基于PIC 單片機(jī)與VB 的微型OLED 光電檢測(cè)系統(tǒng)

馬若飛，何陽(yáng)陽(yáng)，曹坤宇

（云南北方奧雷德光電科技股份有限公司，云南昆明，650000）

0 引言

OLED 是典型的自發(fā)光顯示技術(shù)的代表，最為常見(jiàn)的則是有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管（AMOLED），這也是其最基本的結(jié)構(gòu)。在過(guò)去10 多年，有機(jī)發(fā)光的顯示技術(shù)取得了飛躍式的發(fā)展，而 OLED 的發(fā)光效率上也遠(yuǎn)高于PDP 以及CRT兩者，迎合市場(chǎng)需求，越來(lái)越多的研究單位與研發(fā)公司都在積極地進(jìn)行研發(fā)與生產(chǎn)，在這過(guò)程中他們不斷地優(yōu)化加強(qiáng)，在整個(gè)OLED 顯示技術(shù)的發(fā)展中有著至關(guān)重要的地位[1]。

AM_OLED 微型顯示器（<1 英寸）因?yàn)榫哂兄鲃?dòng)發(fā)光、寬工作溫度范圍與寬視場(chǎng)角等優(yōu)點(diǎn)[2]，在紅外近眼顯示設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，例如：在手持紅外觀測(cè)設(shè)備，紅外顯示模組等方面。同時(shí)，微型OLED 顯示器配合紅外近眼顯示也被廣泛應(yīng)用在軍事領(lǐng)域中[3]。當(dāng)微型OLED 顯示器完成制造過(guò)程后，如何對(duì)其進(jìn)行有效的檢測(cè)，判斷是否達(dá)到出貨要求，各家公司都有自己的一套檢測(cè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)一般要具備以下要求：光電檢測(cè)系統(tǒng)可加載在整個(gè)OLED生產(chǎn)流水線中，能極大提高OLED 生產(chǎn)的產(chǎn)能，具有高速、智能和高精度等突出特點(diǎn)，而且可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、統(tǒng)計(jì)、上傳和可追跡[4]。因此，這針對(duì)上述特點(diǎn)及需求，本文介紹了一種獨(dú)立開(kāi)發(fā)的光電檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)滿足日常工作中的檢驗(yàn)需求。

由于AM_OLED 微型顯示器的尺寸一般小于1 英寸，而且需要外部供電以及提供時(shí)鐘信號(hào)才能將其點(diǎn)亮并進(jìn)行下一步操作操作，因此需要一塊單片測(cè)試板提供微型OLED顯示器所需的電源與時(shí)鐘信號(hào)。在檢測(cè)時(shí)，OLED 顯示器被固定在單片測(cè)試板上，使用CS-150 色彩亮度計(jì)對(duì)準(zhǔn)微型OLED 顯示器，在檢測(cè)時(shí)由光電檢測(cè)軟件控制色彩亮度計(jì)對(duì)OELD 顯示器進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的數(shù)據(jù)回傳給軟件。光電檢測(cè)軟件需要和服務(wù)器連接，在使用時(shí)只需輸入OLED 顯示器的型號(hào)與批次號(hào)即可自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及合格判斷，檢測(cè)完成后需要將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器。整個(gè)過(guò)程盡量做到自動(dòng)化，以提高檢測(cè)效率。

下面就將詳細(xì)介紹整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成以及各部分之間的功能與流程。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

該檢測(cè)系統(tǒng)由三大部分組成：美能達(dá)CS-150 色彩亮度計(jì)，單片測(cè)試板，光電檢測(cè)軟件。其中CS-150 是一種便攜式色彩亮度計(jì)，手持測(cè)量狀態(tài)下使用電池供電，也可以固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上使用USB 數(shù)據(jù)線連接電腦使用。連接數(shù)據(jù)線時(shí)，使用USB 供電。其測(cè)量范圍為：0.01 cd/m2～999,900 cd/m2。單片測(cè)試板為OLED 顯示器提供電源，時(shí)鐘，對(duì)OLED 顯示器進(jìn)行初始化點(diǎn)亮工作。其中包含串口通訊，I2C 通信和按鍵等功能。光電檢測(cè)軟件需要和單片測(cè)試板，CS-150 進(jìn)行通信，將采集檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與上傳。三個(gè)部分互相鏈接，配合，共同組成微型OLED 顯示器光電檢測(cè)系統(tǒng)。圖1 為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

2.1 單片測(cè)試板

單片測(cè)試板由PIC18F2523 作為主控單片機(jī)。PIC18F2523 是由MicroChip 公司推出的一款8 位單片機(jī)。該單片機(jī)工作頻率為40MHz，包含有256 字節(jié)EEPROM，4 個(gè)定時(shí)器，19 個(gè)中斷源，12-Bit 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，UART 串口模塊等功能。單片測(cè)試板使用的是28-pin 封裝，其管腳分布如圖2 所示。

圖2 PIC18F2523 單片機(jī)28-pin 圖解

在單片測(cè)試板中使用該型號(hào)單片機(jī)的以下功能：

（1）時(shí)鐘模塊：在初始化OLED 顯示器之前，需要為OLED 顯示器提供時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)不同型號(hào)的顯示器，需要配置不同的時(shí)鐘輸出。

（2）EEPROM（256 字節(jié)大?。河脕?lái)存放各個(gè)型號(hào)OLED 顯示器的DA 值與VCOM 值，在初始化配置時(shí)，使用這些默認(rèn)值對(duì)OLED 顯示器進(jìn)行初始化配置，保證顯示器在點(diǎn)亮?xí)r按照默認(rèn)亮度顯示。

（3）UART 串口模塊：用來(lái)與光電測(cè)試軟件進(jìn)行通信，由光電測(cè)試軟件發(fā)送串口指令控制單片板進(jìn)行操作，操作包括讀寫(xiě)OLED 顯示器的寄存器，讀取功耗。具體串口指令格式在光電測(cè)試軟件一節(jié)中詳細(xì)介紹。

（4）I2C 通訊模塊：I2C 模塊用來(lái)與OLED 顯示器進(jìn)行通信，在初始化OLED 顯示器時(shí)，使用I2C 模塊對(duì)顯示器的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。對(duì)I2C 模塊初始化時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)I2C時(shí)序進(jìn)行配置即可。

（5）12-Bit 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊/AD 采樣模塊：將AD 采樣到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊完成數(shù)模轉(zhuǎn)換后由串口輸出出來(lái)，最后講過(guò)計(jì)算得到OLED 顯示器的功耗。

除以上功能外，還增加了按鍵功能方便檢測(cè)時(shí)使用，按鍵分別對(duì)應(yīng)的功能為：內(nèi)部畫(huà)面切換，亮度加減。單片測(cè)試板上的按鍵功能和串口功能均由中斷觸發(fā)，按鍵由定時(shí)器中斷觸發(fā)，串口由硬件中斷觸發(fā)。圖3 為單片測(cè)試板軟件流程圖。

圖3 單片測(cè)試板軟件流程圖

2.2 光電檢測(cè)軟件

光電檢測(cè)軟件基于VB 平臺(tái)開(kāi)發(fā)，其主要功能為與CS-150 色彩亮度計(jì),單片測(cè)試板進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，由光電測(cè)試軟件發(fā)送相應(yīng)的串口指令控制色彩亮度計(jì)與單片測(cè)試板，控制色彩亮度計(jì)的串口指令參照色彩亮度計(jì)的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

2.2.1 串口指令格式定義

每條指令由：起始符、命令字、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)、結(jié)束符五部分組成，除數(shù)據(jù)部分可由多個(gè)字節(jié) 構(gòu)成外，其它部分均為單字節(jié)編碼。驅(qū)動(dòng)板接收緩沖為64 字節(jié)，因此每條指令總長(zhǎng)度不得超過(guò)64 字節(jié)。

寫(xiě)指令格式如圖4 所示。

圖4

Cmd_Write：對(duì)應(yīng)操作的命令字，（這里以寫(xiě)OLED顯示器寄存器為例）Cmd_len：是指令長(zhǎng)度。addr 是從機(jī)（OLED 顯示器）的寄存器地址，data 是要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。

讀指令格式如圖5 所示。

圖5

cmd_Read :對(duì)應(yīng)操作的命令字。（這里以讀OLED 顯示器寄存器為例）addr 是要讀從機(jī)（OLED 顯示器）數(shù)據(jù)的起始地址。len 是要讀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。Cmd_len 是指令長(zhǎng)度。

2.2.2 光電檢測(cè)流程

該軟件應(yīng)包含的功能有：串口通信，服務(wù)器連接，數(shù)據(jù)處理等功能，具體檢測(cè)流程如下：

首先確定要檢測(cè)的OLED 顯示器的批次號(hào)，小片號(hào)以及輸入顯示器的型號(hào)等基本參數(shù)。由于不同型號(hào)的OLED 具有不同的物理特性，因此檢測(cè)指標(biāo)各不相同。主要檢測(cè)項(xiàng)目有：固定亮度下的VCOM 值，色坐標(biāo)以及功耗，不同VCOM 下的亮度與色坐標(biāo)，紅/綠/藍(lán)畫(huà)面下的色坐標(biāo)。對(duì)于高亮度OLED 顯示器在固定亮度下調(diào)節(jié)VCOM 時(shí)，需要更改顯示器DA 值保證能夠調(diào)到對(duì)應(yīng)的亮度值。這些指標(biāo)能夠準(zhǔn)確反映出OLED 顯示器的顯示特性，以及是否到達(dá)合格標(biāo)準(zhǔn)。確定型號(hào)后進(jìn)行設(shè)備檢查和初始化，通過(guò)發(fā)送串口指令判斷軟件是否與單片測(cè)試板和CS-150 連接。接下來(lái)進(jìn)入檢測(cè)，依次檢測(cè)玩所有的項(xiàng)目后，將檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示在軟件中間的表格內(nèi)。對(duì)檢測(cè)完的顯示器的數(shù)據(jù)進(jìn)行色彩分類(lèi)以及結(jié)果判斷。根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，把所有OLED 顯示器分為三個(gè)色彩類(lèi)別，再?gòu)纳鴺?biāo)，功耗兩個(gè)反面判斷OLED 顯示器是否符合合格標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)結(jié)果顯示在表格中的最后一欄中。將判斷不合格的顯示器標(biāo)紅，以便檢測(cè)人員將不合格片剔除。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將同一批次的數(shù)據(jù)匯總后求得平均值，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并導(dǎo)出相應(yīng)的Excel 文件。圖6 為光電檢測(cè)軟件的總體流程圖，圖7為光電檢測(cè)軟件的檢測(cè)畫(huà)面（未確定顯示器）。

圖6 光電檢測(cè)軟件總體流程圖

圖7 光電檢測(cè)軟件的檢測(cè)畫(huà)面

3 檢測(cè)結(jié)果與分析

單片測(cè)試板、光電檢測(cè)軟件和CS-150 色彩亮度計(jì)共同組成了OLED 顯示器的光電檢測(cè)系統(tǒng)，圖8 為檢測(cè)普通亮度下OLED 顯示器的畫(huà)面，在圖中可以看出檢測(cè)一片普通亮度下的OLED 顯示器需要20 秒左右，圖9 為檢測(cè)高亮度下OLED 顯示器的畫(huà)面，在圖中可以看出檢測(cè)一片高亮度下的OLED 顯示器需要30 秒左右。普通亮度下的OELD 顯示器的最高固定亮度不會(huì)超過(guò)500 cd/m2，因此在調(diào)節(jié)VCOM以達(dá)到固定亮度所需的時(shí)間較短；而對(duì)于高亮度的OLED 顯示器，最高固定亮度需要達(dá)到10000 cd/m2，在調(diào)節(jié)VCOM需要多次調(diào)節(jié)才能達(dá)到固定亮度。因此，不同亮度等級(jí)下的OLED 顯示器所需要的檢測(cè)時(shí)間會(huì)有不同。

圖8 檢測(cè)普通亮度下OLED 顯示器畫(huà)面

圖9 檢測(cè)高亮度下OLED 顯示器畫(huà)面

由上述結(jié)論可以得知，該系統(tǒng)具有良好的快速性，有效提高的檢測(cè)效率。同時(shí)該系統(tǒng)兼容公司目前所有的OELD顯示器型號(hào)，這說(shuō)明了該系統(tǒng)具有很好的通用性。不僅如此，在后續(xù)使用過(guò)程中可以增加新型號(hào)的適配，使該系統(tǒng)具有良好的兼容性。

4 結(jié)論

本文針對(duì)公司目前所有的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了一個(gè)具有快速性，通用性和兼容性的光電檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由單片測(cè)試板、光電檢測(cè)軟件以及CS-150 色彩亮度計(jì)組成。該系統(tǒng)能夠有效提升檢測(cè)效率，滿足了檢測(cè)時(shí)快速性的需求；同時(shí)能夠滿足日常檢測(cè)需求，具備各項(xiàng)檢測(cè)功能；能夠兼容公司目前所有產(chǎn)品，而且在后續(xù)更新中可以繼續(xù)添加支持的型號(hào)，具有良好的通用性及可擴(kuò)展性。并在運(yùn)行過(guò)程中具有良好的穩(wěn)定性。目前該系統(tǒng)已成熟應(yīng)用在日常工作中。