Для отображения текста и изображений производители портативного оборудования, рабочих станций, портативных компьютеров, мобильных телефонов и видео игр используют плоские дисплеи. Для регулировки контраста и яркости дисплея ранее традиционно использовались механические потенциометры. Однако сегодня им на смену приходят цифровые устройства управления. Для иллюстрации схемы с цифровым управлением яркостью и контрастом будут использованы два цифровых потенциометра семейства Dallastat DS1668/DS1669, которые на практике могут быть заменены любым другим цифровым потенциометром.
Модели DS1668/DS1669 были выбраны благодаря их простому кнопочному интерфейсу управления положением движка. Кнопочный интерфейс наиболее удобен для подстройки контраста плоских ЖК дисплеев и по своей сути очень близок к традиционным механическим потенциометрам. Особенно важно то, что DS1668/DS1669 имеют встроенный блок энергонезависимой памяти, который сохраняет положение среднего контакта после выключения питания системы. Замена механического компонента на цифровой дает дополнительные преимущества в области управления, надежности и автоматизации производства конечной продукции. Помимо этого, управление DS1669 может осуществляться через центральный процессор. Такая гибкость в применении не доступна при работе с механическими переменными резисторами. Поскольку DS1669 является интегрированным монолитным решением без подвижных частей, его надежность по сравнению с традиционными решениями не оспорима. В схеме регулировки контраста потенциометр DS1669 можно расположить на плате в стороне от кнопки соответствующей секции панели управления дисплеем. DS1669 выпускаются в стандартных DIP-8 и SOIC-8 корпусах для автоматизированного монтажа на плату.
Жидкокристаллические дисплеи.
ЖК дисплеи можно разделить на две категории: цифробуквенные и графические модули. Каждый из них, в зависимости от требований к источнику питания, имеет вход управляющего напряжения, которое в большинстве случаев может изменяться для регулировки контраста. Контраст дисплея может меняться вследствие изменения приложенного управляющего напряжения или температуры окружающей среды. Температурные изменения обычно имеют нежелательный эффект, значительно ухудшая контрастность экрана. Для регулировки управляющего напряжения используется переменный резистор в тех случаях, где увеличение напряжения может перекрыть эффект температурного сдвига. Но самым важным моментом является то, что потенциометр позволяет удовлетворить любые желания пользователя по отношению к яркости и контрастности экрана.
Цифробуквенные ЖК модули.
Цифробуквенные индикаторы имеют небольшие габаритные размеры и используются в портативных системах. Требования к питанию таких модулей сводятся к источнику одиночного питания 5В, который питает как ЖК дисплей, так и драйвер логики. Дополнительное напряжение необходимо для обеспечения питанием управляющих функций ЖКД (рис. 1). Управляющее напряжение модуля VO снимается с потенциометра VR. Типичное номинальное значение таких потенциометров колеблется в диапазоне 10- 20 кОм. Такие же номиналы имеют модели потенциометров серии DS1669.
Потенциометр DS1669 подходит для любых ЖК модулей, имеющих аналогичные условия питания. На рисунке 2 показана конфигурация DS1669, которая удовлетворяет всем требованиям по питанию и управляющему напряжению ЖК модулей, представленных на схеме 65. Устройство подключено как простая кнопка для управления перемещением среднего контакта. Также, можно использовать топологию двойной кнопки. Одно- и двухкнопочное управление описано ниже. Вывод движка, RW, потенциометра DS1669 напрямую подключается к контакту управляющего напряжения ЖК модуля, VO. Для схемы питания, представленной на рис. 1, для работы DS1669 с ЖК модулем больше не требуется дополнительных компонентов.
Графические ЖК модули.
Графические модули значительно превосходят по габаритам цифробуквенные дисплеи и работают с различными напряжениями питания. Как показано на рисунке 3, питающая часть для таких модулей состоит из источника питания 5В для питания логики и VLCDC входа для питания модуля. Управляющее напряжение VO, которое контролирует контраст, снимается скомбинированного источника логики 5В и VLCD питания модуля через потенциометр R. Как и в случае и цифробуквенными дисплеями, номинальное значение потенциометра колеблется в пределах 10 -20 кОм. Напряжение на контакте VO находится в диапазоне от 0 до (VLCD+ 5В) В. Напряжение питания VLCD зависит от типа используемого графического дисплея.
Диапазон напряжения VO предотвращает прямое использование DS1669, а также других потенциометров, выпускаемых Dallas Semiconductor. Для нивелирования сложностей с максимальным предельным током движка и высоким напряжением, требуемым для данной схемы, цифровой потенциометр используется вместе с операционным усилителем (рис. 4). Назначение операционного усилителя заключается в генерировании управляющего напряжения, VO, которое выходит за пределы спецификации при работе с цифровым потенциометром. Кроме того, операционный усилитель ограничивает величину тока, протекающего через движок, и обеспечивает полный диапазон управляющего напряжения для ЖК модуля. 5-вольтовый источник питания, использующийся для питания логической схемы модуля, также используется для питания потенциометра DS1669 (см. рис. 4). 
Потенциометр работает как аттенюатор 5-вольтового входного сигнала для не инвертированного вывода операционного усилителя. Выход операционного усилителя управляет напряжением контраста ЖК модуля, VO, и рассчитывается по формуле: где N — количество положений движка потенциометра. Номинальные значения резисторов R1 и R2 выбираются по формуле: Выбор резисторов R1 и R2 позволяет менять выходное напряжение операционного усилителя в зависимости от номинального питания ЖК графического модуля (подаваемое на контакт VO). Вывод среднего контакта напрямую подключается к не инвертируемому выводу операционного усилителя, как показано на схеме. Также, рекомендуется использовать диод Шоттки D1 (типа 1N5818 или аналог) для обеспечения дополнительной защиты от бросков питания на этапе его включения и выключения.
Принцип работы DS1669.
Как уже отмечалось, потенциометр DS1669 имеет простой кнопочный интерфейс UDC (Up/DownControl). Микросхема DS1669 может быть сконфигурирована как на управление при помощи одной кнопки, так и на управление с двумя кнопками. При этом цифровой вход D дает возможность управления потенциометром с помощью микроконтроллера или процессора.
На схемах 5 и 6 показаны обе конфигурации, соответственно. Замыкание контактов определяется как переход от высокого уровня к низкому на высоком контакте (UC), низком контакте (DC) или цифровом входе (D). Эти входы являются неактивными в высоком состоянии.
Микросхема использует ширину входного импульса как средство управления передвижением движка. Одиночный входной импульс на входах UC, DC или D изменяет положение движка на 1/64 по отношению к конечному сопротивлению потенциометра. Переход к высокому или низкому уровню на этих входах активизирует работу устройства и приводит к замыканию контакта. Одиночный импульс срабатывания должен превышать 1 мс, но длиться не дольше 1 с. Это показано на рис. 7а.
Повторяющиеся импульсы на входах потенциометра могут использоваться для более быстрого перемещения движка (рис. 7b). Требования к входным повторяющимся импульсам следующие: они должны быть разделены интервалом не менее 1 мс. В противном случае, DS1669 расценивает их как одиночный импульс. Импульсы продолжительностью более секунды приведут к непрерывному перемещению движка через каждые 100 мс после первой секунды. Суммарное время достижения предельного значения потенциометра при непрерывном импульсе можно рассчитать по формуле:1(сек) + 63 х 100 мс = 7,3 (сек) Однокнопочная конфигурация позволяет пользователю контролировать положение движка в обоих направлениях посредством одной кнопки. На рисунке показана типичная конфигурация такой схемы. Вход UC используется для увеличения и уменьшения сопротивления движка, т.е. осуществляет режим однокнопочной работы. DC вход не имеет рабочих функций в таком режиме, но контакт должен быть подключен к положительному источнику питания (VCC).
Цифровой вывод (D) находится в холостом режиме. При включении питания устройства, необходимо развести схему так, как показано на рисунке 5, тогда потенциометр обеспечит однокнопочный режим работы. DC вход должен быть обязательно подключен к источнику положительного напряжения (VCC). Направление движения среднего контакта при однокнопочной конфигурации определяется первичным шагом. Изменение направления движения движка осуществляется посредством периода бездействия на входе UC в течение секунды и более. Также, при однокнопочной конфигурации, когда движок достигает своего конечного положения, его направление меняется. Это произойдет вне зависимости от того, поступает ли на вход постоянный, непрерывный, или одиночный импульс. При включении потенциометра в конфигурацию с двумя кнопками каждое направление движка управляется повышающим контактом UC и понижающим контактом DC, соответственно. Для изменения положения движка в двухкнопочном режиме нет режима ожидания. При достижении движком своего крайнего положения, направления его движения не меняется. Положение движка зафиксируется в конечной точке, пока не активизируется входной контакт обратного движения. Все контакты управления кнопкой UC, DC и D, внешне нагружаются резистором 100 кОм. Выводы UC и DC имеют внутреннюю защиту от дребезга контактов и не требуют внешних компонентов для формирования сигнала.
Энергонезависимая память положения движка.
При отключении питания микросхема DS1669 запоминает последнее положение движка. Эта функция обеспечивается встроенным блоком EEPROM памяти. В нормальном режиме работы положение движка определяется входным мультиплексором. Периодически, мультиплексор обновляет данные EEPROM ячеек памяти. Порядок обновления ячеек был оптимизирован разработчиками для большей надежности, износоустойчивости и эффективности. Кроме того, операция апдейта полностью открыта для пользователя. Если изменяются установки Dallastat после включения питания, новое значение сохраняется с задержкой до 2 секунд. После сохранения первоначальных измерений, последующие изменение в структуре EEPROM памяти возникнут только если положение движка изменится больше, чем на 12.5% от конечного сопротивления потенциометра. Любые другие изменения после включения питания, меньше 12.5%, не сохраняются в ячейках EEPROM памяти. Поскольку Dallastat имеет 64-1 мультиплексор, изменения на 12.5% соответствуют изменению четвертого младшего разряда (LSB). Изменения или сохранение в EEPROM память имеют 2-секундную задержку для гарантированного обновления данных. EEPROM память имеет 80,000 номинальных циклов записи. Если память выработала свой полный ресурс, Dallastat сохранит свою функциональность, пока включено питание. Однако, повторное включения питания вернет потенциометр на тот уровень сопротивления, который был сохранен последним перед износом памяти.
Михаил Крюков
г. Москва.
