Como selecionar a melhor exibição para seu projeto

John Teel em Hackster Blog Seguir Jul 11 · 8 min ler

Se o seu novo produto eletrônico exigir uma exibição, é essencial que você selecione o tipo correto de exibição.

Sua escolha de um monitor afeta diretamente a experiência do usuário do seu produto simplesmente por ser um dos aspectos mais visíveis. Um monitor também é provável que seja um dos componentes mais caros do seu produto, e também um dos mais famintos por energia.

Escolher a exibição correta é absolutamente crítico, mas as opções disponíveis podem ser bastante impressionantes. Neste artigo, você aprenderá tudo sobre os diferentes tipos de telas comumente incorporados em dispositivos eletrônicos.

Mais importante, você aprenderá como equilibrar as várias compensações para selecionar a tecnologia de exibição que é melhor para o seu produto.

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Noções básicas de exibição

Antes de prosseguir, existem alguns termos técnicos que você precisa entender para selecionar a melhor exibição.

A maioria dos monitores é classificada como reflexiva, transmissiva ou emissiva . As telas refletivas dependem da luz refletida da frente da tela. O fundo dessas exibições geralmente é refletivo, com o padrão exibido bloqueando seletivamente a reflexão.

Os displays transmissores dependem da permissão ou do bloqueio de uma luz de fundo para exibir uma imagem. A luz de fundo é normalmente branca e cada pixel consiste de três sub-pixels que podem passar seletivamente a parte vermelha, verde e azul da luz de fundo branca.

Displays emissores realmente emitem luz por conta própria. Cada pixel emite sua própria luz nas três cores primárias R, G e B. Variando a intensidade da luz emitida, imagens coloridas podem ser criadas.

A gama de cores é uma medida de quão ampla é a gama de cores disponíveis em um display. Monitores monocromáticos, por outro lado, têm apenas uma cor disponível.

As telas coloridas consistem tipicamente em três cores primárias – Vermelho, Verde e Azul (RGB). Várias combinações dessas cores primárias com várias intensidades podem reproduzir exibições realistas em cores.

A profundidade de cor especifica o número de níveis de intensidade para cada componente de cor. Uma profundidade de cor de N significa que cada cor pode ser exibida em N intensidades diferentes.

Por exemplo, um display RGB, com cada cor com uma profundidade de cor N, pode ter N x N x N combinações de cores possíveis. A profundidade de cor mais simples é dois. Ou seja, um segmento ou um pixel está totalmente ON ou OFF total.

Monitores Segmentados Simples

Se você precisa simplesmente mostrar alguns números e, digamos, um pequeno conjunto de letras, então você deve considerar uma exibição segmentada. Exemplos típicos de exibições segmentadas são encontrados em relógios digitais .

Cada dígito é composto de sete segmentos que podem ser ativados ou desativados individualmente. Pode exibir o número de 0 a 9 e algumas letras como A, C, E, F, H, h, L, P, r, t e U.

Alguns monitores segmentados têm mais de sete segmentos e podem, portanto, exibir um intervalo mais amplo de padrões.

Normalmente, esses tipos de monitores usam LEDs (Diodos emissores de luz) para cada segmento e sua cor é comumente vermelha. No entanto, os visores LCD segmentados também estão disponíveis. Uma imagem de um display LED típico de sete segmentos é mostrada na Figura 1 abaixo.

Figura 1 – Exibição típica de 7 segmentos

Displays alfanuméricos

O próximo nível de funcionalidade em displays é um display alfanumérico. Esta exibição consiste em uma ou mais linhas de células de caracteres. Cada célula de caractere, na verdade, consiste em uma matriz de pixels de tamanho fixo que pode exibir caracteres ou símbolos predefinidos e alguns definidos pelo usuário.

Pode haver muitas dessas células de caractere por linha. Exibições deste tipo são 16 x 1, 16 X 2, 24 X 1, 24 x 2, 16 X 4 e outras. Estes referem-se ao número de tais células no visor. Por exemplo, uma exibição 16 X 2 tem duas linhas de dezesseis células de caracteres cada.

As exibições mais comuns desses tipos são LCDs refletivos (Liquid Crystal Display). Uma imagem de um display alfanumérico de LCD é mostrada abaixo na figura 2.

Figura 2 – Exibições alfanuméricas típicas

Displays gráficos

As exibições nessa categoria consistem em pixels endereçáveis individualmente. Eles são capazes de exibir qualquer coisa, desde texto simples até estática, desde imagens animadas até vídeo em movimento total.

Não é novidade que custam mais do que as exibições nas categorias anteriores. Mesmo assim, existem algumas variedades com taxas variáveis de custo-benefício. Esta seção irá explorar algumas das variedades mais comumente disponíveis.

Display de matriz de LED

O display de matriz de LED consiste em uma matriz de LEDs discretos que podem ser endereçados individualmente. Esse tipo de exibição existe em variedades monocromáticas, multicoloridas e coloridas.

A densidade de pixels, ou pontos por polegada (DPI), dessa exibição é muito baixa. Esta exibição é melhor visualizada à distância; caso contrário, o pixel individual será claramente visível.

Uma figura de um display de matriz de LED totalmente colorido é mostrada na figura 3.

Figura 3 – Um display de matriz de LED de pequenas cores

E tinta exibe

Os monitores E Ink, ou ePaper, são monitores de baixo consumo de energia, adequados para aplicações específicas, em que a velocidade de atualização rápida não é necessária. Eles estão disponíveis em vários tamanhos. Normalmente eles são monocromáticos, mas alguns podem exibir combinações de cores limitadas.

Como eles usam uma tecnologia reflexiva, esses monitores são melhor visualizados em ambientes com muita luz.

Uma característica única desta exibição é que, uma vez renderizada, a imagem permanece na tela, mesmo que a energia seja desligada. Em certas aplicações, isso pode permitir um consumo de energia extremamente baixo.

A Figura 4 mostra um típico E monocromático de tinta pequena.

Figura 4 – Tela ePaper pequena

Existem dois protocolos de comunicação serial padrão comumente usados para interface com exibições de complexidade moderada.

O I2C é uma interface de velocidade relativamente baixa, mas simples, usada por alguns monitores. Apenas dois fios, além de um fio de retorno, são necessários para essa interface, e os dados são enviados pixel a pixel.

O SPI é uma interface de velocidade média usada por alguns monitores. Normalmente, são necessários três a quatro fios, além de um fio de retorno, para essa interface. Embora os dados também sejam enviados pixel a pixel, geralmente são mais rápidos que o barramento I2C.

Displays OLED

As telas OLED (LED Orgânicas) são um pouco semelhantes às telas de matriz de LED descritas anteriormente, exceto que a densidade de pixels, ou DPI (pontos por polegada), pode ser muito alta.

Isso se deve ao fato de que a tecnologia LED orgânica é bem diferente dos LEDs comuns, e isso permite um processo de fabricação que pode produzir pixels densamente compactados.

Observe que há dois subtipos de monitores OLED : matriz passiva e OLEDS de matriz ativa, respectivamente PMOLED e AMOLED abreviados.

Em PMOLEDs, cada subpixel, ou seja, os sub-pixels R, G e B, está localizado na junção cruzada de uma matriz de linhas de controle que executam horizontalmente (em linhas) e verticalmente (em colunas). Controlar um pixel envolve então energizar as linhas de linha e coluna apropriadas.

A Figura 5 abaixo mostra um pequeno display PMOLED.

Figura 5 – Imagem de um pequeno display PMOLED

Em um esquema de unidade PMOLED, assim que uma determinada linha / coluna não estiver mais energizada, o OLED será desativado em sua junção.

Portanto, cada pixel recebe apenas uma fração do tempo total necessário para atualizar toda a área de exibição. Portanto, esse esquema de unidade OLED é geralmente limitado a telas de resolução razoavelmente baixa.

Em AMOLEDs, cada subpixel de cor é controlado individualmente por um transistor que age como um comutador eletrônico. O processo de fabricação é mais complicado que o PMOLED, mas a exibição é mais rápida e uniforme.

Em geral, os OLEDs de baixa resolução são PMOLED e os OLEDs de resolução mais alta são AMOLED. A maioria dos smartphones high-end modernos oferece displays AMOLED.

As telas mais complexas geralmente são conectadas por meio de uma porta paralela digital (às vezes chamada de Porta de Vídeo Digital ou DVP) ou de uma porta serial especializada chamada MIPI ( Mobile Industry Processor Interface ).

O MIPI é uma interface padrão de alta velocidade que é amplamente usada em produtos eletrônicos de consumo modernos, incluindo smartphones, tablets e laptops. A vantagem do MIPI sobre o DVP é que menos pinos são necessários.

Observe que o MIPI é normalmente suportado apenas por microprocessadores mais avançados e não está disponível na maioria dos microcontroladores. Uma exceção é o microcontrolador STM32F469 da ST Microelectronics que oferece uma interface de exibição MIPI.

Monitores LCD

A última categoria de exibições gráficas é o LCD. Essas exibições podem ter densidades de pixels muito altas e podem exibir uma gama completa de cores com recursos completos de movimento.

Eles também estão disponíveis em uma ampla gama de tamanhos de 2 "até TV de alta definição com um comprimento diagonal de 100".

Esse desempenho torna a condução bastante complicada, e os chips controladores dedicados são necessários apenas para os modelos mais simples. Observe também que muitos monitores LCD de pequeno a médio porte também estão disponíveis com uma sobreposição de tela sensível ao toque.

Tal como acontece com os monitores OLED, os monitores LCD estão disponíveis nas versões de matriz ativa e passiva.

Um LCD de matriz ativa é tipicamente implementado usando uma tecnologia TFT (Thin-Film-Transistor). Para fabricar um display TFT, um filme fino de silício é depositado em um painel de vidro para formar os transistores.

A Figura 6 mostra uma exibição típica para aplicativos incorporados.

Figura 6 – Display LCD colorido

Conclusão

O monitor escolhido para o seu produto é uma das decisões de design mais importantes que você fará.

O monitor não é apenas o componente com o qual seus usuários farão mais interface, mas também costuma ser o componente mais caro e com maior consumo de energia de um produto.

Ao escolher uma exibição, é melhor se você restringir suas opções a um tipo de exibição. Depois de selecionar o tipo de exibição, você poderá ajustar sua seleção com um modelo de exibição específico para atender aos seus requisitos.

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Originalmente publicado em https://predictabledesigns.com em 27 de maio de 2019.