探索Matrix Orbital VFD2041：一款功能強(qiáng)大的智能VFD顯示屏

作為一名電子工程師，在日常的硬件設(shè)計(jì)開發(fā)中，我們常常需要尋找一款既性能出色又易于使用的顯示屏，而Matrix Orbital的VFD2041智能VFD顯示屏無(wú)疑是一個(gè)值得深入探究的選擇。今天，就讓我們一起來(lái)揭開它的神秘面紗，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

文件下載：VFD2041.pdf

1. 產(chǎn)品概述

VFD2041是一款智能VFD顯示屏，其設(shè)計(jì)初衷就是為了減少開發(fā)時(shí)間，為各類項(xiàng)目提供即時(shí)解決方案。它支持通過(guò)串行RS - 232/TTL和I2C協(xié)議進(jìn)行通信，這使得它幾乎可以與任何控制器兼容，大大提高了其通用性。同時(shí)，它還擁有直觀的命令結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)軟件控制顯示設(shè)置，如亮度、波特率等，操作起來(lái)非常方便。另外，它的非易失性存儲(chǔ)器最多可存儲(chǔ)32個(gè)自定義字符，像條形圖、中號(hào)和大號(hào)數(shù)字等字符集都能輕松存儲(chǔ)，隨時(shí)調(diào)用顯示。

2. 顯示選項(xiàng)與配件

2.1 顯示選項(xiàng)

VFD2041提供了多種濾鏡選擇，包括藍(lán)色、綠色、灰色和紅色。如果你要將顯示屏置于直射陽(yáng)光下，灰色濾鏡就能有效防止顯示文本“泛白”，保證顯示效果。此外，它還提供了擴(kuò)展電壓和溫度選項(xiàng)，你可以根據(jù)項(xiàng)目的具體需求進(jìn)行選擇。

2.2 配件

Matrix Orbital為VFD2041提供了所有必要的接口配件，這些配件都可以在其電子商務(wù)網(wǎng)站（http://www.matrixorbital.com）上找到。常見的配件有5V和12V電源電纜適配器、面包板電纜、串口電纜、通信和5V電源電纜，以及多種銀色和黑色鋁制安裝件和覆蓋層等。

3. 產(chǎn)品特性

3.1 顯示規(guī)格

它采用了20列4行的文本真空熒光顯示屏，能夠清晰地顯示文本信息。

3.2 通信協(xié)議

支持RS - 232或I2C通信協(xié)議，還具備單線接口，通信速度快。RS - 232最高可達(dá)57.6 kbps，I2C最高可達(dá)400 kbps，默認(rèn)串行通信速度為19.2 kbps。

3.3 通用輸出

擁有三個(gè)5V - 20mA的通用輸出，可用于連接各種外部設(shè)備，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

3.4 環(huán)境適應(yīng)性

具備擴(kuò)展溫度選項(xiàng)，能在 - 40°C至85°C的極端環(huán)境下正常工作，同時(shí)還提供擴(kuò)展電壓和高效電源。

3.5 字體與自定義

內(nèi)置字體支持最多8個(gè)用戶自定義字符，并且在同一I2C總線上最多可尋址127個(gè)模塊。

3.6 其他特性

它采用全緩沖設(shè)計(jì)，確保傳輸無(wú)延遲；支持添加自定義啟動(dòng)屏幕；可通過(guò)軟件控制亮度，還能設(shè)置長(zhǎng)達(dá)90分鐘的超時(shí)時(shí)間和軟件控制速度；支持水平或垂直條形圖顯示，并且能適配Matrix Orbital的安裝件，無(wú)需額外修改。

4. 硬件連接與軟件安裝

4.1 連接到PC

要將VFD2041連接到PC進(jìn)行功能測(cè)試，你需要一根標(biāo)準(zhǔn)的RS - 232 9針串口電纜和一個(gè)改裝后的5V電源適配器。具體連接步驟如下：

1. 將串口電纜插入你要使用的COM端口。
2. 打開電腦機(jī)箱，將改裝后的5V電源適配器連接到PC電源的電源線。
3. 將串口電纜連接到顯示屏背面的DB - 9連接器。
4. 將5V電源適配器連接到顯示屏背面的4針連接器。

需要注意的是，千萬(wàn)不要使用標(biāo)準(zhǔn)的軟盤驅(qū)動(dòng)器電源連接器，否則會(huì)因電壓不正確而損壞顯示模塊。

4.2 安裝軟件

這里以u(píng)Project軟件為例，它是Matrix Orbital為測(cè)試其字母數(shù)字顯示屏功能而設(shè)計(jì)的。安裝步驟如下：

1. 將Matrix Orbital CD - ROM插入CD驅(qū)動(dòng)器。
2. 在“CD - drive:Download”目錄中找到uProject.exe文件。
3. 將uProject.exe復(fù)制到你要運(yùn)行的目錄。
4. 雙擊“uProject.exe”。

首次運(yùn)行uProject時(shí)，一定要檢查COM設(shè)置中的信息。輸入正確信息后，就可以使用該程序控制圖形顯示屏的所有功能。

5. 硬件信息

5.1 DB - 9連接器

VFD2041的DB - 9連接器可方便地與使用EIA232標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電平（±12V）的串行設(shè)備接口。通過(guò)設(shè)置協(xié)議選擇跳線，也能以TTL電平（0至 + 5V）進(jìn)行通信。此外，還可以通過(guò)DB - 9連接器的引腳9供電，但需要設(shè)置Power Through DB - 9跳線。不過(guò)要注意，不要同時(shí)通過(guò)DB - 9連接器的引腳9和電源/數(shù)據(jù)連接器供電。

5.2 電源/數(shù)據(jù)連接器

該連接器為顯示模塊提供標(biāo)準(zhǔn)電源。標(biāo)準(zhǔn)顯示模塊需要5V電壓，寬電壓（V）型號(hào)需要9至15V，寬電壓且?guī)Ц咝?a target="_blank">電源模塊（VPT）的型號(hào)則需要9至35V。電壓通過(guò)4針電源/數(shù)據(jù)連接器的引腳1和4施加，引腳2和3用于串行傳輸，根據(jù)協(xié)議選擇跳線可使用RS - 232/TTL或I2C協(xié)議。通過(guò)更改舊數(shù)據(jù)連接器跳線，還可以反轉(zhuǎn)引腳2和3，以兼容以前的PCB版本。

5.3 協(xié)議選擇跳線

協(xié)議選擇跳線可用于切換顯示模塊的通信協(xié)議，默認(rèn)設(shè)置為RS - 232模式。要切換到I2C模式，需要先移除232跳線上的零歐姆電阻，然后將其焊接到I2C跳線上；要切換到TTL模式，則將電阻焊接到TTL跳線上。

5.4 通用輸出

VFD2041的通用輸出是一個(gè)獨(dú)特的功能，它可以控制繼電器和其他外部設(shè)備，能提供高達(dá)20mA的電流和 + 5Vdc的電壓。如果驅(qū)動(dòng)的設(shè)備需要較高電流且內(nèi)阻大于250歐姆，可以移除與通用輸出相關(guān)的240歐姆電阻，并用跳線代替。連接繼電器時(shí)，一定要使用二極管和電容器進(jìn)行完全鉗位，以吸收產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。

5.5 手動(dòng)覆蓋

手動(dòng)覆蓋功能可將VFD2041恢復(fù)到出廠默認(rèn)設(shè)置。當(dāng)顯示模塊設(shè)置了未知的波特率或I2C從地址，無(wú)法正常通信時(shí)，這個(gè)功能就非常有用。操作步驟是：先關(guān)閉顯示模塊電源，然后在手動(dòng)覆蓋引腳上放置跳線，再開啟電源，此時(shí)顯示模塊將設(shè)置為默認(rèn)值。需要注意的是，設(shè)置后若不保存，關(guān)閉電源后會(huì)恢復(fù)到舊設(shè)置。

6. 故障排除

6.1 顯示屏無(wú)法開啟

首先要確保使用了正確的電源連接器，Matrix Orbital提供了用于連接PC的電源電纜適配器。接下來(lái)檢查電源電纜的連續(xù)性，如果沒有歐姆表，可以嘗試更換電源電纜或電源。最后檢查VFD2041的電源/數(shù)據(jù)連接器，如果連接器松動(dòng)或無(wú)法解決問(wèn)題，可聯(lián)系Matrix Orbital獲取幫助。

6.2 顯示模塊無(wú)法通信

先檢查通信電纜的連續(xù)性，也可以嘗試更換通信電纜或PC的COM端口。然后確保顯示模塊設(shè)置的通信協(xié)議與你使用的協(xié)議一致，可通過(guò)檢查協(xié)議選擇跳線來(lái)確認(rèn)，若需要更改協(xié)議，可參考相關(guān)章節(jié)。還要確保主機(jī)系統(tǒng)和顯示模塊的波特率相同，顯示模塊的默認(rèn)波特率為19200 bps。如果通過(guò)I2C通信，要確保數(shù)據(jù)發(fā)送到了正確的地址，顯示模塊的默認(rèn)從地址為0x50。另外，I2C通信始終需要上拉電阻。如果還是無(wú)法解決問(wèn)題，可以使用手動(dòng)覆蓋跳線將顯示模塊重置為默認(rèn)設(shè)置。

6.3 顯示模塊能通信但無(wú)法顯示文本

這可能是因?yàn)閷?duì)比度設(shè)置過(guò)低，你可以調(diào)整對(duì)比度設(shè)置，大多數(shù)環(huán)境下的默認(rèn)設(shè)置為128。不過(guò)要注意，最佳對(duì)比度設(shè)置可能會(huì)因溫度、視角和照明條件等因素而有所不同。如果仍然無(wú)法解決問(wèn)題，可聯(lián)系Matrix Orbital。

7. 通信功能

7.1 I2C通信

VFD2041在I2C模式下能以100 KHz的速度進(jìn)行通信，單條I2C通信線上可尋址127個(gè)單元。但要進(jìn)行I2C通信，需要在SCL和SDA通信線上分別放置標(biāo)稱值為1K至10K的上拉電阻。模塊的數(shù)據(jù)響應(yīng)會(huì)自動(dòng)通過(guò)RS232輸出，如果主機(jī)要通過(guò)I2C查詢模塊，需要發(fā)送命令254 / 160 / 0來(lái)關(guān)閉RS232的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸，使數(shù)據(jù)保留在緩沖區(qū)，直到主設(shè)備讀取從設(shè)備的數(shù)據(jù)。I2C數(shù)據(jù)線通常工作在5V或 - 1U風(fēng)格單元的3.3V。VFD2041使用8位尋址，第8位（最低有效位，LSB）為讀寫位，0表示寫地址，1表示讀地址。顯示模塊的默認(rèn)讀地址為0x51，寫地址為0x50，可通過(guò)cmd 254 / 51 /