Обзор средств отображения информации фирмы IEE

Средства отображения информации (СОИ) являются одной из наиболее быстро развивающихся отраслей современной электроники, для которой характерно широкое использование больших интегральных схем и разнообразных электронных индикаторов, основанных на различных физических принципах формирования изображения и различных технологиях их реализации. К средствам отображения информации относятся устройства коллективного пользования, дисплеи для связи с ПК, индикаторы, встроенные в различные измерительные или бытовые электронные приборы. Различаются и предъявляемые к этим средствам психофизиологические, энергетические, стоимостные, габаритные и другие требования, которые должны учитываться разработчиком при проектировании средств отображения информации.

В статье представлены изделия американской фирмы Industrial Electronic Engineers (IEE): вакуумно-люминесцентные дисплеи (ВЛД, или VFD – vacuum fluorescent displays) для воспроизведения буквенно-цифровой информации и жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) cерии Daystar™ Nova на основе эффекта сверхдвулучепреломления (Super Bi-refringent Effect — SBE), который обеспечивает максимальную контрастность при очень широких углах обзора. Необходимо отметить, что практически все применяемые в ЖКД электрооптические эффекты основаны на изменении двулучепреломления ЖК под действием приложенного электрического поля. В результате этого изменяется фазово-поляризационное состояние пучка света, прошедшего через слой ЖК [1].

Представление фирмы IEE

Компания IEE, основанная в 1946 г., в течение более чем 50 лет является производителем и поставщиком информационных дисплеев и законченных дисплейных решений. Стандартные вакуумно-люминесцентные и жидкокристаллические дисплейные модули являются составной частью многих современных систем в коммерческих, промышленных, военных и авиационно-космических применениях.

На производственных мощностях площадью около 13 200 м2, расположенных в Van Nuys (штат Калифорния), внедряется множество технологий для создания широкого ряда стандартных интегрированных дисплейных изделий, предназначенных для различных рынков сбыта. Средства отображения информации фирмы IEE применяются в заводских цехах и магазинах розничной торговли, на поле боя и в операционной.

Продукция IEE включает в себя заказные дисплеи для торговых терминалов (Point of Sale – POS), используемые в розничной торговле; совместимые с ПЛК операторские терминалы и передние панели для военных радиоустройств также содержат дисплейные и клавиатурные модули фирмы IEE.

Вакуумно-люминесцентные и жидкокристаллические дисплейные модули

Правильный выбор дисплея (ВЛД или ЖКД) определяется рядом параметров, таких как температурный диапазон, требования к потребляемой мощности, расстояние от наблюдателя до экрана, условия освещения, количество выводимых знаков и имеющийся в распоряжении бюджет.

Вакуумно-люминесцентные дисплеи

Сочетание привлекательного внешнего вида, удобства применения и широкий ряд форматов сделали серию ВЛД Century™ отличным выбором на современном рынке. Фирма IEE является ведущим поставщиком ВЛД на протяжении более чем 15 лет и выпустила за это время около 1 млн. ВЛД для сотен заказчиков из различных отраслей промышленности. В настоящее время фирма IEE предлагает недорогие полнофункциональные точечно-матричные ВЛД универсальной серии Century™. На рис. 1 представлен модельный ряд ВЛД фирмы IEE.

Модули ЖКД

Модули ЖКД серии Daystar™ Nova предназначены для применений, где необходимо считывание информации при прямом солнечном свете или требуется низкое энергопотребление. Они характеризуются повышенной чёткостью изображения за счёт большого размера выводимых знаков. Точечно-матричный знакосинтезирующий элемент отображения обеспечивает хорошее формирование заглавных букв и специальных символов. Модули Daystar Nova характеризуются высокой контрастностью, широким углом обзора и расширенным диапазоном рабочих температур со встроенной температурной компенсацией. На рис. 2 представлена модель ЖКД серии Daystar Nova.

Вакуумно-люминесцентные дисплейные модули

Универсальные компактные дисплеи серии Century™

Информационное поле содержит от 10 до 240 ярких, легко считываемых знакомест. Цвет свечения дисплеев сине-зелёный, он может быть отфильтрован светофильтрами, вырезающими определённую часть спектра из широкой спектральной полосы для получения разнообразных цветов свечения. На рис. 3 показаны ВЛД с установленными синим и жёлтым светофильтрами. 

Ряд ВЛД включает в себя недорогие точечно-матричные и сегментные упрочнённые индикаторы, которые   характеризуются повышенной ударной и вибрационной прочностью. Большая часть модулей выпускается с расширенным диапазоном рабочих температур и улучшенными параметрами, такими как наборы знакомест увеличенных размеров и загружаемые шрифты. 

Преимущества

• Встроенные последовательный (EIA-232) и параллельный 8-битовый интерфейсы.

• Стандартное программное обеспечение.

• Совместимость с процессорами Intel или Motorola.

• Аппаратные и программные средства самоконтроля.

• Установка яркости, зоны и частоты мигания.

• Наборы отображаемых символов: 96 знаков ASCII; 51 научный и специальный знак; европейский алфавит; катакана; кириллица; иврит.

• 10 определяемых пользователем загружаемых знаков.

Возможные конфигурации

В табл. 1 представлены параметры доступных в настоящее время моделей ВЛД Century™.

В ВЛД для формирования знаков применяется знакосинтезирующий способ, характеризующийся тем, что знаки формируются из более простых элементов отображения. Так, 14-сегментная полиграмма позволяет синтезировать буквы русского и латинского алфавита.

Cинтез знаков из точечных элементов отображения обеспечивает бo'льшую гибкость. В пределах знакоместа точечные элементы отображения образуют матрицу знака. Число элементов отображения в матрице знаков выбирают, исходя из требования безошибочной и быстрой идентификации всех знаков алфавита. Так, например, матрица 5×7 (5 столбцов и 7 строк) из точечных элементов отображения является практически минимально приемлемой для синтеза букв русского и латинского алфавитов и цифр. Необходимо отметить, что увеличение числа точек, например до 9×13, к существенному улучшению восприятия не приводит.

Основные свойства вакуумно-люминесцентных дисплейных модулей

• Совместимость с процессорами Intel или Motorola.

• Эмуляция контроллера ЖК-дисплеев Hitachi 44780.

• Параллельный 8-разрядный или последовательный EIA-232C ввод данных при скорости двоичной передачи до 19,2 кбод.

• Низкое напряжение питания 5 В.

• 100% поверхностный монтаж компонентов.

• Диапазон рабочих температур стандартных моделей от –20 до +70°С; доступны модели с расширенным температурным диапазоном от –40 до +85°С.

• Тестовые режимы аппаратных и программных средств.

Новая серия дисплеев Сentury с точечными элементами отображения является универсальной. Она предлагает уникальный аппаратный интерфейс для процессоров Intel и Motorola, выбираемый перемычкой и не требующий дополнительных внешних схемных решений.

Программные средства осуществляют управление перемещением изображения по вертикали и горизонтали, яркостью свечения, скоростью мерцания и информационным полем (полукадрами), включая screen saver для затемнения или гашения дисплея, что продлевает ресурс лампы в применениях с постоянно включенным дисплеем.

Низкопрофильная конструкция со 100% поверхностным монтажом компонентов пригодна для установки дисплеев в ограниченном пространстве.

Уникальное сочетание технических параметров дисплеев Century устанавливает новый промышленный стандарт для недорогих точечно-матричных вакуумно-люминесцентных дисплеев.

Компания IEE предлагает дисплеи Century как стандартные компоненты и как части заказных сборок, разработанных по техническим заданиям заказчиков.

Компактные многоцелевые недорогие дисплеи серии Century являются оптимальными для применений в измерительных приборах, станочных автоматизированных системах, медицинском оборудовании, кассовых аппаратах, системах безопасности и охраны, а также в системах сигнализации реактивных лайнеров.

Принцип работы

Вакуумно-люминесцентные дисплеи устроены как ламповые триоды и состоят из трёх электродов, заключённых в вакуумный стеклянный баллон (рис. 4, 5). Они образуют электрическую матрицу с цифровым управлением.

Нити состоят из одного или более проводников небольшого диаметра, которые перекрывают всю длину поля экрана дисплея. Электроды управляющих сеток представляют собой набор ячеек металлических экранов, по одному для каждого знака. Аноды являются электродами с люминесцирующим покрытием, которые образуют индивидуально управляемые сегменты или точки.

В случае когда управляющая сетка является положительной относительно катодной нити, электроны, излучаемые нитью, достигают анодов, вызывая свечение люминесцентного фосфорного покрытия на каждой положительно заряженной точке или сегменте. Различные знаки и другие символы формируются на экране дисплея посредством селективно включаемых управляющих сеток и анодов, соответствующих отдельным элементам знака.

Электроника дисплейного модуля

Каждый ВЛД содержит встроенную электронику, которая обеспечивает стабилизацию напряжения, параллельный и последовательный интерфейс, интеллектуальное управление сигналами возбуждения анодов и управляющих сеток (рис. 6).

Напряжение питания используется для цифровых электронных схем, оно модулируется для управления анодом и сеткой; переменное напряжение вырабатывается для возбуждения катода. Высокая эффективность электронной схемы минимизирует требования к мощности и тепловыделение.

Микроконтроллер и программно-аппаратные средства обеспечивают выбор интерфейса посредством управляющих перемычек.

Микроконтроллер и сопряжённые программно-аппаратные средства генерируют соответствующие управляющие сигналы для анодов и сеток на основе информационного управляющего кода, поступающего с интерфейса ввода-вывода. Эти сигналы передаются на формирователи сигналов в последовательном формате, преобразуются в параллельный формат и используются для модуляции высокого управляющего напряжения, подаваемого к отдельным анодам и сеткам.

Жидкокристаллические дисплейные модули

Серия дисплеев Daystar™ Nova

В настоящее время фирма IEE представляет дисплейные модули серии Daystar™ Nova на основе эффекта cверхдвулучепреломления ЖК, который обеспечивает максимальный контраст при больших углах обзора, когда визуальное восприятие изображения на дисплее не изменяется при рассматривании его практически с любого направления.

Основные свойства

Модули имеют 4 строки из 20 или 4 строки из 40 тёмно-синих знакомест на золотисто-зелёном фоне с библиотекой из 197 буквенно-цифровых, символьных и пользовательских знаков. Для конкретного применения, без записи в библиотеку набор используемых символов можно расширить на 206 знаков последовательным вводом соответствующих каждому из них 8-битовых пачек.

Все дисплеи оснащены микроконтроллерами, которые поддерживают 4- или 8-разрядный интерфейс с расположенным на плате (по заказу) контроллером интерфейса для поддержки последовательного ввода EIA-232. Функции по формированию временных диаграмм, регенерации и воспроизведению изображения реализуются под управлением модулей выходных формирователей, а электропитание задней подсветки обеспечивается централизованной системой, подключённой отдельно. На рис. 7 представлены основные компоненты модуля Daystar Nova c ЭЛ-подсветкой зелёного света. Микропроцессор управляет мультиплексированием и дешифрацией знаков. 

Схема температурной компенсации оптимизирует угол обзора и контрастность дисплея во всем диапазоне рабочих температур. Преобразователь питания ЭЛ-подсветки (поставляемый отдельно) вырабатывает соответствующее напряжение для функционирования системы задней подсветки.

Параметры дисплейных модулей Daystar Nova приведены в табл. 2, 3.

Как правильно выбрать дисплей

Выбор дисплейной технологии (рис. 8) зависит от ряда параметров, таких как температурный диапазон, требования к питанию, расстояние наблюдения, условия внешней засветки, необходимое количество знаков и финансовая смета. Приведённая далее информация поможет выбрать подходящую для конкретного применения технологию и модель дисплея.

Какие различия?

Диапазон рабочих температур

Все дисплейные модули IEE работают в пределах температурного диапазона по крайне мере от 0 до +50°С. Если оборудование должно применяться в более широком диапазоне температур, следует выбрать дисплейные модули Century с широким температурным диапазоном или модели Daystar™ Nova (рис. 9).

 

Диапазон внешней засветки

При выборе дисплея необходимо учитывать условия внешней засветки, при которых будет считываться изображение (рис. 10). 

При нормальной комнатной засветке изображения на экранах всех дисплейных модулей легко читаются. ВЛД Century и Daystar™ Nova c подсветкой могут применяться там, где нет внешнего освещения или оно слабое. Многие модели даже имеют функцию уменьшения силы свечения. В некоторых моделях серии Century изображение читается вне помещения. Однако если требуется считывание изображения при прямом солнечном свете, рекомендуются дисплейные модули серии Daystar Nova.

Фотометрические параметры

Высота знака, символьные поля, цвет свечения и угол наблюдения являются важными параметрами для выбора дисплейного модуля. В качестве основного эмпирического правила можно рекомендовать поправку на 1 мм высоты знака на каждые 30 см расстояния от наблюдателя до экрана. Выбор информационных полей определяется длиной сообщений и доступной площадью панели. С моделями ВЛД Century могут использоваться специальные фильтры, уменьшающие коэффициент отражения и увеличивающие контрастность. Специальные фильтры для ВЛД Century имеют широкий спектр цветов (нейтрально-серый, синий, цвет морской волны, желтый, зелёный, нейтрально-серый с круговой поляризацией, жёлтый с круговой поляризацией). ВЛД Century отличаются очень широкими симметричными углами обзора. Дисплеи Daystar Nova, как и все ЖКД, имеют оптические параметры обзора, зависящие от направления взгляда оператора, но встроенная регулировка угла обзора обеспечивает максимальную гибкость конструктивного решения. Фотометрические параметры ВЛД и ЖКД приведены в табл. 4.

 

Характеристики средств сопряжения и мощности потребления

Требования к мощности потребления и средствам сопряжения помогают выбрать дисплейную технологию для конкретного применения (табл. 5). 

Дисплеи Daystar™ Nova требуют, безусловно, минимальной мощности питания. Все типы дисплеев имеют параллельный ввод данных, а некоторые дисплеи Century имеют встроенный вспомогательный последовательный ввод и также специализированные последовательные интерфейсы. Для удалённого последовательного ввода все семейства дисплеев могут использоваться в комплекте с одной из плат промышленных интерфейсов фирмы IEE и источниками питания.

Мини-терминалы

Мини-терминалы V.I.P.™ объединяют компактный вакуумно-люминесцентный дисплей с герметизированной клавиатурой на лицевой панели (рис. 11). 

Легенды кнопок и внешний вид передней панели соответствуют техническим условиям заказчика. Мини-терминалы доступны как в передненавесном, так и задненавесном исполнении. Передненавесные модели включают рамку.

Передние панели терминалов защищены от электростатического разряда и капель.

Терминалы V.I.P. могут быть загерметизированы прокладкой в основной передней панели для обеспечения степени защиты IP52. Мембранные клавиши имеют металлические купола для чёткой акустической и тактильной обратной связи. К тому же в необходимых случаях выход звонка обеспечивает акустический тревожный сигнал или обратную связь.

Терминалы V.I.P. обеспечивают двунаправленный обмен информацией с главной системой через интерфейс RS-232C со скоростями 1200 и 9600 бод. Некоторые модели оснащены также интерфейсом RS-422 со скоростями передачи данных 2400 и 19200 бод. Модуль имеет протокол передачи данных с подтверждением установления связи и может быть сконфигурирован и как терминальное устройство (DTE), и как связное устройство (DCE). 11 кбайт EPROM доступны для хранения стандартных сообщений, сообщений о замыканиях и размыканиях кнопок. Управление, обновление изображения и функции визуального воспроизведения координируются встроенным микропроцессором. Встроенный генератор знаков обеспечивает 96-символьный набор ASCII (американский стандартный код для обмена информацией) и научные знаки, основные знаки немецкого, скандинавских и других европейских языков.

Эксплуатационные характеристики мини-терминала V.I.P. приведены в табл. 6.

Технические средства для монтажа дисплеев

Технические средства для монтажа ATLAS™ (рис. 12) включают лицевую панель в виде литой рамы, вмещающей дисплей с размером до 8 знакомест. 

Каждая панель снабжена световым фильтром или прозрачным просмотровым экраном, выполненным из материалов с поляризацией или без поляризации. Для комплектования дисплеев доступны монтажные направляющие, контактные гнезда и несколько узлов знакогенераторов и схем управления.

ATLAS 2™ — это набор компонентов для герметизации лицевой панели устройства, который обеспечивает герметичную установку дисплеев всех основных форматов.

Предлагаются также светофильтры с восемью цветами, как из стандартного органического стекла, так и из материалов с круговой поляризацией для улучшения контрастного отношения дисплея и уменьшения бликов от внешней засветки. Каждая система лицевой панели имеет резьбовые вставки на боковой поверхности, которые доступны как с метрическими, так и с дюймовыми резьбами, что значительно упрощает установку передней панели по спецификации заказчика.

Возможности выполнения работ в соответствии со спецификациями заказчиков

Разработка и производство дисплеев и передних панелей в течение пятнадцати лет позволили накопить достаточный опыт выполнения заказов для уникальных применений по спецификациям заказчиков. Специальная группа обеспечивает разработку механических конструкций и ПО, проводит электрическое проектирование, На базе центра по автоматизированному проектированию и управлению проектами. Группа работает в соответствии с требованиями стандарта ISO 9001.

Уникальные разработки по спецификациям заказчиков включают в себя передние панели с дисплеями и клавиатурами для военных радиоприёмных устройств (рис. 13), заказные ВЛД с лицевыми панелями и заказные устройства управления и отображения информации для военных и промышленных применений. ●

Литература

1. Беляев В., Брежнев В. Жидкокристаллические дисплеи// Электронные компоненты. – 2002. — № 1. 

В.К. Жданкин — сотрудник фирмы ПРОСОФТ
119313 Мо ск ва, а/я 81
Телефон: (095) 234-0636
Факс: (095) 234-0640
E-mail: victor@prosoft.ru