AN87391 PSoC® 4 Segment LCD Direct Drive (Chinese).pdf

AN87391
PSoC® 4 segment LCD 直接驱动模式
作者: Nidhin MS and Rahul Raj Sharma
相关项目:有
相关器件系列:CY8C41xxx 和 CY8C42xxx
软件版本:PSoC Creator™ 3.2
相关应用笔记:AN52927、AN56384
要想获得本应用笔记的最新版本或相关项目文件,请访问网站 http://www.cypress.com/go/AN87391。
AN87391 演示了使用 PSoC® 4 内集成的 LCD 驱动器轻松便利地驱动 segment LCD 显示屏。PSoC 4 能够提供多种 LCD
驱动模式、极低功耗,以及完整的用户界面和系统解决方案。通过各个示例项目,本应用笔记详细介绍了低功耗 LCD 设
计,以及一种包含了 CapSense®的用户界面解决方案。
目录
1
简介 ..........................................................................1
6.2
数字关联驱动模式 ............................................ 8
2
PSoC 资源 ................................................................2
2.1
PSoC Creator ..................................................2
2.2
代码示例 ..........................................................3
6.3
低功耗操作....................................................... 9
8
PSoC 4 用户界面解决方案...................................... 11
PSoC Creator 项目 ................................................. 13
2.3
PSoC Creator 帮助 ..........................................4
8.1
项目 1:简单的 Segment LCD ....................... 13
2.4
技术支持 ..........................................................4
8.2
项目 2:低功耗 Segment LCD ....................... 19
8.3
界面
项 目 3 : Segment LCD 和 CapSense 用 户
...................................................................... 22
8.4
项目 4: 字母数字 Segment LCD .................. 24
3
PSoC 4 segment LCD 驱动模式的特性 ....................5
4
Segment LCD 的基础 知识 .......................................5
5
PSoC Creator 组件:Segment LCD .........................7
6
PSoC 4 Segment LCD 驱动模式...............................7
6.1
1
7
PWM 驱动模式 .................................................7
9
汇总 ........................................................................ 25
全球销售和设计支持 ........................................................ 27
简介
大部分低功耗、便携式、手持设备(如血糖仪、万用表和血压计)都使用了 segment LCD 来显示信息。segment LCD 需
要通过外部驱动器连接到微控制器。PSoC 4 包含一个集成的低功耗 LCD 驱动器,能够直接驱动 segment LCD 显示屏。
PSoC 4 是真正的可编程嵌入式片上系统,在同一个芯片中集成了可配置的模拟和数字外设功能、电容式触摸感应、存
储器和一个 32 位 ARM® Cortex®-M0 微控制器。PSoC 4 加快了上市时间,集成了关键的系统功能,并降低系统的总成
本。通过电容式触摸感应(CapSense)功能和 LCD 驱动模式,您只需使用 PSoC 4 就能够实现整个用户界面的解决
方案。
PSoC 4 具有灵活的低功耗模式,可降低系统的总功耗。例如,当 PSoC 处于深度睡眠模式时,segment LCD 电流消
耗仅为 3.1 µA。
PSoC Creator™ IDE 提供了一个 segment LCD 组件,便于使用 PSoC 4 中不同类型的 segment LCD。
本应用笔记详细介绍了 PSoC 4 segment LCD 驱动的各项功能,提供低功耗 LCD 设计的最佳实践,并通过各示例项目
进行演示用户界面的解决方案。
如果您对 PSoC 4 还不太熟悉,请参见 AN79953 — PSoC® 4 入门手册中的内容。如果您对 PSoC Creator 还不太熟
悉,请参考 PSoC Creator 主页。
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文档编号:002-03850 版本**
1
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
PSoC 资源
2
在赛普拉斯网站 www.cypress.com 上提供了大量的资料,这些资料有助于选择符合您设计的 PSoC 器件,并使您能够快速有效
地将器件集成到设计中。有关完整的资源列表,请参考 KBA86521 — 如何使用 PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP 进行设计。下
面提供了 PSoC 4 的简要列表:

概况:PSoC产品系列、PSoC蓝图


产品选型:PSoC 1、PSoC 3、PSoC 4或PSoC 5LP。
此外,PSoC Creator还包含了一个器件选择工具。
技术参考手册(TRM):对每个PSoC 4器件系列中所
使用的架构和寄存器进行了详细说明。

开发套件:

数 据 手 册 : 描 述 并 提 供 了 适 用 于 PSoC 4000 、
PSoC 4100 、 PSoC 4200 、 PSoC 4xx7 BLE 、 PSoC
4100M和PSoC 4200M器件系列的电器规范。

CapSense设计指南:了解如何在SoC 4器件系列中设
计电容式触摸感应应用。

应用笔记和代码示例:涵盖了广泛的主题,从初级到高
级 水 平 。 许 多 应 用 笔 记 还 提 供 了 代 码 示 例 。 PSoC
Creator提供了额外的代码示例 — 请参考代码示例。

2.1

CY8CKIT-040,CY8CKIT-042和CY8CKIT-044的各
种PSoC 4 Pioneer套件均为易于使用且廉价的开发
平 台 。 这 些 套 件 包 括 用 于 Arduino™ 兼 容 屏 蔽 和
Digilent® Pmod™子卡的连接器。

CY8CKIT-049和CY8CKIT-043都是成本非常低的原
型平台,用于PSoC 4器件采样。

CY8CKIT-001是所有PSoC系列产品经常使用的开发
平台。
MiniProg3器件提供一个用于进行闪存编程和调试的接
口。
PSoC Creator
PSoC Creator 是一个基于 Windows 的免费集成设计环境(IDE)。通过它可以同时在基于 PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP 的
系统中设计硬件和固件。如图 1 所示 :通过 PSoC Creator,您可以进行下面的操作:
1.
2.
将组件图标施放到主要设计工作区中,以进行
您的硬件系统设计
对您的应用固件和 PSoC 硬件进行协同设计
3.
4.
5.
使用配置工具配置各组件
研究包含 100 多个组件的库
查看组件数据手册
图 1. PSoC Creator 特性
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2
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
2.2
图 2. PSoC Creator 中的代码示例
代码示例
PSoC Creator 包含了多个代码示例项目。可以从 PSoC Creator 的“Start
Page” (起始页)上获取这些项目,如图 2 所示。
这些示例项目通过为您提供完整的设计(并非一个空白页),可以加快您
的设计过程。示例项目还介绍了如何将 PSoC Creator 组件使用于不同应用
中。此外,它还包含了多个代码示例和数据手册,如图 3 所示。
在图 3 显示的 Find Example Project(查找示例项目)对话框中现在有几个
选项:

根据architecture(架构)或device family(器件系列)(例如:
PSoC 3、PSoC 4或PSoC 5LP)、category(类型)或keyword(关键
词)等选项对示例进行筛选

从Filter Options(滤波选项)的示例菜单中进行选择

通过Documentation(文档)选项卡,查看所选的数据手册

查看所选的代码示例。您可以复制该窗口中的代码然后将其粘贴到您的
项目内,从而加快代码的开发过程,或

根据已选项目创建一个新的项目(若需要,可添加新的工作区)。通过
为您提供一个完整的基本设计,它可以加快您的设计进程。然后,您可
以将该设计适用于您的应用中。
图 3. 带有示例代码的代码示例项目
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3
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
2.3
PSoC Creator 帮助
请访问 PSoC Creator 主页以下载 PSoC Creator 的最新版本。启动 PSoC Creator,并将它导航到下列各项:

快速入门指南:依次选择Help > Documentation > Quick Start Guide。本指南提供了开发PSoC Creator项目的基本知识。

简单的组件示例项目:依次选择File > Open > Example projects。这些示例项目展示了如何配置及使用PSoC Creator组
件。

入门设计:依次选择File > New > Project >PSoC 4 Starter Designs。这些入门设计展示了PSoC 4的独特特性。

系统参考指南:请依次选择Help > System Reference > System Reference Guide。该指南列出并描述了PSoC Creator提
供的系统功能。

组件数据手册:右键单击组件,然后选择“Open Datasheet”项。请访问PSoC 4组件的数据手册网页,获取所有PSoC 4组
件的数据手册列表。

文档管理工具:PSoC Creator提供了文档管理工具,以方便您查找和查看文件资源。 要想打开文档管理工具,请选择菜单
项Help >Document Manager。
2.4
技术支持
若有任何疑问,我们的技术支持团队很乐意为您提供帮助。您可以在赛普拉斯技术支持页面上创建一个技术支持请求。
如果您在美国,可以通过拨打我们的免费电话,直接与技术支持团队联系:+1-800-541-4736。在提示符处选择第 8 项。
若想快速获得支持,您同样可以使用下面的支持资源。

自助

所在地销售办事处
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4
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
3
PSoC 4 segment LCD 驱动模式的特性
PSoC 4 segment LCD 驱动模式具有以下特性:







最多支持 8 个 common(COM)和 49 个 segment(SEG)电极
任意 PSoC 4 GPIO 都可驱动 COM 或 SEG 电极
支持 14 segment 和 16 segment 的字母数字显示,7 segment 的数字显示,点矩阵和各种特殊符号。
两种驱动模式:数字相关和 PWM
在 PSoC 4 器件处于活动、睡眠及深度睡眠的系统功耗模式下仍能运行。
可以使用 1.8 V 的 VDD 来驱动 3 V 的显示器
数字对比度控制
注意:PSoC 4 器件所支持的 common 和 segment 的数量会因器件系列和器件包装而有所不同。有关详细信息,请参
见器件数据手册中介绍的内容。
4
Segment LCD 的基础 知识
在 segment LCD 显示屏中有一种液晶材料,该材料悬浮在两组电极之间。单个 LCD segment 的顶部和底部电极分别
称为 common (COM)和 segment(SEG)电极。这些电极一起构成了一个矩阵,如图 4 所示。
图 4. COM 和 SEG 电极
LCD显示屏
电阻
COM3
COM2
COM1
SEG0
SEG1
COM0
图 4 中的集总电容表示了各个理想 LCD segment 的电容负载。每一对 COM 和 SEG 电极被连接到唯一一个 LCD
segment。每一对 COM-SEG 电极上的均方根(RMS)电压可控制各电极对之间 LCD segment 连接的不透明度。
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5
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
液晶材料不能长期在直流电压下工作;因此,应用于各 COM 和 SEG 电极之间的波形必须在各 LCD segment 上产生
0 V 的直接电流。各个驱动波形还可通过实现时分复用来同时激活多个 LCD segments。典型的 LCD 驱动器生成各交
流波形, 而它们在 COM 和 SEG 电极上具有多个电压阶跃。文档使用下列术语定义了这些波形:

占空比:当一个驱动器驱动了‘M’个 COM 电极时,便可以确定它运行时的占空比为 1/M。在 1/M 的时间内,各
个 COM 电极被有效驱动。PSoC 4100 和 PSoC 4200 器件支持 1/2、1/3 和 1/4 时长的占空比。PSoC 4100M 和
PSoC 4200M 器件支持 1/2、1/3、1/4 和 1/8 时长的占空比。

偏压:当驱动器的波形使用(1/B) × VDRV 的电压跃时,则可以确定它的偏压为 1/B。VDRV 是系统中最高的驱
动电压(等于 PSoC 4 中的 VDD 电压)。在各个 PWM 驱动模式下,PSoC 4100 和 PSoC 4200 器件能够支持 1/2
和 1/3 时长的偏压。在各种 PWM 驱动模式下,PSoC 4100M 和 PSoC 4200M 器件能够支持 1/2、1/3、1/4 和 1/5
时长的占空比。更多有关信息,请参见第 9 页上的表 1。

帧:一帧表示驱动全部 segment 所需的时长。执行一个帧期间,驱动器通过 COM 顺序循环。在整个帧进行测量
时,所有 segment 将接收 0 V 直流(非零的 RMS 电压)。
一个 segment LCD 像素的强度(或对比度)取决于应用于整个像素上的 RMS 电压。图 5 显示的是某个 LCD segment
的对比度与 RMS 电压之间的关系。
图 5. RMS 电压与对比度的关系
100%
Contrast (C)
90%
Discrimination Ratio:
D= VHI/VLo
10%
0%
VOFF
VTHR VLO
VHI VON
AC Voltage between COM and SEG (VRMS)
图 5 中的各术语被定义如下:






VOFF:像素的 RMS 电压,低于该电压值时,LCD 显示屏上的所有对比度变更都不可见。
VTHR:像素的 RMS 电压,在该电压值时,LCD 显示屏可显示 10%的对比度。
VON:像素的 RMS 电压,在该电压值时,LCD 显示屏可显示 90%的对比度。
VLO:LCD 驱动器可生成的最低 RMS 电压
VHI:LCD 驱动器可生成的最高 RMS 电压
识别率(D):表示驱动器可执行的 VHI 和 VLO 的比率。识别率越高,则对比度越高。
扭曲向列(TN)和超级扭曲向列(STN)显示是 segment LCD 显示屏最通用的有效类型。与 STN 显示屏不同的
是,TN 显示屏需要更高的 RMS 电压变更程度,以产生不透明度中更明显的区别。因此,对于同一个给定的识别
率,STN 显示屏会提供比 TN 显示屏更高的对比度。另外,STN 显示屏还具有优越的视角。但,TN 显示屏的价格
通常比 STN 显示屏的价格偏移。
关于 segment LCD 基础知识的详细信息,请参考 PSoC 4 技术参考手册。
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6
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
5
PSoC Creator 组件:Segment LCD
PSoC Creator 提供一个 Segment LCD 组件,可帮助您轻松地将 segment LCD 显示模块的不同类型连接到 PSoC 4 器
件。简单地将该组件拖放到您的 PSoC Creator 项目原理图中,就可以为您的 LCD 模块配置该组件。该组件还提供一
个易于使用的应用编程接口(API)。更多有关信息,请参考 PSoC 4 Segment LCD 组件数据手册。
另外,还可以参考项目“简单的 Segment LCD”。该项目为您介绍了如何使用 Segment LCD 组件和各 API 来将一个
4 数字的 7 段式 LCD 模块连接到 PSoC 4 器件。
6
PSoC 4 Segment LCD 驱动模式
PSoC 4 支持两个 segment LCD 驱动模式,即为 PWM 和数字关联。这两个驱动模式使用不同的技术来生成 LCD 显示
屏需要的交流波形,并且它们具有不同的对比度和电源消耗特性。下面各节详细介绍了这两个驱动模式的区别。
6.1
PWM 驱动模式
PWM 驱动模式使用高频(32 kHz ~ 48 MHz)PWM 数字信号来生成各 LCD segment 上的低频(30 ~ 150 Hz)模拟
驱动波形。各 LCD segment 的电容特性和显示屏的电阻会筛选出高频的 PWM 信号,以生成各 LCD segment 上不同
的电压级别,如图 6 所示。
图 6. PWM 驱动模式
GPIO输出阻抗
LCD Segment
电容
LCD显示屏电阻
PWM生成器
COM
V1
V2
PWM生成器
SEG
GPIO的电压(V1)
Vddd
0
t
单像素上的有效电压(V2)
Vddd
2/3 Vddd
1/3 Vddd
0
t
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PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
6.2
数字关联驱动模式
数字关联驱动模式是赛普拉斯正在申请专利的一种驱动模式,该驱动模式是各种低功耗和基于电池应用的理想方式。它
的工作原理是:加倍 COM 信号在无效帧间隔中的驱动频率。这样会更改各段式上的 VRMS 电压,使这些电压值反过来
影响段式的对比度。(如图 5 所示)。图 7 显示的是数字关联模式波形的示例。
图 7. 数字关联示例
LCD驱动模式的单个“帧”
(一次可寻址所有段式)
VDD
COM0
0
VDD
COM1
0
VDD
SEG0
0
SEG1
VDD
0
t0
t1
t2
t3
单个帧
选中了COM / SEG
不选中COM / SEG
各段式上的相关电压
(VDC = 0)
COM0 -SEG0
VDD
0
-VDD
Segment启用:
VRMS = 0.791 VDD
COM0 -SEG1
VDD
0
-VDD
Segment关闭:
VRMS = 0.612 VDD
VDD
COM1 -SEG0
Segment启用:
VRMS = 0.791 VDD
0
-VDD
COM1 -SEG1
VDD
0
-VDD
Segment关闭:
VRMS = 0.612 VDD
t0
t1
Segment启用
Segment关闭
t2
t3
识别率:
D = 0.791/0.612 = 1.291
请参考 PSoC 4 技术参考手册,以查找每个驱动模式的详细介绍及相应的波形。
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8
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
segment LCD 显示屏具有 RC 系列电路的特性;因此,它的功耗与操作频率有关。由于操作于极低频率,因此,数字
关联驱动模式比 PWM 驱动模式消耗相当低的电流。
但,PWM 驱动模式能够提供的对比度的视角比数字关联驱动模式的更为优越。这是因为 PWM 模式拥有更高的识别率
(如图 5 显示)。表 1 显示的各识别率的比较。
表 1. 识别率比较
识别率
COM
PWM
PWM
1/4 偏压
1/5 偏压
2.236
1.844
1.612
1.915
1.732
1.567
1.528
1.732
1.648
1.528
1.254
1.414
1.581
1.494
数字关联
PWM 1/2 偏压
PWM 1/3 偏压
2
1.732
2.236
3
1.414
1.732
4
1.291
8
1.134
这些驱动模式之间对比度和视角的实际区别取决于 LCD 模块的特性。
6.3
低功耗操作
本节详细介绍了如何使用在 PSoC 4 深度睡眠低功耗模式下的 segment LCD 驱动模式来降低系统的总功耗。深度睡眠
模式是 PSoC 4 的最低功耗模式,它仍然保持 segment LCD 驱动模式的性能。如果您对 PSoC 4 的功耗模式不太熟
悉,请参考“AN86233 — PSoC 4 低功耗模式和降低功耗技术”应用笔记中所讲述的内容。
与 PWM 驱动模式相比,数字关联模式对 TN 显示屏提供了较低但可接受的对比度和视角,而在 STN 显示屏上,对于
对比度和视角,并没有明显的区别。但是,数字关联模式所消耗的电流明显低于 PWM 模式的。表 2 对这两个驱动模式
的电流消耗进行了比较,并且表 3 提供了它们的推荐用法。
表 2. 在深度睡眠模式下使能了 segment LCD(PSoC 4200 器件的 3 COM LCD)器件的典型电流消耗
电流消耗(µA)
帧率(Hz)
数字关联模式
PWM 模式
30
3.1
65.9
50
3.8
66.2
70
4.5
66.5
90
5.1
66.7
110
5.8
67.1
130
6.5
67.3
150
7.4
67.6
表 3. 推荐使用的驱动模式
显示屏类型
TN LCD
STN LCD
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深度睡眠模式
活动和睡眠模式
数字关联
PWM
数字关联
注意
固件必须动态切换于各 LCD 驱动模式之间。
STN 显示屏的 PWM 驱动模式在对比度上没有多大优势。
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9
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
您可以随时修改 LCD 驱动模式以提供电源消耗与显示对比度之间最佳的平衡度。图 8 显示的是动态切换 LCD 驱动模式
的固件执行流程,以在活动模式下获得优越的对比度及视角,并且降低深度睡眠模式下的电源消耗。
更多有关信息,请参考“低功耗 Segment LCD”。
图 8. 低功耗 LCD 操作模式下的固件执行流程
活动模式:运行LCD显示屏于PWM模式,以
获得更良的对比度和视角
进入深度睡眠模式前先要转换为数字关联驱动
模式
调用深度睡眠API函数
当处理器返回到活动模式时,将LCD显示屏
转回PWM模式
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10
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
7
PSoC 4 用户界面解决方案
本节介绍了如何使用单个 PSoC4 器件来创建完整的用户界面 (UI)解决方案。该部分内容的先决条件就是了解
PSoC 4 CapSense 器件的基础知识。欲了解 CapSen 的基础知识,请参考 PSoC 4 CapSense 设计指南一节的内容。
PSoC 4 中的 CapSense 特性能提供前所未有的信噪比(SNR)、一流的防水功能,以及各种传感器,如按键、滑动条
、触控板和接近传感器。您可以将 segment LCD 驱动模式以及 CapSense 和低功耗模式结合使用,以创建出精制、可
靠、低功耗和易于使用的各种 UI 解决方案。
图 9 显示的是一个示例 UI,其中,PSoC 器件驱动 segment LCD 并扫描触摸式显示屏。该触摸式显示屏包括两个
CapSense 按键和一个滑条。
图 9. PSoC 4 用户界面示例
Segment LCD
PSoC 4
触摸面板
CapSense
按键
CapSense滑条
CapSense
按键
在深度睡眠模式下,CapSense 不能扫描任意传感器,因此,要求器件按周期唤醒才扫描到各传感器。扫描传感器期
间,PSoC 4 必须保持于活动模式。为了节省电源,需要增加器件深度睡眠时间,并减少器件活动时间。
CapSense 检测到某个触摸时,PSoC 4 会保持于活动模式,并单独扫描各个传感器以读取触摸式显示屏的输入。当显
示屏再次进入无效状态时,器件将返回到深度睡眠模式。
PSoC 4 CapSense 可以将多个传感器组合起来,并作为单个传感器进行扫描。这会减少活动模式所需的总时间。
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11
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
图 10 显示的是低功耗用户界面(UI)解决方案的示例固件执行流程。
图 10. 低功耗 UI 解决方案的固件执行流程
单独扫描所有CapSense传感器;
将LCD驱动模式改为PWM模式
检查触摸面板是否无效
否
是
将LCD驱动模式改为数字关联模式。
进入深度睡眠模式
定时唤醒
将所有传感器组合起来,作为单个
传感器进行扫描
是否检测到触摸?
否
是
更多有关信息,请参考“Segment LCD 和用户界面”项目。该项目展示了具有 4 数字,7 段式的 LCD,以及一个 5 元
素的 CapSense 滑条。
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12
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
8
PSoC Creator 项目
本应用笔记提供了以下四个示例项目:
1.
简单的 Segment LCD:指的是一种简单的项目,用于演示 PSoC Creator PSoC 4 Segment LCD 组件的基本用
法。
2.
低功耗 Segment LCD:该项目显示的是如何以极低功耗使用 Segment LCD 组件。
3.
Segment LCD 和 CapSense 用户界面:该项目显示的是如何使用 segment LCD 和 CapSense 组件来创建完整的
用户界面解决方案。
您可以使用任意 PSoC 4 套件或您现有的硬件来评估项目 1 和项目 2。项目 3 使用赛普拉斯的 CY8CKIT-042。
这三个项目都需要一个 VIM 404 segment LCD 模块,它具有四个 7 段式数字,3 个 COM 电极和 12 个 SEG 电
极。请参考第 17 页上的图 17,以了解连线原理图。
4.
8.1
字母数字 Segment LCD: 该项目能够使用 PSoC 4100M/ 4200M 器件中大部分 GPIO 的优点来驱动一个 VIM-828
segment LCD 模块,它是具有 8 个 14 段式数字,4 个 COM 电极和 32 个 SEG 电极的模块。该项目需要使用赛普
拉斯的 CY8CKIT-043 和 VIM-828 LCD。
项目 1:简单的 Segment LCD
若想创建该项目,请执行下面操作:
1.
创建新的 PSoC 4 项目。如果您对 PSoC Creator 还不太熟悉,请参考 PSoC Creator 主页。
2.
将一个 Segment LCD 组件和一个时钟组件拖放到 TopDesign 原理图中。使用一条线连接这两个组件,如图 11 所
示。
图 11. LCD 和时钟之间的连接
3.
双击 Segment LCD 组件,以打开它的配置窗口。
4.
配置组件配置对话框中的 General(常规)选项卡。选择 LCD 驱动模式的设置,如图 12 所示。
图 12. Segment LCD 配置,“General”选项卡
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13
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
5.

在“number of common lines” 和“number of segment lines”框中分别输入数值“3”和“12”,以符
合 VIM 404 segment LCD 模块。

使用 PWM 驱动模块;请参考第 7 页上的 PSoC 4 Segment LCD 驱动模式。

选择 1/2 偏压,因为它能为 VIM 404 segment LCD 模块提供较好的对比度。

选择 Type B 型的波形。Type B 型波形所消耗的电源比 Type A 型波形稍微低。更多有关这两种波形的信
息,请参考 PSoC 4 技术参考手册。

保留其他设置为其默认值。
配置 Display Helpers(显示助手)选项卡。该选项卡将 SEG 和 COM 电极映射到显示模块中。按照 LCD 模块数
据手册进行配置该选项卡(请参考 VIM-404)。
LCD 模块具有 7 个段式数字。要想添加 7 段式的 Display Helpers 选项卡,请在 Helpers 列表框中选择
7 Segment 项,然后电极
按键。可以在 Selected helpers 列表框查看所选的显示特性,如图 13 所示。
图 13. 添加“Display Helpers”
LCD 模块具有 4 个 7 段式数字,因此,可通过点击
6.
按键为它再添加 3 个 7 段式数字。
将数字中的一个段式拖拉到“pixel mapping table”(像素映射表)中,如图 14 所示。请参考 VIM-404 数据手册
,以了解 VIM 404 LCD 模块的像素映射表。
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14
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
图 14. 像素映射程序
7.
依次为显示屏中的每个 segment 重复该程序。在完成了所有像素的映射后,将出现一个完整表,如图 15 所示。
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15
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
图 15. 完整的像素映射表
8.
点击 OK 以完成 Segment LCD 组件配置。若想为各 common 和 segment 电极分配引脚,请打开“.cydwr”(设计范
围资源)文件,然后按照图 16 进行引脚分配。
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16
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
图 16. 引脚分配
9.
将 VIM 404 LCD 显示屏连接到 PSoC 4 器件,如图 17 所示。可以在您的 PCB 上实现该操作,或者采用 CY8CKIT-042
套件和一个 Arduino ProtoShield 电路板。
图 17. PSoC 4 与 LCD 模块的外部连接
3.3V
P0[6]
P0[0]
P3[7]
P3[1]
P3[0]
P3[4]
P2[3]
P2[6]
P2[7]
P1[0]
P3[5]
Vdd
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
VIM 404
PSoC 4
Vss
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P2[4]
P0[4]
P0[5]
P0[7]
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17
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
10. 为该项目添加固件。若想创建 1,2,3,...,9,0 等数字的滚动显示,请在 main.c 中的代码 1 添加代码。
Segment LCD 组件提供使用 API 的就绪状态。更多有关 API 函数的信息,请参考 PSoC 4 Segment LCD 组件数
据手。
代码 1. 滚动 LCD 上的数字
#include <device.h>
/* Macro for a black space on the 7-segment LCD */
#define BLANK (16u)
/* Macro for scrolling length */
#define SCROLL_LENGTH (14u)
/* Macro for initial scrolling value */
#define INITIAL_VALUE (0u)
/* Define the numbers used for scrolling the 4-digit display */
#define SCROLL0 (0u)
#define SCROLL1 (1u)
#define SCROLL2 (2u)
#define SCROLL3 (3u)
#define DIGIT0
(0u)
#define DIGIT1
(1u)
#define DIGIT2
(2u)
#define DIGIT3
(3u)
/* Define the loop delay */
#define LOOP_DELAY (512u)
void main()
{
/* This variable is used to index the character array */
uint8 index = 0;
/* Array of scrolling numbers including blank spaces to improve visibility */
uint8 numbers[] = {BLANK, BLANK, BLANK, BLANK,
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0, BLANK, BLANK, BLANK};
/* Starts the Segment LCD Component */
LCD_Start();
for(;;) /* do forever */
{
/* Scroll the blanks and numbers stored in the array, from right to left */
for(index = INITIAL_VALUE; index < SCROLL_LENGTH; index++)
{
/* Print the numbers on the LCD glass */
LCD_Write7SegDigit_0(numbers[index + SCROLL3], DIGIT0);
LCD_Write7SegDigit_0(numbers[index + SCROLL2], DIGIT1);
LCD_Write7SegDigit_0(numbers[index + SCROLL1], DIGIT2);
LCD_Write7SegDigit_0(numbers[index + SCROLL0], DIGIT3);
/* Give delay for a visible scrolling */
CyDelay(LOOP_DELAY);
}
}
}
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18
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
11. 请确保 PSoC 4 器件运行于 3.3 V VDD 的供电源。编程器件并查看 LCD 显示屏以验证其输出。您会看到各数字 1,
2,3,...,9,0 从右边向左边滚动,如图 18 所示。
图 18. LCD 显示模块上的滚动数字
如果显示屏的对比度过高,请在 Segment LCD 组件中调低对比度,然后再次进行编程器件。
8.2
项目 2:低功耗 Segment LCD
该项目是项目 1 的修改版本,以获得较低的平均功耗。
为了降低功耗,PSoC 4 保持于活动模式的时间需要够长以更新显示屏的数据并滚动其数字,该过程的操作时间约为
720 µs。然后,在继续的 512 ms 内,器件将进入深度睡眠低功耗模式。图 19 和图 20 分别显示的是时序框图和固件执
行流程。
使用该技术时,PSoC 4 器件所消耗的平均电流会低于 11 µA。表 4 显示的是这两个项目之间的大概功耗比较。
表 4. 各项目间的功耗比较
功耗模式
工作电流
深度睡眠电流
平均电流
项目 1
项目 2
2.7 mA
2.7 mA
n/a
7 µA
2.7 mA
10.9 µA
图 19. 项目 2 的时序图
深度睡眠
512 ms
电流
2.7 mA
720 µs
活动
7 µA
时间
上电
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19
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
图 20. 项目 2 的固件执行流程
将LCD驱动模式改为数字关联模式
进入深度睡眠模式
等待512 ms
返回到活动模式
将LCD驱动模式改为PWM模式。
显示下一个数字。
该项目使用 Global Signal(全局信号)组件来生看门狗定时器(WDT)中断。请按照图 21 配置该组件。WDT 被配置
为每隔 512 ms 的时间生成一次中断。图 22 显示的是该项目的 TopDesign 原理图。
图 21. Global Signal 组件配置。
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20
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
图 22. 项目 2 的 LCD TopDesign 原理图
为了测试该项目,请先对器件进行编程,按照项目 1(图 17)连接显示屏,然后观察其输出。您仍会看到一个滚动的
显示屏,但是,该项目的电源消耗已经明显降低。
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21
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
8.3
项目 3:Segment LCD 和 CapSense 用户界面
该项目演示了一个完整的用户界面(UI),包括 CapSense 触摸感应和一个 segment LCD 显示屏。操作时,UI 控制器
的大部分时间和电源都使用于等待用户输入。为了实现一个低功耗的设计,PSoC 4 需要周期性地进入深度睡眠模式。
注意:该项目使用了 CapSense widget 的手动调试来获得较快的扫描时间和较低的功耗。因此,CapSense 手动调试
的知识就是该项目的先决条件。更多有关手动调试的信息,请参考 PSoC 4 CapSense 设计指南。
该项目是项目 2 的修改版本,以添加 CapSense 性能。图 23 显示的是时序框图,图 24 显示了该项目的 TopDesign 原
理图,以及图 25 介绍了它的固件执行流程。
在该项目中,PSoC 4 仅在 128 ms 内处于深度睡眠模式这有助于 CapSense 扫描各传感器够频繁以检测到快速触摸。
器件唤醒时,CapSense 会将所有滑条元素绑在一起,并将它们作为单个接近传感器进行扫描。如果任意滑条元素被触
摸,接近传感器会检测到一个触摸,然后对每个元素进行单独扫描,以确定滑条触摸位置。滑条位置将显示于 LCD 显
示屏上。
如果在检测到触摸后 128 ms 的时间内,所有 CapSense widget 都无效,那么器件将返回到深度睡眠模式。无触摸
时,PSoC 4 所消耗的平均电流低于 21 µA。
图 23. 项目 3 的时序图
深度睡眠
128 ms
电流
3.5 mA
500 µs
活动
7 µA
时间
上电
图 24. 项目 3 的 TopDesign 原理图
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22
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
图 25. 项目 3 的固件执行流程
将LCD驱动模式改为PWM模式。扫描滑条并显示
手指触摸位置
传感器是否在128 ms的时间
内无效?
否
是
将LCD驱动模式改为数字关联模式。
进入深度睡眠模式
WDT在
128 ms后唤醒
将所有传感器组合起来,作为单个
传感器进行扫描
是否检测到触摸?
否
是
若想测试该项目,请按照图 17 连接滑条,然后触摸滑条并确保 LCD 可以显示滑条的位置。滑条无效时,LCD 将显示
“dSLP”,以表示器件的深度睡眠模式。请注意,在指定的某些条件下,可以手动调试默认 CapSense 参数以用于
CY8CKIT-042。如果触摸响应较差,您可以再次手动调试。或者,您可以使用 SmartSense™来代替,它是一种固件算
法,可以自动将所有参数设置为最佳状态。更多有关信息,请参考 PSoC 4 CapSense 设计指南。请注意,使用
SmartSense 会使电源消耗递增。采用 SmartSense 时,该项目的平均功耗约为 40 µA。
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23
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
8.4
项目 4: 字母数字 Segment LCD
PSoC 4100M/4200M 器件具有 55 个 GPIO。该项目能够使用 PSoC 4100M/ 4200M 器件中大部分 GPIO 的优点来驱动
一个 VIM-828 segment LCD 模块,它是具有 8 个 14 段式数字,4 个 COM 电极和 32 个 SEG 电极的模块。该项目需要
使用赛普拉斯的 CY8CKIT-043 和 VIM-828 LCD。
segment LCD 组件提供丰富的 API 函数,用于将各字符串显示于 14 段式的字母数字显示屏。该项目演示了显示于
VIM-828 上的一个静态文字“PSoC4200”。 更多有关信息,请参考 PSoC Creator 项目。表 5 提供了使用于 VIM-828
和 CY8CKIT-43 之间线连接的引脚映射信息。
表 5. 连线信息
LCD 引脚信息
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LCD 引脚功能
CY8CKIT-43 连接
1
COM3
P0[7]
2
SEG0
P0[6]
3
SEG1
P0[5]
4
SEG2
P0[4]
5
SEG3
P0[3]
6
SEG4
P0[2]
7
SEG5
P0[1]
8
SEG6
P0[0]
9
SEG7
P7[1]
10
SEG8
P4[0]
11
SEG9
P3[7]
12
SEG10
P3[6]
13
SEG11
P3[5]
14
SEG12
P3[4]
15
SEG13
P3[3]
16
SEG14
P3[2]
17
SEG15
P3[1]
18
COM2
P3[0]
19
COM0
P6[5]
20
SEG16
P6[4]
21
SEG17
P6[2]
22
SEG18
P6[1]
23
SEG19
P6[0]
24
SEG20
P2[7]
25
SEG21
P2[6]
26
SEG22
P2[5]
27
SEG23
P2[4]
28
SEG24
P1[3]
29
SEG25
P1[2]
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24
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
LCD 引脚信息
9
LCD 引脚功能
CY8CKIT-43 连接
30
SEG26
P1[1]
31
SEG27
P1[0]
32
SEG28
P5[5]
33
SEG29
P5[3]
34
SEG30
P5[2]
35
SEG31
P5[1]
36
COM1
P5[0]
汇总
本应用笔记演示了 PSoC 4 器件中的 segment LCD 驱动模式。强壮的电容式触摸感应与一流的低功耗性能一同使
PSoC 4 成为了低功耗、单芯片和用户界面解决方案的理想选择。
另外,本应用笔记还提供了 PSoC 4 segment LCD 入门的四个示例项目,它们显示了低功耗性能,并演示了一个完整
的用户界面。
请注意,由于 PSoC 4 具有多种额外的特性,如:可编程模拟和数字、32 位 ARM Cortex-M0 微控制器和串行通信模
块, 因此,它可允许您创建围绕 PSoC 4 的一个完整的系统解决方案。
关于作者
姓名:
Nidhin MS
职务:
高级应用工程师
背景:
Nidhin 毕业于 GEC 特里苏尔(Thrissur)大学,并获得了电子与通信工程学士学位。他的技术爱好是
模拟信号处理、低功耗设计以及电容式触摸感应等领域。
姓名:
Rahul Raj Sharma
职务:
应用工程师
背景:
Rahul 毕业于 RNS 技术研究所(班加罗尔),并获得了电子与通信工程学士学位。
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25
PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
文档修订记录
文档标题: AN87391 — PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
文档编号:002-03850
版本
**
ECN
4989164
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变更者
NBWB
提交日期
10/27/2015
变更说明
本文档版本号为 Rev**,译自英文版 001-87391 Rev*B。
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PSoC® 4 Segment LCD 直接驱动模式
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