositius de visualització s’utilitzen habitualment per indicar alarmes, entrades i temporitzadors. Hi ha dues maneres de connectar els LED a la unitat de microcontrolador. Aquestes dues maneres són lògica activa activa i lògica baixa activa. La lògica activa activa significa que el LED s’encendrà quan el pin del port és 1 i el LED s’apagarà quan el pin és 0. El LED actiu alt significa que s’apagarà quan el pin del port és 1 i el LED s’encendrà quan el pin del port és 0.
Connexió activa de baix LED amb pin de microcontrolador
Pantalla LED de 7 segments:
La pantalla LED de 7 segments es pot utilitzar per mostrar dígits i pocs caràcters. Una pantalla de set segments consta de 7 LED disposats en forma de quadrat '8' i un únic LED com a caràcter de punt. Es poden mostrar diferents caràcters seleccionant els segments de LED necessaris. Una pantalla de 7 segments és una pantalla electrònica, que mostra informació digital de 0-9. Estan disponibles en mode de càtode comú i en mode d'ànode comú. Hi ha línies d'estat en el LED, l'ànode es dóna al terminal positiu i el càtode es dóna al terminal negatiu, llavors el LED brillarà.
En el càtode comú, els terminals negatius de tots els LED estan connectats als pins comuns a terra i un LED particular brilla quan el seu corresponent pin és elevat. Els càtodes de tots els LED estan connectats junts a un sol terminal i els ànodes de tots els LED es deixen sols.
En la disposició d'ànode comú, el pin comú té una lògica alta i els pins LED es mostren baixos per mostrar un número. En ànode comú, tots els ànodes estan connectats entre ells i tots els càtodes es queden sols. Per tant, quan donem el primer senyal és alt o 1, llavors només hi ha una inclinació a la pantalla, si no, no hi ha una inclinació a la pantalla.
Patró LED per mostrar dígits mitjançant pantalla de 7 segments
Interfície de pantalla de 7 segments amb microcontrolador 8051
Pantalla LED de matriu de punts:
La pantalla LED de matriu de punts conté el grup de LEDs com una matriu bidimensional. Poden mostrar diferents tipus de caràcters o un grup de personatges. La pantalla de matriu de punts es fabrica en diverses dimensions. L’arranjament dels LEDs en el patró de la matriu es realitza de qualsevol de les dues maneres: càtode fila-ànode-columna o ànode fila-càtode-columna. En utilitzar aquesta pantalla de matriu de punts, podem reduir el nombre de pins necessaris per controlar tots els LED.
Una matriu de punts és una matriu bidimensional de punts que s’utilitza per representar caràcters, símbols i missatges. La matriu de punts s’utilitza a les pantalles. És un dispositiu de visualització que s’utilitza per mostrar informació en molts dispositius com màquines, rellotges, indicadors de sortida del ferrocarril, etc.
Una matriu de punts LED consisteix en una matriu de LED connectats de manera que l’ànode de cada LED estigui connectat junts a la mateixa columna i el càtode de cada LED estigui connectat junts a la mateixa fila o viceversa. Una pantalla de matriu de punts LED també pot incloure diversos LEDs de diferents colors darrere de cada punt de la matriu, com ara vermell, verd, blau, etc.
Aquí cada punt representa lents circulars davant dels LED. Això es fa per minimitzar el nombre de pins necessaris per accionar-los. Per exemple, una matriu de 8X8 de LED necessitaria 64 pins d'E / S, un per cada píxel de LED. En connectar tots els ànodes dels LED junts en una columna i tots els càtodes junts en fila, es reduirà el nombre requerit de pins d'entrada i sortida a 16. Cada LED s'adreçarà pel seu número de fila i columna.
Esquema de matriu LED 8X8 amb 16 pins d'E / S
Esquema de matriu LED 8X8 amb 16 pins d'E / S
Control de la matriu LED:
Com que tots els LED d’una matriu comparteixen els seus terminals positius i negatius a cada fila i columna, no és possible controlar cada LED al mateix temps. La matriu es va controlar a través de cada fila molt ràpidament activant els pins de columna correctes per encendre els LED desitjats per a aquesta fila en particular. Si la commutació es fa amb una velocitat fixa, els humans no poden veure el missatge que es visualitza, perquè l'ull humà no pot detectar les imatges amb un temps de mil·lisegons. Per tant, s'ha de controlar la visualització d'un missatge a la matriu LED, amb les files escanejades seqüencialment a una velocitat superior a 40 MHz mentre s'envien les dades de la columna a la mateixa velocitat. Aquest tipus de control es pot fer mitjançant la interfície de la pantalla de matriu LED amb el microcontrolador.
Interfície de la pantalla de matriu LED amb microcontrolador:
L'elecció d'un microcontrolador per a la interfície amb la pantalla de matriu LED que es vol controlar depèn del nombre de pins d'entrada i sortida necessaris per controlar tots els LED de la pantalla de matriu donada, de la quantitat de corrent que pot obtenir i enfonsar cada pin i de la velocitat en què el microcontrolador pot enviar senyals de control. Amb totes aquestes especificacions, es pot fer interfície per a la visualització de matriu LED amb un microcontrolador.
Utilitzant 12 pins d'E / S que controlen la pantalla Matrix de 32 LED
12 pins d'E / S que controlen la pantalla Matrix de 32 LED
Al diagrama anterior, cada pantalla de set segments té 8 LED. Per tant, el nombre total de LED és de 32. Per controlar tots els 32 LED es necessiten 8 línies d'informació i 4 línies de control, és a dir, per mostrar el missatge a la matriu de 32 LED, es necessiten 12 línies quan es connecten en notació de matriu. Mitjançant les instruccions del microcontrolador es poden convertir en senyals que activen o apaguen els llums de la matriu. A continuació, es pot mostrar el missatge requerit. Mitjançant el control amb el microcontrolador, podem canviar quins LEDs de color s’encenen a intervals uniformes.
Hi ha diverses opcions per triar el microcontrolador i la matriu LED. La forma més senzilla és primer triar la matriu de punts LED i després seleccionar un microcontrolador que necessiti controlar els requisits dels LED. Un cop completades aquestes seleccions, una part important és la programació per escanejar les columnes i alimentar les files amb els valors adequats perquè la matriu de LED mostri diferents patrons per mostrar el missatge requerit.
Pantalla de cristall líquid (LCD):
La pantalla de cristall líquid (LCD) té un material que uneix les propietats dels líquids i dels cristalls. Tenen un rang de temperatura dins del qual les partícules són essencialment tan mòbils com en un líquid, però es reuneixen en forma d’ordre similar a un cristall.
La pantalla LCD és un dispositiu de sortida molt més informatiu que un sol LED. La pantalla LCD és una pantalla que pot mostrar fàcilment personatges a la pantalla. Tenen un parell de línies per a pantalles grans. Alguns LCD estan especialment dissenyats per a aplicacions específiques per mostrar imatges gràfiques. Normalment s’utilitza el mòdul LCD 16 × 2 (HD44780). Aquests mòduls substitueixen LEDs de 7 segments i altres LEDs de diversos segments. La pantalla LCD es pot connectar fàcilment amb el microcontrolador per mostrar un missatge o l’estat del dispositiu. Es pot operar en dos modes: mode de 4 bits i mode de 8 bits. Aquesta pantalla LCD té dos registres: registre de comandes i registre de dades. Té tres línies de selecció i vuit línies de dades. En connectar les tres línies de selecció i línies de dades amb el microcontrolador, els missatges es poden visualitzar en pantalla LCD.
Conjunt d'instruccions LCD per controlar la pantalla LCD mitjançant microcontroladors
Interfície de pantalla LCD de 16 × 2 amb microcontrolador 8051
A la figura anterior s’utilitzaran 3 línies seleccionades EN, R / W, RS per controlar la pantalla LCD. El pin EN s'utilitzarà per habilitar la pantalla LCD per comunicar-se amb el microcontrolador. RS s’utilitzarà per a la selecció del registre.
Quan RS estigui configurat, el microcontrolador enviarà instruccions com a dades i quan RS estarà clar, el microcontrolador enviarà les instruccions com a ordres. Per escriure dades RW ha de ser 0 i per llegir RW ha de ser 1.
LC
Descripció del PIN
Interfície LCD 16 × 2 amb microcontrolador:
Interfície LCD 16 × 2 amb microcontrolador:Molts dispositius de microcontroladors utilitzen pantalles LCD intel·ligents per generar informació visual. Per a un bus de dades de 8 bits, la pantalla requereix un subministrament de + 5V més 11 línies d'E / S. Un bus de dades de 4 bits requereix una línia de subministrament i 7 línies addicionals. Quan la pantalla LCD no està habilitada, les línies de dades són triestades, el que significa que es troben en un estat d'alta impedància i això significa que no interfereixen amb el funcionament del microcontrolador quan no s'utilitza la pantalla.
Les tres línies de control s’anomenen EN, RS i RW.
- La línia de control EN (Enable) s’utilitza per enviar les dades a la pantalla LCD. Una transició entre alta i baixa en aquest pin habilitarà el mòdul.
- Quan RS o Register Select són baixos, les dades es tractaran com una instrucció d'ordre. Quan RS és alt, les dades que s’envien es mostren a la pantalla. Per exemple, per mostrar qualsevol caràcter a la pantalla, establim RS com a alt.
- Quan la línia de control de lectura o escriptura és baixa, la informació del bus de dades s'està escrivint a la pantalla LCD. Quan RW és alt, el programa llegeix efectivament la pantalla LCD. La línia RW sempre serà baixa.
El bus de dades consta de 4 o 8 línies, depèn del mode de funcionament seleccionat per l'usuari. Les línies d’un bus de dades de 8 bits s’anomenen DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 i DB7.
Una aplicació típica de la pantalla LCD de 16 × 2:
En aquesta aplicació, seguim un concepte CAN (Control Area Network) que s’utilitza generalment en automòbils, automòbils i indústries. Com el seu nom indica, la xarxa d’àrea de control significa que el microcontrolador està connectat de manera similar a les ordinadores de manera que pugui intercanviar dades entre ells. Aquí estem utilitzant 2 microcontroladors connectats de manera xarxa per un parell de cables connectats als pins 10 i 11 (és a dir, P3.0, P3.1) del port 3 de cada pin de microcontrolador per a la transmissió i recepció de dades entre si amb l'ajut de la comunicació serial RS232 mitjançant un parell de cables. Quan el primer microcontrolador està connectat a un teclat matricial 4 × 3 que es connecta als ports d’entrada del primer microcontrolador i el segon microcontrolador s’interfaça a una pantalla LCD per rebre dades del primer microcontrolador. Una pantalla LCD que estem utilitzant és de 16 × 2 i pot mostrar 16 caràcters en dues línies.
Per a cada microcontrolador, s’escriu un programa separat en C i els fitxers Hex s’han gravat al microcontrolador respectiu. Quan apliquem alimentació al circuit, la pantalla LCD mostra un missatge WAITING, que significa que està esperant algunes dades. Per exemple, una contrasenya com 1234, quan es prem 1 des del teclat, a continuació, la pantalla LCD mostra 1 i quan es prem 2 es mostra 2 iguals per 3, però quan es prem 4 des del teclat, es mostren totes i la comunicació de dades té lloc a través de Rx i Tx parell per fer transistor per conduir. Si introduïm una contrasenya incorrecta, sonarà un brunzidor que indica la contrasenya incorrecta.
Pantalles LCD gràfiques:
Els LCD 16X2 tenen les seves pròpies limitacions. Poden mostrar caràcters de certes limitacions. Les pantalles LCD gràfiques es poden utilitzar per mostrar personatges i imatges personalitzades. Les pantalles LCD gràfiques s’utilitzen en moltes aplicacions com ara videojocs, telèfons mòbils i ascensors com a pantalles. El GLCD més utilitzat és JHD12864E. Aquesta pantalla LCD té un format de visualització de 128 × 64 punts. Aquests LCD gràfics són controladors necessaris per executar les seves operacions internes. Aquests LCD tenen esquemes de pàgines. Els esquemes de pàgina es poden entendre mitjançant la taula següent. Aquí CS significa control select.
Esquema de pàgina per a la pantalla gràfica LCD JHD12864E
La pantalla LCD de 128 × 64 implica 128 columnes i 64 files. Les imatges es mostraran en forma de píxels a diferència dels LCD i LED normals.
Tecnologia de visualització electroluminescent
La tecnologia de visualització electroluminescent és avui dia una de les tècniques més utilitzades per a solucions de visualització. Bàsicament són un tipus de pantalla plana.
Ara són populars les pantalles LED i Phosphor que utilitzen el principi de l’electroluminescència. És la propietat per la qual un semiconductor emet fotons o quàntica d’energia lluminosa quan es subministra amb electricitat. L’electroluminescència resulta de la recombinació radioactiva d’electrons i forats per influència d’una càrrega elèctrica. Al LED, el material dopant forma la unió p-n que separa els electrons i els forats. Quan el corrent passa a través del LED, es produeix la recombinació d’electrons i forats resultant en l’emissió de fotons. Però a les pantalles de fòsfor, el mecanisme d’emissió de llum és diferent. Per influència de la càrrega elèctrica, els electrons s’acceleren conduint a l’emissió de llum.
Principi bàsic de funcionament
Una pantalla electroluminescent consisteix en una fina pel·lícula de material fosforescent intercalada entre dues plaques, una de les quals està recoberta de cables verticals i una altra de fil horitzontal. Quan el corrent passa pels cables, el material entre les plaques comença a brillar.
La pantalla EL sembla ser més brillant que la pantalla LED i la brillantor de la superfície sembla la mateixa des de qualsevol angle de visió. La llum de la pantalla EL no és direccional, de manera que no es pot mesurar en lúmens. La llum de la pantalla EL és monocromàtica i té una amplada de banda molt estreta i és visible des de llargues distàncies. La llum EL es pot percebre bé ja que la llum és homogènia. La tensió aplicada al dispositiu EL controla la sortida de llum. Quan el voltatge i la freqüència augmenten, la sortida de llum també augmentarà proporcionalment.
EL-LIGHT
Dins del dispositiu EL:
Els dispositius EL consisteixen en una capa fina o un material orgànic o inorgànic dopat amb un material semiconductor. També conté pantalons per donar color. Les substàncies típiques que s’utilitzen en els dispositius EL són el sulfur de zinc dopat amb coure o plata, el diamant blau dopat amb bor, arseniur de gal·li, etc. Elèctrode de vidre i elèctrode posterior. L’elèctrode de vidre és l’elèctrode transparent frontal recobert amb òxid d’indi o òxid de llauna. L’elèctrode posterior està recobert d’un material reflectant. Entre el vidre i els elèctrodes posteriors, hi ha el material semiconductor.
EL Device Application
Una aplicació típica del dispositiu EL és la il·luminació del panell, com el panell del tauler de control automotriu. També s'utilitza en equips d'àudio i altres aparells electrònics que tinguin pantalles. En algunes marques de portàtils, el panell Powder Phosphor s’utilitza com a llum de fons. Actualment s’utilitza principalment en ordinadors portàtils. La il·luminació del dispositiu EL és més superior a la del LCD. També s'utilitza en la il·luminació del teclat, esferes de rellotge, calculadores, telèfons mòbils, etc. El consum d'energia de la pantalla EL és molt baix, de manera que és la solució ideal per estalviar energia en dispositius amb bateria. El color de la pantalla EL pot ser blau, verd i blanc, etc.
Crèdit fotogràfic
