Introduzione alla tecnologia LCD e utilizzo con il modulo Engicam GEA M6425

tecnologia LCD e utilizzo con il modulo Engicam GEA M6425

Il processore iMx25 Freescale è il cuore di questo modulo Engicam GEA M6425. Il modulo GEA M6425 è equipaggiato, oltre al Freescale i.MX25, con 256MB NAND Flash e 64MB di DDR2. In questo articolo verranno introdotte le principali tipologie di schermi LCD per poi passare ad analizzare lo schema di collegamento di uno schermo LCD al modulo GEA M6425.

Il principio di funzionamento di uno schermo LCD è basato sulle proprietà ottiche di particolari sostanze chiamate cristalli liquidi. In uno schermo LCD i cristalli liquidi sono racchiusi fra due superfici vetrose provviste di numerosissimi contatti elettrici con i quali poter applicare un campo elettrico. Ogni contatto elettrico comanda una piccola porzione del pannello identificabile come un pixel.

Sulle facce esterne dei pannelli vetrosi sono posti due filtri polarizzatori disposti su assi perpendicolari tra loro. In assenza di campo elettrico i cristalli liquidi torcono di 90° la polarizzazione della luce che arriva da uno dei polarizzatori, permettendole di passare attraverso l’altro.

Quando il campo elettrico viene attivato le molecole del liquido si allineano parallelamente al campo elettrico, limitando la rotazione della luce entrante. In questa maniera se i cristalli sono completamente allineati col campo, la luce che vi passa attraverso arriva polarizzata perpendicolarmente al secondo polarizzatore, e viene quindi bloccata del tutto facendo apparire il
pixel non illuminato.

La figura sotto illustra il meccanismo di funzionamento dei cristalli
liquidi: Il disegno a sinistra mostra il comportamento di un pixel in assenza di campo elettrico , mentre il disegno a destra mostra il solito pixel in presenza di campo elettrico.

 

 

Se ne deduce quindi, che controllando la torsione dei cristalli liquidi in un pixel, si può dunque regolare la quantità di luce passante.

Una delle caratteristiche principali dei pannelli a cristalli liquidi (fatta salva la retroilluminazione) è il basso consumo di potenza elettrica, che li rende di per sè particolarmente indicati per applicazioni in apparecchiature alimentate a batteria.

Gli schermi LCD posso essere usati in due modalità denominate trasmissivo e riflettivo:

Gli schermi di tipo trasmissivo sono illuminati da un lato e vengono visti dall’altro. In pratica una luce viene posizionata sul retro dello schermo e i cristalli liquidi agiscono da filtro. In questo modo si possono ottenere schermi molto luminosi, a patto di avere una buona retroilluminazione , che spesso consuma più energia di quella richiesta dallo schermo in sé.

Gli schermi LCD di tipo riflettivo usano la luce presente nell’ambiente che viene riflessa da uno specchio posto dietro lo schermo. A causa del doppio passaggio dallo schermo il contrasto è più basso rispetto al LCD trasmissivo. Il vantaggio principale di questo tipo di schermo è che l’assenza di una fonte di luce artificiale mantiene i consumi energetici molto bassi.

Gli schermi transriflettivi cercano di unire le caratteristiche dei trasmissivi e dei riflettivi. Hanno un semi-specchio posto dietro al pannello, in grado di riflettere la luce frontale, e di far passare la luce proveniente da un illuminatore posto nella parte posteriore. Questo tipo di display si va diffondendo rapidamente, soprattutto negli apparecchi mobili (telefoni cellulari e computer palmari), per la sua buona leggibilità in tutte le condizioni di luce.

Vediamo come funziona il pilotaggio di uno schermo LCD:

Gli schermi LCD con un numero basso numero di segmenti, come quelli presenti negli orologi digitali, sono provvisti di un contatto elettrico per ogni segmento. Il segnale elettrico per controllare ogni segmento è generato da un circuito esterno. Questo tipo di struttura diventa improponibile man mano che il numero di segmenti aumenta, infatti per  gli schermi di medie dimensioni, come quelli delle agende elettroniche, viene adottata una struttura a matrice passiva.

Questo tipo di struttura ha un gruppo di contatti per ogni riga e colonna dello schermo. Lo svantaggio di questa soluzione è che può essere controllato solo un pixel alla volta, mentre gli altri pixel devono ricordare il loro stato finché il circuito di controllo non si dedica nuovamente a loro. Con questo tipo di controllo ottengo un contrasto ridotto ed una certa difficoltà a visualizzare bene le immagini in rapido movimento. Il problema chiaramente va peggiorando man mano che il numero di
pixel aumenta.

Per gli schermi ad alta risoluzione, come i monitor per computer, si usa un
sistema a matrice attiva. Lo schermo LCD contiene una sottile pellicola di transistor che hanno il compito di memorizzare lo stato elettrico di ogni pixel dello schermo mentre gli altri pixel vengono aggiornati. Questo metodo permette di ottenere immagini molto più luminose e nitide rispetto agli LCD
tradizionali.

I principali Parametri che caratterizzano uno schermo LCD sono:

  • Contrasto nativo :Il rapporto fra la luminosità del bianco e la luminosità del nero.
  • Contrasto dinamico: Il rapporto fra il bianco, misurato con la retroilluminazione alla massima intensità, ed il nero, misurato con la retroilluminazione al valore minimo.
  • Tempo di risposta: E’ il tempo necessario ai “cristalli liquidi” per passare da uno stato “tutto chiuso” (nero) ad uno “tutto aperto” (bianco), per poi tornare al “tutto chiuso”.
  • Angolodi visuale in relazione alla luminosità: E’ definita come la variazione di luminosità e contrasto al variare dell’angolo di visuale.

Il modulo GEA per pilotare un schermo LCD utilizza la periferica LCD Controller del processore iMx25. Questa periferica riesce a pilotare schermi LCD, sia attivi che passivi, con risoluzione fino a 800×600.

I Pin del modulo adibiti al controllo LCD sono riportato di sotto:

Pin

Name

Primary Function
Description

GPIO Capable

Voltage

63

LCD_DI5

LCD interface

Y

+3,3V

64

LCD_CONTRAST

LCD interface

Y

+3,3V

65

LCD_DI3

LCD interface

Y

+3,3V

66

LCD_OE

LCD interface

Y

+3,3V

67

LCD_DI0

LCD interface

Y

+3,3V

68

LCD_D14

LCD interface

Y

+3,3V

69

LCD_D6

LCD interface

Y

+3,3V

70

GND

Power PIN

N

-

71

LCD_D4

LCD interface

Y

+3,3V

72

LCD_D11

LCD interface

Y

+3,3V

73

LCD_LSCLK_PCLK_FPSHIFT

LCD interface

Y

+3,3V

74

LCD_D7

LCD interface

Y

+3,3V

75

LCD_D0

LCD interface

Y

+3,3V

76

LCD_D9

LCD interface

Y

+3,3V

78

LCD_D12

LCD interface

Y

+3,3V

79

LCD_D2

LCD interface

Y

+3,3V

82

LCD_VSYNC

LCD interface

Y

+3,3V

83

LCD_HSYNC

LCD interface

Y

+3,3V

84

LCD_D8

LCD interface

Y

+3,3V

86

LCD_D5

LCD interface

Y

+3,3V

88

LCD_D3

LCD interface

Y

+3,3V

90

LCD_D1

LCD interface

Y

+3,3V

91

LCD_D17

LCD interface

Y

+3,3V

93

LCD_D16

LCD interface

Y

+3,3V

Per maggiori informazioni sulle risoluzioni supportate e le modalità di collegamento si consiglia di consultare il Processor Reference Manual del processore iMx25 alla sezione Chapter 33  Liquid Crystal Display Controller (LCDC) .

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