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GLCD 128x64: Funcionamiento, configuración y programación del LCD 128x64 |
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Extracto del
Capítulo XIII del libro Cómo programar en
lenguaje C los microcontroladores PIC16F88, 16F628A y
16F877A. 2da edición. 2010
Regístrate aquí para descargar una muestra gratis de este libro En esta sección:
IntroducciónHay tres tipos
de LCD (Pantalla o Display
de Cristal
Líquido):
LCD de segmentos o alfanuméricoEsta pantalla puede mostrar números arábigos representados por 7 segmentos, o números arábigos y letras romanas representados por 14 segmentos. Los símbolos, tales como el signo menos (-) y el signo más (+), las unidades de medida y algunos iconos particulares también se pueden mostrar (figura 13.1).El LCD de segmentos se emplea mucho en los instrumentos científicos. Se puede controlar fácilmente y tiene un costo relativamente bajo. Se limita a mostrar números, letras romanas y símbolos fijos. Si se necesita mostrar algo más, se debe emplear una pantalla de matriz de puntos o una pantalla para gráficos.  LCD de matriz de puntos (o LCD de caracteres) El LCD de
matriz de puntos se
emplea para mostrar
una o varias
líneas de
caracteres. La
pantalla más
común muestra
entre 1 y 4
líneas de 16 a
40 caracteres. Cada
carácter se
representa por una
matriz de 5x7 puntos y
un cursor (actualmente
una matriz de 5x8
puntos ya incluye el
cursor). Cada matriz
individual se maneja
independientemente y
puede formar
números, letras
romanas, caracteres de
otros idiomas, y una
cantidad limitada de
símbolos
(figura 13.2).
Esta pantalla se emplea cuando la necesidad es mostrar más caracteres que los existentes en el idioma Inglés. Es relativamente fácil de controlar y tiene un costo menor que los modelos para gráficos. En esta categoría se encuentra el LCD estudiado en el capítulo III de este libro.  LCD para gráficos (graphic LCD GLCD)El GLCD proporciona mucha flexibilidad. Está compuesto de pixeles dispuestos en filas y columnas. Cada pixel puede manejarse individualmente y permite mostrar texto, gráficos o una combinación de ambos (figura 13.3).Se emplea en aquellos casos en los que es necesario tener un control total del área de la pantalla. Sin embargo, la flexibilidad implica una mayor dificultad en el diseño del circuito de control. Afortunadamente existen controladores especiales para este propósito (el circuito integrado T6963C de Toshiba es uno de los más utilizados actualmente).  Tecnología LCDLos LCDs constituyen una tecnología de presentación pasiva. Esto quiere decir que no emiten luz; en lugar de ello usan la luz ambiental. Por medio de esta luz se pueden mostrar imágenes con muy poco consumo de potencia. Esto ha hecho que los LCDs sean preferidos cuando los factores críticos en el diseño son el bajo consumo y el tamaño compacto. El cristal líquido (LC) es una sustancia orgánica que tiene un estado líquido y una estructura molecular cristalina. En este líquido, normalmente las moléculas (con forma de barra) se disponen paralelamente (figura 13.4), y puede emplearse un campo eléctrico para controlar dichas moléculas. La gran mayoría de LCDs en la actualidad usan un cristal líquido llamado Twisted Nematic (TN). Un
LCD
está
formado por
dos sustratos
que forman una
“botella
plana” que
contiene la
mezcla de
cristal
líquido.
Las
superficies
internas de la
botella
están
cubiertas con
un
polímero
que alinea las
moléculas
de cristal
líquido
sobre las
superficies.
Para
dispositivos
TN, las dos
superficies
están
tratadas de
tal forma que
la
alineación
de una cara
con respecto a
la otra
produce un
giro relativo
de 90° en
las
moléculas
(figura 13.5).
 Esta
estructura
helicoidal de
las
moléculas
tiene la
habilidad de
controlar la
luz. Se aplica
un polarizador
al frente y un
analizador/reflector
en la parte
posterior de
la celda
(nótese
que el
analizador
también
es un
polarizador,
se le ha dado
este nombre
para
distinguirlo
del
polarizador
frontal).
Cuando pasa
luz polarizada
aleatoriamente
a
través
del
polarizador
frontal,
ésta se
polariza
linealmente.
Pasa a
través
del vidrio
frontal, gira
(guiada por
las
moléculas
de cristal
líquido)
y pasa a
través
del vidrio
posterior. Si
el analizador
está
girado 90°
con respecto
al
polarizador,
la luz
pasará
a
través
del analizador
y será
reflejada
nuevamente a
través
de la celda.
El observador
verá el
fondo de la
pantalla, que
en este caso
es el gris
plateado del
reflector.
Efecto de campo del LCD El
vidrio del LCD
tiene
conductores
eléctricos
transparentes
sobre cada una
de las dos
superficies
internas en
contacto con
el cristal
líquido;
estos
conductores se
emplean como
electrodos.
Cuando se
aplica una
señal
apropiada a
estos
electrodos,
aparece un
campo
eléctrico
a
través
de la celda.
Las
moléculas
de LC giran en
la
dirección
del campo
eléctrico.
La luz
entrante,
polarizada
linealmente,
pasa sin verse
afectada y es
absorbida por
el analizador.
El observador
ve un
carácter
negro sobre un
fondo gris
plateado
(figura 13.6).
Cuando se
elimina el
campo
eléctrico,
las
moléculas
retornan a su
posición
ortogonal
original. Este
tipo de
presentación
se conoce como
imagen
positiva, modo
de
visión
reflectante. A
partir de esta
tecnología
básica
se construyen
LCDs con
múltiples
electrodos que
se pueden
seleccionar en
el momento de
aplicar
voltaje, con
lo cual se
logra mostrar
una gran
variedad de
imágenes.
Se han producido muchos avances en los LCDs TN. El cristal líquido Super Twisted Nematic (STN) ofrece mayor ángulo de giro (≥200°), que proporciona mayor contraste y mejor ángulo de visión. Sin embargo, una característica negativa es la refracción, que modifica el fondo y lo torna verde-amarillo, mientras que el color de los caracteres se torna azul. El color de fondo se puede cambiar a gris por medio de un filtro especial. El avance más reciente ha sido la introducción de las pantallas LCD Film compensated STN (FSTN). Estas añaden una película especial a la pantalla STN y compensan el color producido por la refracción. Con esto se logra una presentación en blanco y negro. MODOS DE LCDModo positivo Una imagen positiva sobre un LCD es opaca (no deja pasar luz) cuando el pixel está ON, y transparente (deja pasar luz) cuando el pixel está OFF. En la mayoría de las pantallas LCD la imagen es más pequeña que el fondo, de esta manera este modo de operación se ve favorecido en aplicaciones donde hay bastante luz ambiental, lo que ayudará a mejorar el contraste, especialmente para una pantalla que emplee un polarizador reflectante de fondo. Como ejemplo se tiene un carácter alfanumérico sobre un gran fondo. Los segmentos o puntos del carácter absorberían la luz (se verían obscuros) y el fondo (el área mayor) reflejaría la luz lo que resaltaría los caracteres. A continuación se tiene una lista de varias combinaciones típicas del Modo de operación y el Modo de visión y las imágenes resultantes (asumiendo que no hay luz de fondo que pueda colorear el fondo):
Modo negativo • TN: Caracteres verde-amarillos brillantes sobre fondo gris (luz de fondo verde-amarilla). • STN (Azul negativo): Caracteres amarillo-verdes brillantes sobre fondo azul (luz de fondo amarillo-verde). • FSTN: Caracteres blancos brillantes sobre fondo negro (luz de fondo blanca). LUZ DE FONDO O RETROILUMINACIÓN DE LAS PANTALLAS LCDLos LCDs crean las imágenes con la manipulación de la luz ambiental visible. En ausencia de esta luz, se tiene que añadir luz de fondo para que las imágenes sean visibles. Hay muchas opciones para agregar iluminación de fondo a un LCD. Cada una tiene sus ventajas y desventajas, y no hay un único método para todas las aplicaciones.Retroiluminación con LED (LED backlighting) Esta
es la
técnica
más
popular para
LCDs medianos
y
pequeños.
Las ventajas
de los LEDs
son su bajo
costo, larga
vida,
inmunidad a la
vibración,
bajo voltaje
de
operación,
y control de
intensidad
preciso. La
principal
desventaja es
que requiere
más
potencia que
la
mayoría
de los
demás
métodos.
Los LEDs de
fondo vienen
en muchos
colores,
siendo el
amarillo-verde
el más
común,
mientras que
el blanco se
está
volviendo muy
popular y de
bajo
costo.
La vida de
operación
es muy larga
(50.000 horas
como
mínimo),
y son
más
brillantes que
los ELPs. Al
ser de estado
sólido,
se configuran
para operar
con 5 o 12
VDC,
así que
no requieren
un inversor.
El LED de fondo tiene dos configuraciones básicas: matricial (array) y de borde (edge) (figuras 13.14 y 13.15). En ambos tipos la luz de los LEDs se enfoca sobre un difusor que distribuye la luz uniformemente detrás de la pantalla. En la configuración matricial hay muchos LEDs distribuidos uniformemente tras la pantalla, esto produce un alumbrado más uniforme y brillante y consume más potencia. En la configuración de borde, los LEDs se ubican en una de las orillas (típicamente la orilla superior) y se enfocan sobre el borde del difusor, esto permite tener un módulo más delgado con menor consumo de potencia.   Retroiluminación con panel electroluminiscente (Electroluminescence Panel ELP)  Retroiluminación con lámpara fluorescente de cátodo frío (Cold Cathode Fluorescent Lamp CCFL)   Retroiluminación con malla de fibra óptica en zigzag (Woven Fiber Optic Mesh WFOM) Retroiluminación con alumbrado incandescente CONTROL DE CONTRASTE DEL LCDEl contraste de un LCD es la relación entre el área en blanco y el área obscura. Cuando se usa un LCD, se debe disponer de un control para ajustar el voltaje de polarización de la pantalla. Este ajuste permitirá el control del contraste entre los segmentos encendidos y apagados, y debe ser configurado para tener la mejor apariencia. Puede ser necesario realizar un ajuste dinámico del contraste durante el uso de los productos, debido a las variaciones extremas de temperatura.Ajuste del contraste del LCDEl ajuste del contraste también modifica el ángulo de visión de la pantalla. Una pantalla de 12h00 se puede optimizar para ser vista desde las 6h00 por medio del ajuste del contraste; aunque el resultado no será tan bueno como una pantalla de 6h00 optimizada para ser vista desde las 6h00. Si se va a ver la pantalla de frente, se puede escoger una de 12h00 o una de 6h00 y realizar un ajuste ligero del contraste para optimizar la imagen desde esa posición.Para el ajuste del contraste se emplea normalmente un potenciómetro (conectado entre Vdd y Vss, ó Vee y Vdd para módulos LCD de alto voltaje). El terminal móvil del potenciómetro se conecta a Vo (voltaje de contraste). Actuando sobre este potenciómetro se logra la apariencia deseada.  Ajuste de contraste con compensación de temperatura
Puede ser
necesario
compensar los
cambios de
contraste en
aplicaciones
expuestas a
cambios
extremos de
temperatura.
Puede ocurrir
que el cristal
líquido
muestre
imágenes
desvanecidas a
bajas
temperaturas,
y fantasmas a
altas
temperaturas,
si no se ha
empleado
alguna
técnica
de
compensación.
Una solución es optar por un módulo LCD que incorpore compensación de temperatura. En el caso de los módulos que no tienen esta opción incorporada, se puede fabricar el circuito de compensación, de acuerdo a los dos ejemplos de referencia que se muestran a continuación. Ejemplo 1  La
figura 13.30
muestra el
circuito de
compensación
básico.
El
corazón
del circuito
es un sensor
de temperatura
LM335 (U1),
que se debe
ubicar cerca
del LCD. El
LM335 tiene
una salida de
110mV/°C.
R2 proporciona
la corriente
de
operación
a U1 (1mA). El
amplificador
U2 invierte y
amplifica la
salida de U1
de acuerdo a
los
requerimientos
del LCD. El
potenciómetro
P1 permite
ajustar el
voltaje de
operación
(voltaje de
contraste) del
LCD.
Ejemplo 2 En base a los requerimientos del LCD, se debe seleccionar un termistor (Rth+R3) para producir el desplazamiento de voltaje. R1 sirve para seleccionar el voltaje inicial correcto y el transistor Q1 actúa como amplificador de corriente, permitiendo que el termistor opere en condiciones de mínima carga. R2 se utiliza como elemento de polarización del transistor. VEE tiene que ser una fuente regulada.  Funciones
de mikroC para
GLCD 128x64
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para el
trabajo con
LCD 128x64 que
tengan
incorporado el
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