基于PIC 單片機與VB 的微型OLED 光電檢測系統

馬若飛，何陽陽，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 是典型的自發光顯示技術的代表，最為常見的則是有源矩陣有機發光二極管（AMOLED），這也是其最基本的結構。在過去10 多年，有機發光的顯示技術取得了飛躍式的發展，而 OLED 的發光效率上也遠高于PDP 以及CRT兩者，迎合市場需求，越來越多的研究單位與研發公司都在積極地進行研發與生產，在這過程中他們不斷地優化加強，在整個OLED 顯示技術的發展中有著至關重要的地位[1]。

AM_OLED 微型顯示器（<1 英寸）因為具有主動發光、寬工作溫度范圍與寬視場角等優點[2]，在紅外近眼顯示設備中有著廣泛的應用，例如：在手持紅外觀測設備，紅外顯示模組等方面。同時，微型OLED 顯示器配合紅外近眼顯示也被廣泛應用在軍事領域中[3]。當微型OLED 顯示器完成制造過程后，如何對其進行有效的檢測，判斷是否達到出貨要求，各家公司都有自己的一套檢測系統，這些系統的開發一般要具備以下要求：光電檢測系統可加載在整個OLED生產流水線中，能極大提高OLED 生產的產能，具有高速、智能和高精度等突出特點，而且可實現檢測數據的實時采集、統計、上傳和可追跡[4]。因此，這針對上述特點及需求，本文介紹了一種獨立開發的光電檢測系統來滿足日常工作中的檢驗需求。

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鐘信號才能將其點亮并進行下一步操作操作，因此需要一塊單片測試板提供微型OLED顯示器所需的電源與時鐘信號。在檢測時，OLED 顯示器被固定在單片測試板上，使用CS-150 色彩亮度計對準微型OLED 顯示器，在檢測時由光電檢測軟件控制色彩亮度計對OELD 顯示器進行檢測，檢測的數據回傳給軟件。光電檢測軟件需要和服務器連接，在使用時只需輸入OLED 顯示器的型號與批次號即可自動檢測，對檢測結果進行數據處理以及合格判斷，檢測完成后需要將數據上傳服務器。整個過程盡量做到自動化，以提高檢測效率。

下面就將詳細介紹整個系統的構成以及各部分之間的功能與流程。

1 系統構成

該檢測系統由三大部分組成：美能達CS-150 色彩亮度計，單片測試板，光電檢測軟件。其中CS-150 是一種便攜式色彩亮度計，手持測量狀態下使用電池供電，也可以固定在實驗臺上使用USB 數據線連接電腦使用。連接數據線時，使用USB 供電。其測量范圍為：0.01 cd/m2～999,900 cd/m2。單片測試板為OLED 顯示器提供電源，時鐘，對OLED 顯示器進行初始化點亮工作。其中包含串口通訊，I2C 通信和按鍵等功能。光電檢測軟件需要和單片測試板，CS-150 進行通信，將采集檢測到的數據進行處理與上傳。三個部分互相鏈接，配合，共同組成微型OLED 顯示器光電檢測系統。圖1 為該系統的結構框圖。

圖1 系統組成結構框圖

2 系統設計架構

2.1 單片測試板

單片測試板由PIC18F2523 作為主控單片機。PIC18F2523 是由MicroChip 公司推出的一款8 位單片機。該單片機工作頻率為40MHz，包含有256 字節EEPROM，4 個定時器，19 個中斷源，12-Bit 數模轉換模塊，UART 串口模塊等功能。單片測試板使用的是28-pin 封裝，其管腳分布如圖2 所示。

圖2 PIC18F2523 單片機28-pin 圖解

在單片測試板中使用該型號單片機的以下功能：

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

（2）EEPROM（256 字節大小）：用來存放各個型號OLED 顯示器的DA 值與VCOM 值，在初始化配置時，使用這些默認值對OLED 顯示器進行初始化配置，保證顯示器在點亮時按照默認亮度顯示。

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

（4）I2C 通訊模塊：I2C 模塊用來與OLED 顯示器進行通信，在初始化OLED 顯示器時，使用I2C 模塊對顯示器的寄存器進行讀寫操作。對I2C 模塊初始化時，按照標準I2C時序進行配置即可。

（5）12-Bit 數模轉換模塊/AD 采樣模塊：將AD 采樣到的數據通過數模轉換模塊完成數模轉換后由串口輸出出來，最后講過計算得到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時使用，按鍵分別對應的功能為：內部畫面切換，亮度加減。單片測試板上的按鍵功能和串口功能均由中斷觸發，按鍵由定時器中斷觸發，串口由硬件中斷觸發。圖3 為單片測試板軟件流程圖。

圖3 單片測試板軟件流程圖

2.2 光電檢測軟件

光電檢測軟件基于VB 平臺開發，其主要功能為與CS-150 色彩亮度計,單片測試板進行數據交互，由光電測試軟件發送相應的串口指令控制色彩亮度計與單片測試板，控制色彩亮度計的串口指令參照色彩亮度計的數據手冊。

2.2.1 串口指令格式定義

每條指令由：起始符、命令字、數據長度、數據、結束符五部分組成，除數據部分可由多個字節 構成外，其它部分均為單字節編碼。驅動板接收緩沖為64 字節，因此每條指令總長度不得超過64 字節。

寫指令格式如圖4 所示。

圖4

Cmd_Write：對應操作的命令字，（這里以寫OLED顯示器寄存器為例）Cmd_len：是指令長度。addr 是從機（OLED 顯示器）的寄存器地址，data 是要寫入的數據。

讀指令格式如圖5 所示。

圖5

cmd_Read :對應操作的命令字。（這里以讀OLED 顯示器寄存器為例）addr 是要讀從機（OLED 顯示器）數據的起始地址。len 是要讀數據的長度。Cmd_len 是指令長度。

2.2.2 光電檢測流程

該軟件應包含的功能有：串口通信，服務器連接，數據處理等功能，具體檢測流程如下：

首先確定要檢測的OLED 顯示器的批次號，小片號以及輸入顯示器的型號等基本參數。由于不同型號的OLED 具有不同的物理特性，因此檢測指標各不相同。主要檢測項目有：固定亮度下的VCOM 值，色坐標以及功耗，不同VCOM 下的亮度與色坐標，紅/綠/藍畫面下的色坐標。對于高亮度OLED 顯示器在固定亮度下調節VCOM 時，需要更改顯示器DA 值保證能夠調到對應的亮度值。這些指標能夠準確反映出OLED 顯示器的顯示特性，以及是否到達合格標準。確定型號后進行設備檢查和初始化，通過發送串口指令判斷軟件是否與單片測試板和CS-150 連接。接下來進入檢測，依次檢測玩所有的項目后，將檢測數據顯示在軟件中間的表格內。對檢測完的顯示器的數據進行色彩分類以及結果判斷。根據檢驗標準，把所有OLED 顯示器分為三個色彩類別，再從色坐標，功耗兩個反面判斷OLED 顯示器是否符合合格標準，檢測結果顯示在表格中的最后一欄中。將判斷不合格的顯示器標紅，以便檢測人員將不合格片剔除。最后進行數據處理，將同一批次的數據匯總后求得平均值，同時將數據上傳至服務器，并導出相應的Excel 文件。圖6 為光電檢測軟件的總體流程圖，圖7為光電檢測軟件的檢測畫面（未確定顯示器）。

圖6 光電檢測軟件總體流程圖

圖7 光電檢測軟件的檢測畫面

3 檢測結果與分析

單片測試板、光電檢測軟件和CS-150 色彩亮度計共同組成了OLED 顯示器的光電檢測系統，圖8 為檢測普通亮度下OLED 顯示器的畫面，在圖中可以看出檢測一片普通亮度下的OLED 顯示器需要20 秒左右，圖9 為檢測高亮度下OLED 顯示器的畫面，在圖中可以看出檢測一片高亮度下的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超過500 cd/m2，因此在調節VCOM以達到固定亮度所需的時間較短；而對于高亮度的OLED 顯示器，最高固定亮度需要達到10000 cd/m2，在調節VCOM需要多次調節才能達到固定亮度。因此，不同亮度等級下的OLED 顯示器所需要的檢測時間會有不同。

圖8 檢測普通亮度下OLED 顯示器畫面

圖9 檢測高亮度下OLED 顯示器畫面

由上述結論可以得知，該系統具有良好的快速性，有效提高的檢測效率。同時該系統兼容公司目前所有的OELD顯示器型號，這說明了該系統具有很好的通用性。不僅如此，在后續使用過程中可以增加新型號的適配，使該系統具有良好的兼容性。

4 結論

本文針對公司目前所有的產品開發了一個具有快速性，通用性和兼容性的光電檢測系統。該系統由單片測試板、光電檢測軟件以及CS-150 色彩亮度計組成。該系統能夠有效提升檢測效率，滿足了檢測時快速性的需求；同時能夠滿足日常檢測需求，具備各項檢測功能；能夠兼容公司目前所有產品，而且在后續更新中可以繼續添加支持的型號，具有良好的通用性及可擴展性。并在運行過程中具有良好的穩定性。目前該系統已成熟應用在日常工作中。