Tipps & Tricks für Embedded-Entwickler
Die Auswahl des richtigen Displays
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Beliebte Displaytechniken
Viele beliebte Displays sind als Modul mit Display, Steuerung, Bildschirmspeicher und Touch-Steuerung verfügbar, was die Entwicklung und Integration erleichtert. Bei akkubetriebenen und unregelmäßig genutzten Systemen sollten das Embedded-System und das Display idealerweise in einen energiesparenden Schlafmodus versetzt werden können. Die Anwendung und das Display sollten dann jedoch schnell mit einer Berührung des Displays wieder aktiviert werden können. Das UI-Prototyping wird durch die Verfügbarkeit von Softwareressourcen und eine Entwicklungsumgebung für grafische MMS deutlich erleichtert.
Beliebte Displaytechniken
Die folgenden Embedded-System-Display-Methoden sind besonders beliebt:
- LED (Light-Emitting Diode, Leuchtdiode) – LED-Displays werden in Form einer Punktmatrix und als Segmentanzeigen mit 7 oder 14 Segmenten angeboten, die anhand von Leuchtdioden die Gestaltung von einfachen alphanumerischen Benutzerschnittstellen ermöglichen. Der Begriff LED wird auch verwirrenderweise für LC-basierte Displays verwendet, die LEDs für die Hinterleuchtung einsetzen.
- LCD (Liquid-Crystal-Display, Flüssigkristallanzeige) – Dies ist der bekannteste Displaytyp. Flüssigkristalle erzeugen anhand ihrer lichtmodulierenden Fähigkeiten und Polarisationsfilter in Kombination mit einer Hinterleuchtung oder einem Reflektor farbige Bilder. Da die Flüssigkristallstrukturen selbst kein Licht erzeugen, sondern auf die Hinterleuchtung angewiesen sind, können sie in direktem Sonnenlicht schwer zu sehen sein.
- OLED (Organic LED, organische LED) – Diese vielseitigen und immer beliebteren Displays sind für Text- und Grafikanwendungen geeignet und projizieren anhand von OLEDs Licht. Da die OLEDs das Bild direkt, ohne die Notwendigkeit einer Hinterleuchtung, erzeugen, bieten sie hohe Kontraste und sind damit für die Nutzung in direktem Sonnenlicht geeignet.
- E-Ink (auch bekannt als E-Paper oder elektronisches Papier) – E-Ink-Displays werden üblicherweise für Tablet-E-Book-Reader verwendet, gewinnen aber auch für Supermarkt-Regalschilder und digitale Beschilderungsanwendungen an Beliebtheit. Diese Displaytechnik erzeugt kein Licht und erfordert keine Hinterleuchtung, sondern reflektiert das Umgebungslicht. Sie bietet ein hohes Kontrastverhältnis und ist damit für die Nutzung in direktem Sonnenlicht geeignet. Außerdem haben E-Ink-Displays den größten Sichtwinkel aller genannten Displaytypen. Ein großer Vorteil von E-Ink-Displays ist ihr geringes Energieaufnahmeprofil, da sie nur Strom brauchen, wenn die Anzeige aktualisiert wird.
Beispiele für LC-Displaymodule sind die EVE-Serie von Riverdi, die NHD-Familie von Newhaven Display und das LCD-43480272-Sortiment von 4D Systems.
Die TFT-LCD-Module EVE4 von Riverdi sind in 3,5 Zoll (320 × 240 Pixel), 4,3 Zoll (480 × 272 Pixel), 5 Zoll (800 × 480 Pixel) und 7 Zoll (1024 × 600 Pixel) verfügbar (Bild 1) – zusätzlich auch mit resistiver oder kapazitiver Touch-Steuerung. Für die Displaymodule nutzt Riverdi die Embedded-Video-Engine BT817 von Bridgetek (Bild 2). Für die Verbindung zum Host kann entweder eine QSPI- oder eine SPI-Schnittstelle eingesetzt werden. Das 5-Zoll-Display benötigt eine 3,3-V-DC-Versorgung und eine 5-V-Versorgung für die Hinterleuchtung. Die Stromaufnahme des Displays beträgt typischerweise 203 mA und 365 mA für die Hinterleuchtung.
Bild 3 zeigt das kapazitive 5-Zoll-Touch-Display von Newhaven Display in einer Anwendung der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung. Das Display und die Touchscreen-Steuerung erfordern 3,3 V DC bei bis zu 72 mA und die Hinterleuchtung 21 V DC bei 60 mA. Der Sichtwinkel beträgt typischerweise 80°, und das Display bietet ein durchschnittliches Kontrastverhältnis von 1000.
4D Systems ist ein weiterer Lieferant von Dünnschichttransistor-LCD-Modulen, der Produkte wie das 43480272-Modul mit 4,3 Zoll (480 × 272 Pixel) anbietet. Das Displaymodul mit kapazitivem Touch-Sensor benötigt eine einzige 3,3-V-DC-Versorgung, bietet einen typischen Sichtwinkel von 70° und hat ein Kontrastverhältnis von 500. Die Hinterleuchtung funktioniert ebenfalls mit 3,3 V DC und braucht bis zu 60 mA.
Um Entwicklern von Embedded-Systemen die Entwicklung professioneller Displays zu erleichtern, bietet 4D Systems die visuelle integrierte Entwicklungsumgebung (Integrated Development-Environment, IDE) Workshop 4 an (Bild 4). Die IDE Workshop 4 bietet Tools und gebrauchsfertige Widgets wie Messanzeigen, Schieberegler, Räder und Schriftarten, damit sich Entwickler auf die Anwendungssoftware konzentrieren können, ohne sich um die visuellen Aspekte der MMS Gedanken machen zu müssen.
Ein Beispiel für OLED-Displays ist die EL-Serie von Futaba. Diese dünnen, leichten Displays mit geringer Stromaufnahme sind in diversen Größen von 0,5 bis 3,6 Zoll verfügbar. Sie bieten außerdem hohe Kontraste und sind für eine Vielzahl von Verbraucher- und Industrieanwendungen geeignet. Bild 5 zeigt das ELW2106AA, ein weißes Grafikdisplay mit 2,1 Zoll (256 × 64 Pixel). Es benötigt eine Gleichspannungsversorgung mit 16,5 V (Display) bzw. 3,0 V (Logik). Die Stromaufnahme des Displays liegt bei maximal 52 mA, wenn alle Pixel eingeschaltet sind; die Logikschaltung braucht lediglich 475 µA. Das angegebene Kontrastverhältnis beträgt 10.000.
Das letzte Produktbeispiel ist das 3,7-Zoll-E-Ink-EPD-Modul (elektronisches Papierdisplay) von Pervasive Displays (Bild 6). Das Modul hat SPI- und I2C-Schnittstellen, bietet einen 180°-Sichtwinkel und braucht maximal 2,49 mA während der Aktualisierung des Displayinhalts aus einer typischen 5-V-DC-Versorgung. Das Schwarz-Weiß-Display braucht keinen Strom, wenn es ein statisches Bild anzeigt. Der Touch-Sensor benötigt 3,3 V DC und braucht bei Aktivität maximal 10 mA und nur 2,5 mA im Standby.
Das korrekte Display für ein Embedded-System auszuwählen erfordert sorgfältige Überlegungen. Zu den Faktoren, die Entwicklungsingenieure prüfen sollten, zählen neben technischen Merkmalen und dem verfügbaren Platz auch die Ästhetik und die UI-Komplexität. Erst wenn das optimale Display mit einer intuitiven Benutzeroberfläche kombiniert wird, kann ein wegweisendes Produktdesign entstehen.
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