Ярче, лучше, меньше

Введение

Пиктограммы и графические меню стали широко распространенными средствами реализации пользовательского интерфейса, будь то изображения на поверхности механических переключателей или виртуальные кнопки на сенсорном графическом дисплее. По сути, графический интерфейс пользователя (ГИП) упрощает управление устройством и делает его более привлекательным, а также создает добавочную стоимость и позволяет выделить товар среди продукции других OEM-производителей.

Использование изображений вместо текста или в дополнение к нему целесообразно по многим причинам, не в последнюю очередь потому, что такой способ взаимодействия с устройством позволяет преодолеть языковые барьеры или избавиться от необходимости располагать определенными знаниями. Со своей стороны, потребители привыкли к графическим интерфейсам, которые улучшают вид изделия и вызывают положительные эмоции при их использовании. Такое отношение играет на руку ОЕМ-производителям, способствуя созданию простых, но функциональных графических решений, которые не только технически совершенны, но и имеют коммерческий спрос.

Благодаря тому, что компания Microchip прислушивается к мнению экспертов, она продолжает создавать продукцию с той степенью интеграции и функциональности, которая отвечает потребностям рынка. В качестве примера устройств, соответствующих растущему спросу на интуитивно-понятные и привлекательные пользовательские дисплейные интерфейсы, можно привести семейство МК PIC (см. рис. 1). Эти микроконтроллеры обеспечивают полностью интегрированное решение для реализации ГИП.

Рис. 1. Семейство микроконтроллеров PIC24FJ256DAXXX

Рост спроса на дисплеи

На рынках потребительской, промышленной и автомобильной электроники наблюдается рост спроса на дисплеи, который неизбежно приводит к заметному снижению цен. В результате продукция совершенствуется, что прежде было невозможно из-за относительно высокой стоимости технологий. Несмотря на большой потенциал существующих дисплейных технологий на новых рынках, он будет реализован только в том случае, если система в целом будет удовлетворять определенным коммерческим требованиям.

Например, при создании ЖК-дисплея учитывается не только эффективность применения технологии, но и необходимость использования более мощного процессора, дополнительных компонентов, например, контроллера графического дисплея или памяти.

Помимо того, что к оборудованию выдвигаются дополнительные требования, значительно усложняется программное обеспечение, что связано с усовершенствованием дисплеев и графических элементов. Эта проблема может стать основным препятствием на этапе разработки, поскольку для ее решения часто требуется приложить немало дополнительных усилий. Дополнительные требования могут привести к удорожанию системы и усложнению проекта, что, в свою очередь, увеличит время выхода новой продукции на рынок.

Очевидно, возникает необходимость в эффективных решениях по реализации графических интерфейсов пользователя. Однако интегрированные системы, предназначенные для реализации дисплейных технологий, в основном разрабатываются для серийной продукции или высокорентабельных рынков, например, для систем управления промышленным оборудованием или автомобильной электроники. Это обстоятельство создает технологический вакуум для OEM-производителей, которым необходимо произвести сложные ГИП, не увеличивая стоимости системы и ее сложности.

До сих пор решение этой задачи состояло либо в производстве дорогостоящего устройства для конкретного приложения либо в использовании дополнительных микросхем для построения подсистемы графического дисплея. Оба этих решения сопряжены с большими коммерческими и технологическими трудностями. С появлением семейства микроконтроллеров PIC24FJ256DAXXX компании Microchip — первого в отрасли полностью интегрированного графического решения с усовершенствованными функциями — и соответствующих средств проектирования эти трудности удалось преодолеть.

Преодоление трудностей

Проблемы, связанные с интеграцией дисплея в систему, отчасти носят технический характер. Обеспечение взаимодействия системы с дисплеем, его управление и соответствующая корреляция системных функций контроля являются дополнительными элементами разработки приложений, в которых не было предусмотрено использование ГИП. Однако существуют трудности и коммерческого порядка, связанные с экономической эффективностью новой системы. Семейство PIC24FJ256DAXXX предназначено для решения всех этих задач путем интеграции таких функций, которые прежде микроконтроллеры PIC не обеспечивали. Разработчики также получили возможность воспользоваться признанными инструментами проектирования ГИП, в реализации которых воплотился большой опыт инженеров Microchip.

Микроконтроллеры PIC24FJ256DAXXX используют ту же усовершенствованную гарвардскую архитектуру ЦП, что и другие члены семейства PIC24F. Отличительной особенностью нового семейства является встроенный графический контроллер с тремя аппаратными графическими ускорителями и контроллером дисплея. Эти ускорители поддерживают DMA-интерфейс памяти буфера изображения, эффективно управляют производительностью графической подсистемы при обработке и воспроизведении графических объектов, легко обеспечивают переключение между шрифтами и языками, а также быстрое восстановление данных или изображений. Встроенный контроллер дисплея управляет почти всеми ЖК- или светодиодными дисплеями с интерфейсами RGB или STN/CSTN, включая широкий диапазон TFT-ЖКД и некоторые OLED-дисплеи. Перечисленные средства составляют полнофункциональную графическую подсистему, полностью установленную на тот же кристалл, что и МК. Она управляет дисплеем с разрешением 640×480 (VGA) (30 Гц, 16 бит/пикс. или 60 Гц, 8 бит/пикс.) или 480×272 (WQVGA) (60 Гц, 16 бит/пикс.).

Кроме того, микроконтроллеры PIC24FJ256DAXXX поставляются в двух конфигурациях памяти для буферизации кадров: 24 и 96 Кбайт или RAM. В зависимости от размеров дисплея, его разрешения или цветовой настройки, эта встроенная память позволяет снизить стоимость решения при поддержке монохромных или цветных дисплеев с разрешением до 320×240 и количеством цветов 256 (8 бит/пикс.), а также дисплеев с градацией серого без внешней памяти RAM, что позволяет увеличить разрешение экрана и глубину цвета. В таблице 1 показаны возможные конфигурации для определенных значений разрешения экрана, с внешним буфером кадров или без него.

Буфер кадров используется вместе с кодовой таблицей цветов, что позволяет выбрать палитру 256-ти дискретных оттенков из 64 тыс. возможных цветовых оттенков RGB-диапазона (16-бит/пикс.), не задействуя дополнительных ресурсов системы. Каждый кадр может использовать разную палитру из 256-ти оттенков, что обеспечивает большое разнообразие графических возможностей при выборе дизайна меню или рабочих режимов. На рисунке 2 показаны примеры применения разных цветовых палитр.

Рис. 2. Примеры использования разных цветовых палитр

Все перечисленные внутренние функции микроконтроллера позволяют свести к минимуму стоимость и количество компонентов. Интегрируя все дополнительные аппаратные средства управления ЖК- или светодиодными дисплеями, семейство микроконтроллеров PIC24FJ256DAXXX позволяет значительно снизить стоимость списка комплектующих (BOM) и системы по сравнению со стоимостью графической подсистемы с дискретным контроллером дисплея и RAM или более дорогими дисплеями с внутренним контроллером или буфером кадров.

Новое семейство PIC поддерживается комплектами программного обеспечения Graphics Display Designer и Graphics Library компании Microchip, которые бесплатно предоставляются клиентам Microchip, упрощая ввод системы в действие и снижает ее общую стоимость. Эти инструменты помогают существенно уменьшить стоимость и сложность проектируемого ГИП. Graphics Display Designer — средство визуального проектирования экрана и графических элементов. Этот инструмент работает совместно с графической библиотекой Microchip. В хранилище предварительно сконфигурированных графических элементов находятся шрифты, объекты и графические примитивы.

Graphics Display Designer позволяет сконфигурировать пользовательский интерфейс, не создавая кода, — всю необходимую работу проделает этот инструмент, позволив значительно снизить сложность проектирования приложения с ГИП. Для установления большего контроля над проектом можно воспользоваться элементами графической библиотеки с помощью API. Однако метод, предлагаемый Graphics Display Designer, ускоряет ранние этапы разработки и во многих случаях уменьшает или полностью избавляет от необходимости вручную писать код для управления экраном или создания интерфейса.

Полнофункциональное решение для контроля

В настоящее время многие недорогие микроконтроллеры позволяют реализовать простой ГИП, однако семейство МК PIC24FJ256DAXXX обеспечивает те же приложения намного большей функциональностью. При этом стоимость всей системы не увеличивается. Инженеры получают возможность разработать решение по управлению дисплеем с разными разрешениями и 256-ю оттенками цвета, выбранными из 64 тыс. RGB-цветов при частоте обновления 60 Гц.

Более того, микроконтроллер PIC24FJ256DA210 обеспечивает широкую поддержку сенсорных экранов емкостного и резистивного типа с помощью интерфейса mTouch и АЦП, соответственно. Технология mTouch компании Microchip позволяет реализовать намного большее количество емкостных элементов управления сенсорным экраном на передней панели экрана. При этом легко создается интерфейс между ЖК- и светодиодными дисплеями со встроенной сенсорной технологией резистивного типа и PIC24FJ256DA210.

Как и другие семейства PIC24F, PIC24FJ256DAXXX также имеет полный набор проводных интерфейсов для периферийных устройств, в т.ч. USB OTG host/slave и mini-host, четыре модуля UART, три модуля I2C и три SPI-интерфейса.

Четыре режима пониженного энергопотребления семейства PIC24FJ256DAXXX поддерживают наименьшее стандартное значение тока источника питания 20 мкА, которое используется для пробуждения системы и включения дисплея при срабатывании сенсорной кнопки.

Инженеры могут познакомиться с расширенными функциями PIC24FJ256DA210 с помощью специализированной платформы разработки, поставляемой с 3,2- или 4,3-дюймовым TFT-дисплеем. Информацию о новых устройствах PIC24F, поддерживаемых бесплатным пакетом программного обеспечения, также можно получить на вебинарах и в соответствующих инструкциях. Спрос на цветные ЖК- и светодиодные дисплеи увеличивается на рынках потребительской, промышленной и автомобильной электроники. Продукция компании Microchip за счет более высокого уровня интеграции и непрерывной поддержки проектов с использованием графических дисплеев продолжает отвечать потребностям тех ОЕМ-производителей, которые работают с передовыми технологиями и стремятся извлечь максимальные преимущества от разработки самых современных приложений. Появление семейства микроконтроллеров PIC24FJ256DAXXX свидетельствует о намерении компании Microchip и в дальнейшем работать на этих рынках, а также о ее стремлении создавать качественную продукцию, сочетающую требуемые функции и полезность.