เทคนิคการปรับแต่งและเชื่อมต่อ LCD Character 5V ให้ใช้ได้กับไฟเลี้ยง 3.3V โดยใช้ negative voltage supply

สืบเนื่องจากโปรเจคเครื่องวัดประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบพกพาที่ผมกำลังทำขึ้น ค่าที่วัดและคำนวณได้จะต้องแสดงผ่าน LCD แต่เนื่องจากมันเป็นเครื่องที่จะต้องพกพาได้ ดังนั้นผมจึงออกแบบให้ใช้แหล่งพลังงานจากแบตเตอรี่ โดยผมเลือกใช้ Li-ion Battery (แบตโทรศัพท์มือถือทั่วไป) ข้อดีคือไม่มี memory effect ครับ ซึ่งจะมีแรงดันอยู่ที่ 3.7V โดยเอามาผ่านเข้ากับ regulator 3.3V อีกทีนึงเพื่อเอาไปเลี้ยงวงจร ทีนี้เองจึงต้องหา LCD ที่ใช้แรงดัน 3.3V ได้ จึงเข้า www.es.co.th ทำการค้นหาดูในหมวดของ LCD Character Displays / Modules ปรากฏว่าไม่มีแบบ 3.3V ครับ

วงจรไบแอส LCD

LCD แบบ Character ที่นิยมใช้งานกันนั้นส่วนมากแล้วที่เห็นจะใช้แรงดันไฟ 5V ครับ โดยทั่วไป controller ภายใน LCD แบบจะใช้เบอร์ KS0066 ของ Samsung และ HD44780 ของ Hitachi ซึ่งจาก datasheet ทั้ง 2 เบอร์นี้จะเห็นว่าสามารถใช้ Low power ได้ที่แรงดันระหว่าง VDD 2.7-5.5V ดังนั้นแล้วแสดงว่าที่แรงดัน 3.3V มันจะต้องทำงานได้ ทีนี้ความต่างศักย์ที่ไบแอสระหว่าง VDD และ VLCD จะถูกแบ่งแรงดันโดยตัวต้านทานที่ต่อดังภาพเพื่อนำความต่างศักย์ที่ได้ไปขับผลึกเหลว ( liquid crystal display ) โดยความต่างศักย์ที่ไบแอสระหว่าง VDD-VLCD ที่ LCD ต้องการจะอยู่ที่ประมาณ 4.0 ถึง 4.5 volts ซึ่งจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เมื่อแหล่งจ่ายไฟมีค่าแรงดันน้อย โดยในที่นี้คือ 3.3V จะทำให้จอแสดงผลจางและหายไปครับแทบมองไม่เห็นเลย (Contrast น้อย) นั่นหมายความว่าแรงดัน 3.3V ไม่เพียงพอสำหรับ LCD ครับ แต่เพียงพอสำหรับการทำงานของ Controller

วงจรสร้างแรงดันไฟลบ

รูปที่ 1. วงจรสร้างแรงดันไฟลบที่เชื่อมต่อกับ LCD Module

แรงดันไฟฟ้าที่จะต้องจ่ายเข้าขา VLCD หรือ V0 ซึ่งเป็นขาปรับ Contrast จะต้องต่ำกว่า VSS เพื่อให้ความต่างศักย์ระหว่าง VDD และ V0 นั้นมีค่าอยู่ระหว่าง 4.0 ถึง 4.5 volts โดยจะใช้ไอซี ICL7660 เป็น Negative Voltage Generator ครับ Vout ที่ได้จะมีค่าแรงดันไฟฟ้าออกมาเป็นลบจากแรงดันไฟฟ้าบวกที่จ่ายเข้าขา V+ โดยในที่นี้คือ +3.3V เพราะฉะนั้นขา Vout ก็จะมีค่าเป็น –3.3V ซึ่งจะทำให้ความต่างศักย์ระหว่าง V+ และ V- เป็น 6.6V เมื่อนำมาต่อกับตัวต้านทานปรับค่า จะทำให้สามารถปรับค่าแรงดันได้ระหว่าง 0 ถึง 6 volts เพื่อนำไปต่อเข้ากับขา V0 ให้มีต่างศักย์ 4.0 ถึง 4.5 volts ระหว่าง VDD และ V0 ได้ครับ

การปรับแต่งและเชื่อมต่อกับ 16x4 Vishay LCD-016N004A

Vishay LCD-016N004A เมื่อพลิกดูด้านหลังจะพบว่าบริเวณ U4 สีเหลืองที่ผมวงไว้ รูปเห็นนี้ผมถ่ายหลังจากเอา IC ลงไปแล้วครับ โดยปกติ U4 จะมีแต่ลายทองแดงไว้ ซึ่งผมมองไปมองมาปรากฏว่ามันพอดีกับ ICL7660 เลยครับ รวมถึง C3,C4 ข้างๆด้วย ไม่รอช้าจัดการบัดกรีเลยครับ โดย C3 กับ C4 ใช้ขนาด 10uF ครับ แต่ขา Vout ซึ่งเป็นขา 5 นั้นไปเชื่อมต่ออยู่กับ Q1 ซึ่งผมเดาว่าเป็น Transistor ครับ โดยเมื่อไล่ไปเรื่อยๆแล้วพบว่ามันสามารถไปเชื่อมต่อกับขา A (Anode) ของ Backlight ได้ ตรงตามที่บอกใน http://www.es.co.th/Schemetic/PDF/LCD-016N004A.PDF ในส่วนของ Interface Pin Function ที่ขา 15 ที่บอกว่า A/VEE คือ +4.2V for LED (RA = 0 Ω)/negative voltage output) คือถ้าไม่ต้องการใช้ Backlight ก็สามารถใช้ขา 15 ของ LCD เป็นขา output แรงดันไฟลบได้ โดยให้ทำการเชื่อมต่อตัวต้านทาน 0 โอห์ม ที่

JE ตรงแถวๆที่ผมวงไว้สีแดงไว้ แต่ผมต้องการใช้ Backlight ด้วยครับ จึงไม่สามารถใช้วิธีนี้ได้ผมจึงทำการเชื่อมต่อขา 5 ที่เป็นแรงดันไฟลบไปที่ขา K (Kathode) เลยครับ ซึ่งจะทำให้ขา 16 ที่เป็นขา K ของ Backlight เป็น –3.3V ครับ แบบนี้จะทำให้สามารถใช้ LCD ได้กับบอร์ดที่มีไฟเลี้ยงวงจร 3.3V และพร้อมกับ Backlight ด้วยครับ

สรุป

เทคนิคการปรับแต่ง LCD Character ให้ใช้ได้กับแรงดันไฟฟ้าต่ำ สามารถที่จะทำได้โดยจะต้องดูว่า LCD ที่ใช้นั้นใช้ Controller เบอร์อะไร สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าในช่วงที่เราต้องการได้หรือไม่ โดยศึกษาได้จาก datasheet ถ้าตัว Controller สามารถใช้แรงดันไฟเลี้ยงต่ำได้และแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่ใช้ขับ liquid crystal display นั้นอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน +VDD และ –VDD ก็สามารถที่จะใช้วิธีการนี้ได้