基于PIC 单片机与VB 的微型OLED 光电检测系统

马若飞，何阳阳，曹坤宇

（云南北方奥雷德光电科技股份有限公司，云南昆明，650000）

0 引言

OLED 是典型的自发光显示技术的代表，最为常见的则是有源矩阵有机发光二极管（AMOLED），这也是其最基本的结构。在过去10 多年，有机发光的显示技术取得了飞跃式的发展，而 OLED 的发光效率上也远高于PDP 以及CRT两者，迎合市场需求，越来越多的研究单位与研发公司都在积极地进行研发与生产，在这过程中他们不断地优化加强，在整个OLED 显示技术的发展中有着至关重要的地位[1]。

AM_OLED 微型显示器（<1 英寸）因为具有主动发光、宽工作温度范围与宽视场角等优点[2]，在红外近眼显示设备中有着广泛的应用，例如：在手持红外观测设备，红外显示模组等方面。同时，微型OLED 显示器配合红外近眼显示也被广泛应用在军事领域中[3]。当微型OLED 显示器完成制造过程后，如何对其进行有效的检测，判断是否达到出货要求，各家公司都有自己的一套检测系统，这些系统的开发一般要具备以下要求：光电检测系统可加载在整个OLED生产流水线中，能极大提高OLED 生产的产能，具有高速、智能和高精度等突出特点，而且可实现检测数据的实时采集、统计、上传和可追迹[4]。因此，这针对上述特点及需求，本文介绍了一种独立开发的光电检测系统来满足日常工作中的检验需求。

由于AM_OLED 微型显示器的尺寸一般小于1 英寸，而且需要外部供电以及提供时钟信号才能将其点亮并进行下一步操作操作，因此需要一块单片测试板提供微型OLED显示器所需的电源与时钟信号。在检测时，OLED 显示器被固定在单片测试板上，使用CS-150 色彩亮度计对准微型OLED 显示器，在检测时由光电检测软件控制色彩亮度计对OELD 显示器进行检测，检测的数据回传给软件。光电检测软件需要和服务器连接，在使用时只需输入OLED 显示器的型号与批次号即可自动检测，对检测结果进行数据处理以及合格判断，检测完成后需要将数据上传服务器。整个过程尽量做到自动化，以提高检测效率。

下面就将详细介绍整个系统的构成以及各部分之间的功能与流程。

1 系统构成

该检测系统由三大部分组成：美能达CS-150 色彩亮度计，单片测试板，光电检测软件。其中CS-150 是一种便携式色彩亮度计，手持测量状态下使用电池供电，也可以固定在实验台上使用USB 数据线连接电脑使用。连接数据线时，使用USB 供电。其测量范围为：0.01 cd/m2～999,900 cd/m2。单片测试板为OLED 显示器提供电源，时钟，对OLED 显示器进行初始化点亮工作。其中包含串口通讯，I2C 通信和按键等功能。光电检测软件需要和单片测试板，CS-150 进行通信，将采集检测到的数据进行处理与上传。三个部分互相链接，配合，共同组成微型OLED 显示器光电检测系统。图1 为该系统的结构框图。

图1 系统组成结构框图

2 系统设计架构

2.1 单片测试板

单片测试板由PIC18F2523 作为主控单片机。PIC18F2523 是由MicroChip 公司推出的一款8 位单片机。该单片机工作频率为40MHz，包含有256 字节EEPROM，4 个定时器，19 个中断源，12-Bit 数模转换模块，UART 串口模块等功能。单片测试板使用的是28-pin 封装，其管脚分布如图2 所示。

图2 PIC18F2523 单片机28-pin 图解

在单片测试板中使用该型号单片机的以下功能：

（1）时钟模块：在初始化OLED 显示器之前，需要为OLED 显示器提供时钟信号，根据不同型号的显示器，需要配置不同的时钟输出。

（2）EEPROM（256 字节大小）：用来存放各个型号OLED 显示器的DA 值与VCOM 值，在初始化配置时，使用这些默认值对OLED 显示器进行初始化配置，保证显示器在点亮时按照默认亮度显示。

（3）UART 串口模块：用来与光电测试软件进行通信，由光电测试软件发送串口指令控制单片板进行操作，操作包括读写OLED 显示器的寄存器，读取功耗。具体串口指令格式在光电测试软件一节中详细介绍。

（4）I2C 通讯模块：I2C 模块用来与OLED 显示器进行通信，在初始化OLED 显示器时，使用I2C 模块对显示器的寄存器进行读写操作。对I2C 模块初始化时，按照标准I2C时序进行配置即可。

（5）12-Bit 数模转换模块/AD 采样模块：将AD 采样到的数据通过数模转换模块完成数模转换后由串口输出出来，最后讲过计算得到OLED 显示器的功耗。

除以上功能外，还增加了按键功能方便检测时使用，按键分别对应的功能为：内部画面切换，亮度加减。单片测试板上的按键功能和串口功能均由中断触发，按键由定时器中断触发，串口由硬件中断触发。图3 为单片测试板软件流程图。

图3 单片测试板软件流程图

2.2 光电检测软件

光电检测软件基于VB 平台开发，其主要功能为与CS-150 色彩亮度计,单片测试板进行数据交互，由光电测试软件发送相应的串口指令控制色彩亮度计与单片测试板，控制色彩亮度计的串口指令参照色彩亮度计的数据手册。

2.2.1 串口指令格式定义

每条指令由：起始符、命令字、数据长度、数据、结束符五部分组成，除数据部分可由多个字节 构成外，其它部分均为单字节编码。驱动板接收缓冲为64 字节，因此每条指令总长度不得超过64 字节。

写指令格式如图4 所示。

图4

Cmd_Write：对应操作的命令字，（这里以写OLED显示器寄存器为例）Cmd_len：是指令长度。addr 是从机（OLED 显示器）的寄存器地址，data 是要写入的数据。

读指令格式如图5 所示。

图5

cmd_Read :对应操作的命令字。（这里以读OLED 显示器寄存器为例）addr 是要读从机（OLED 显示器）数据的起始地址。len 是要读数据的长度。Cmd_len 是指令长度。

2.2.2 光电检测流程

该软件应包含的功能有：串口通信，服务器连接，数据处理等功能，具体检测流程如下：

首先确定要检测的OLED 显示器的批次号，小片号以及输入显示器的型号等基本参数。由于不同型号的OLED 具有不同的物理特性，因此检测指标各不相同。主要检测项目有：固定亮度下的VCOM 值，色坐标以及功耗，不同VCOM 下的亮度与色坐标，红/绿/蓝画面下的色坐标。对于高亮度OLED 显示器在固定亮度下调节VCOM 时，需要更改显示器DA 值保证能够调到对应的亮度值。这些指标能够准确反映出OLED 显示器的显示特性，以及是否到达合格标准。确定型号后进行设备检查和初始化，通过发送串口指令判断软件是否与单片测试板和CS-150 连接。接下来进入检测，依次检测玩所有的项目后，将检测数据显示在软件中间的表格内。对检测完的显示器的数据进行色彩分类以及结果判断。根据检验标准，把所有OLED 显示器分为三个色彩类别，再从色坐标，功耗两个反面判断OLED 显示器是否符合合格标准，检测结果显示在表格中的最后一栏中。将判断不合格的显示器标红，以便检测人员将不合格片剔除。最后进行数据处理，将同一批次的数据汇总后求得平均值，同时将数据上传至服务器，并导出相应的Excel 文件。图6 为光电检测软件的总体流程图，图7为光电检测软件的检测画面（未确定显示器）。

图6 光电检测软件总体流程图

图7 光电检测软件的检测画面

3 检测结果与分析

单片测试板、光电检测软件和CS-150 色彩亮度计共同组成了OLED 显示器的光电检测系统，图8 为检测普通亮度下OLED 显示器的画面，在图中可以看出检测一片普通亮度下的OLED 显示器需要20 秒左右，图9 为检测高亮度下OLED 显示器的画面，在图中可以看出检测一片高亮度下的OLED 显示器需要30 秒左右。普通亮度下的OELD 显示器的最高固定亮度不会超过500 cd/m2，因此在调节VCOM以达到固定亮度所需的时间较短；而对于高亮度的OLED 显示器，最高固定亮度需要达到10000 cd/m2，在调节VCOM需要多次调节才能达到固定亮度。因此，不同亮度等级下的OLED 显示器所需要的检测时间会有不同。

图8 检测普通亮度下OLED 显示器画面

图9 检测高亮度下OLED 显示器画面

由上述结论可以得知，该系统具有良好的快速性，有效提高的检测效率。同时该系统兼容公司目前所有的OELD显示器型号，这说明了该系统具有很好的通用性。不仅如此，在后续使用过程中可以增加新型号的适配，使该系统具有良好的兼容性。

4 结论

本文针对公司目前所有的产品开发了一个具有快速性，通用性和兼容性的光电检测系统。该系统由单片测试板、光电检测软件以及CS-150 色彩亮度计组成。该系统能够有效提升检测效率，满足了检测时快速性的需求；同时能够满足日常检测需求，具备各项检测功能；能够兼容公司目前所有产品，而且在后续更新中可以继续添加支持的型号，具有良好的通用性及可扩展性。并在运行过程中具有良好的稳定性。目前该系统已成熟应用在日常工作中。