LCD con caratteri a matrice

Il contrasto

Il contrasto di un display a cristalli liquidi è il rapporto tra l'area chiara e l'area scura. 

Escludendo i controller in grado di regolare il contrasto via software (ad esempio Sitronix ST7036), occorre prevedere una regolazione esterna.
Questa regolazione inietta una tensione nel pin Vo (o Vee) che deve essere ottimizzata per ottenere la visibilità migliore. 
Essa dipende da molti fattori, tra cui la tensione di alimentazione, la temperatura, dall' angolo di visualizzazione.

Se il display è alimentato con una Vdd di +5 V (± 5%), è richiesta una tensione Vo tra 0 e 3.7 V circa, per i piccoli pannelli.

Un potenziometro è collegato tra Vdd e Vss e preleva dal cursore la tensione per il pin Vo. In effetti non occorre che il potenziometro possa scorre l' intera tensione, in quanto la V0 normalmente arriva al massimo attorno a 1.5V. Utilizzando solo il potenziometro, ci troveremmo ad avere ampia parte della corsa inutilizzata e la regolazione utile concentrata in un anglo molto ridotto. Allora, meglio aggiungere una resistenza come partitore e utilizzare tutta la corsa del trimmer così da consentire una regolazione più fine.

Ovviamente nulla vieta di utilizzare un partitore composto da due resistenze fisse, risparmiando il trimmer. Questo è possibile per un determinato pannello di cui si sia verificato il punto di tensione ideale per il miglior contrasto e che viene essere utilizzato in un range di temperature limitato. 

La maggior parte dei moduli con HD44780 o simili impiegano una rete resistiva interna per fornire le tensioni di pilotaggio del display. 

 

Queste tensioni sono svincolate da massa allo scopo di poter fornire ai punti attivi del display delle correnti non continue (se gli pseudo condensatori che costituiscono le parti attive del display fossero polarizzati in cc, il liquido nematico si polarizzerebbe anch'esso in una sola direzione, perdendo in breve tempo le sue caratteristiche e rendendo il pannello inutilizzabile).  La tensione di polarizzazione applicato a Vo diventa inferiore a Vss quando la tensione di alimentazione Vdd è 3 volt, perché la tensione di polarizzazione di 4V volt è necessaria tra Vdd e Vo. HD44780 consente  tensione bias negativa per compensare questa situazione.

In tal caso occorre generare esternamente una tensione negativa da applicare a Vo.

A questo scopo si può utilizzare uno dei tanti integrati DC/DC converter, ad esempio il noto 7660. La corrente richiesta è dell' ordine dei microampere, quindi è possibile usare qualsiasi tecnologia, come NE555 o anche un oscillatore a transistor, anche se le pompe di carico (charge pump) sono il metodo più semplice.La tensione negativa prelevata al pin 5 viene regolata da un trimmer per il giusto valore. Alcuni display hanno sul circuito stampato un' area in cui il costruttore ha previsto di inserire proprio un circuito del genere in SMD. Nei modelli commerciali, solitamente, questa area non è assemblata

Se si dispone di una Vee negativa e si ha la necessità di regolare il contrasto sia per variazioni di temperatura che di Vdd,  si potrà utilizzare lo schema a lato, con il trimmer che può spaziare sia in campo positivo che negativo a seconda delle circostanze.

A causa delle caratteristiche del display, una variazione di temperatura porta ad una necessità di correggere la tensione di contrasto.
Per un tipico display a cristalli liquidi, con un coefficiente di temperatura negativo, richiederà una riduzione della tensione con il diminuire della temperatura e viceversa.
Può essere utile impostare un circuito che provveda automaticamente alla correzione.

	Questo esempio è il più semplice circuito proposto da vari costruttori di display e, a volte, si può notare sul circuito stampato lo spazio per inserire i componenti SMD (solitamente non installati). Determinata la tipica di polarizzazione ideale per Vo e il coefficiente di temperatura del modulo LCD  si stabiliscono i valori delle resistenze. Un termistore Rth con in parallelo la R3 di aggiustamento . R1 permette di regolare il valore di Vo polarizzando la base del transistor che fornisce un buffer di corrente in modo da far lavorare il termistore a minima corrente, il che evita auto riscaldamento. R2 è utilizzato solo come bias minimo per condizioni di circuito aperto. Vee deve essere una fonte di tensione stabilizzata.
	Questo è il circuito proposto da Hantronix in una sua application note. Anche questo circuito utilizza un termistore a coefficiente di temperatura negativo per rilevare la temperatura dell'ambiente e che va posizionato fisicamente il più possibile vicino al modulo LCD. Il transistor PNP è collegato come un inseguitore di emettitore per fornire la corrente al pin Vo.  Hantronix assicura il buon funzionamento di questo circuito per tutti i moduli di carattere e moduli grafici a 320 x 240.
Con tensioni di alimentazione di 5V una tensione negativa solitamente non occorre per i piccoli pannelli a caratteri e va evitata in quanto potrebbe inviare una corrente eccessiva al pin Vo danneggiandolo. Trovandosi a dover impiegare un modulo LCD in un ampio range di tensioni di alimentazione e di temperatura ambiente, potrebbe essere una iuona idea quella di far generare la tensione dallo stesso microcontroller che gestisce il sistema, in modo da averne i parametri sotto controllo del software ed escludere ogni regolazione manuale.
	Avendo a disposizione un pin di PWM sul microcontroller si potrà "automatizzare" la regolazione del contrasto attraverso una semplice pompa di carico a diodi, come suggerito a http://www.piclist.com/techref/microchip/pwmvee.htm Il circuito, proposto da David Covick [dac@WEST.NET] , con una Vdd di 5V produce tensioni da -3V a +1Val variare del duty cicle del PWM. Viene proposto anche un semplice esempio di codice per PIC dotato di modulo CCP.

'**************** LCD Display Negative Voltage ******************** '********************* 16F877 @ 20 MHz **************************** PR2=255              ' Set PR2 to 19.53 kHz CCPR1L=230           ' Set Pulse width - CCPR1L must be less than PR2.                      ' Lower number(pulse width)=higher view angle                      ' PR2 value is 100% duty cycle.                      ' PR2/2 = 50% duty cycle. TRISC.2=0            ' Set CCP1 bit as output T2CON=%00000100      ' Timer on prescale is 1 CCP1CON=%00001100    ' Set PWM Mode '***********************

Come ultima nota, alcuni pannelli (ad esempio i DOG di EA) basati sul controller Sitronix ST7036, hanno il controllo del contrasto da software e contengono anche la pompa di carico necessaria, per cui sono alimentabili da 2.5 a 5.5 V senza richiedere nè una sorgente esterna per la Vee, nè il trimmer di regolazione del contrasto.
Per un automatismo completo, come nel caso del PWM prima descritto, si potrà implementare sul microcontroller sia una regolazione del contrasto in base alla temperatura, misurandola con una delle tante sonde di temperatura disponibili, sia in base alla luminosità ambientale, rilevata con una foto resistenza o sensore analogo.