¿Qué sucede exactamente cuando una calculadora gráfica LCD funciona mal cuando las baterías están débiles o sobrecargadas?

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Soy un principiante en ingeniería eléctrica y tengo un conocimiento limitado de cómo funciona la electrónica internamente. Estoy tratando de entender algún comportamiento extraño de la pantalla LCD cuando las baterías están débiles o están sometidas a una carga pesada.

Estoy ejecutando un TI-Nspire con la calculadora gráfica Clickpad en modo de diagnóstico. Cuando ejecuto la prueba USB OTG y conecto un dispositivo USB que acepta alimentación por USB utilizando el cable mini-A-a-mini-B (suministrado con la calculadora), las baterías se ven sometidas a un gran desgaste. Debido a que las baterías no se monitorean en este modo, si las baterías se vuelven débiles, la computadora de mano funciona mal. Específicamente, la calculadora ya no responde a las pulsaciones de teclado y, más notablemente, la pantalla LCD se vuelve loca, mostrando un patrón de líneas horizontales y verticales en rápido movimiento . He leído un voltaje de tan solo 3,24 voltios de las 4 baterías AAA de mi DMM mientras el dispositivo USB está conectado. No se produce ningún daño de hardware, solo las baterías AAA se agotan. La computadora de mano parece recuperar su cordura y reiniciarse normalmente. La pantalla LCD parece ser la del tipo STN .

La pregunta que estoy tratando de hacer es cómo se genera este patrón de líneas de movimiento rápido en la pantalla y por qué ocurre esto en lugar del funcionamiento normal. En otras palabras, ¿por qué el LCD hace esto con una potencia insuficiente y una carga pesada activa?

Editar: La pantalla es una pantalla LCD de matriz de puntos en escala de grises 320x240. Cuando comienza a actuar, primero aparecen las pequeñas interrupciones: aparecen líneas horizontales sobre el contenido normal y el contenido puede desplazarse ligeramente o reducirse verticalmente hasta en un 12% a medida que más y más líneas parpadean en la pantalla. Eventualmente, el contenido se pierde y la pantalla está dominada por líneas horizontales intermitentes al azar. En este punto, el fondo es simplemente una serie de líneas verticales onduladas, que pueden ser difíciles de ver detrás de todas las líneas horizontales. Las líneas verticales ocasionalmente parpadean en la pantalla momentáneamente en lugar de líneas horizontales.

Si se elimina la carga (al desconectar el cable USB), puede suceder una de estas tres cosas:

  1. Si las baterías están bien, la calculadora funcionará normalmente y aceptará la entrada.
  2. Si la pantalla comenzaba a parpadear líneas horizontales, pero el contenido normal seguía presente debajo de estas líneas, las líneas horizontales desaparecen y el contenido normal se restaurará, pero la calculadora está congelada y no acepta entradas. La pantalla volverá a funcionar mal cuando el cable se vuelva a conectar y las baterías se carguen nuevamente.
  3. Si se perdió el contenido normal, las líneas horizontales desaparecerán, pero todo lo que queda son líneas verticales o una pantalla en blanco. La calculadora está realmente encendida, incluso si la pantalla está totalmente en blanco. Si se vuelve a conectar el cable, vuelven a aparecer las líneas horizontales o la calculadora se apaga por completo, parpadeando momentáneamente una sola línea horizontal en la pantalla.
pregunta bwDraco

2 respuestas

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Todos los circuitos integrados (circuitos integrados o "chips") tienen un rango de voltaje de trabajo fuera del cual su comportamiento es indefinido . Esto significa que los fabricantes de los chips no especifican qué sucederá , solo que (probablemente) no funcionará como debería.

Por lo tanto, el microcontrolador en su Nspire puede tener un rango operativo de, por ejemplo, 4V - 5.5V y fuera de esto puede hacer casi cualquier cosa. Las cosas típicas serían restablecer, ejecutar código que no está destinado, etc.

Esto se aplica a todos los demás chips que se encuentran allí, incluido el chip del controlador LCD (el chip que controla la pantalla), por lo que es de esperar un comportamiento extraño.
Mientras el voltaje sea más bajo de lo que debería ser, el daño será muy poco probable, simplemente no funcionará correctamente.

EDITAR - algunas especulaciones:

Mi suposición sobre lo que realmente está sucediendo es que la RAM que contiene la información de píxeles para la pantalla LCD no se está leyendo correctamente a los voltajes de suministro más bajos. O eso o los controladores de matriz de píxeles no están transfiriendo los datos correctamente.
Es difícil decirlo sin más información sobre el tipo de pantalla (por ejemplo, TN, STN, TFT, OLED) ya que el método para controlarlos es un poco diferente. También sería útil ver las "líneas de movimiento rápido", por ejemplo, si son horizontales, entonces eso podría encajar con la fila de exploración por fila de arriba a abajo, que suele ser la forma en que se activan los píxeles en las pantallas LCD.

Por supuesto, también es posible que el puerto de lectura LCD no esté leyendo correctamente, que el microcontrolador esté funcionando, etc., etc. Normalmente, debería tener un bajo voltaje activo y un apagón activo, pero si está en modo de diagnóstico, probablemente estas funciones estén activadas. apagado.

Todos los efectos descritos se deben principalmente a que los transistores ya no actúan lo suficiente como interruptores, como lo explica Vicatcu en su respuesta.

EDIT 2 - más información proporcionada

Gracias por actualizar con más información. Sin embargo, no hay mucho más que se pueda agregar que no sea una especulación vaga. Para encontrar la causa exacta de las cosas, tendría que verificar cosas como: la pantalla y las hojas de datos del microcontrolador, el código fuente del microcontrolador, el alcance de la unidad de usuario - > Conexiones LCD, posiblemente incluso alcance el chip controlador LCD. Incluso entonces es posible que no tenga la garantía de encontrar la causa exacta (original), ya que puede estar en una parte inalcanzable del silicio (por lo que todo lo que ve son efectos secundarios), por ejemplo, una frecuencia de cambio de oscilador RC interno, por lo que no se cumple el tiempo en la chip, etc.

    
respondido por el Oli Glaser
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Sé que ya se ha aceptado una respuesta para esto, pero quería lanzar esta para una explicación sobre el punto de "exactamente" lo que está sucediendo. La respuesta de Oli es buena en términos prácticos.

Bajo la cobertura, como todos sabemos, los chips IC se implementan con transistores. Una de las bases fundamentales del diseño en prácticamente todos los circuitos lógicos digitales es que todos los transistores funcionan en una región de su característica de rendimiento (niveles de voltaje relativos entre sus puertas, fuente y terminales de drenaje) donde actúan como "interruptores", que es para decir que generan uno de dos estados estables con una región de transición muy rápida entre ellos.

La realidad es que no es el único "modo de operación" para nuestro amigo el transistor, sin embargo. De hecho, el transistor es realmente un dispositivo analógico al final del día y solo "actúa" como un dispositivo digital bajo el contrato de que los voltajes en el sistema están dentro de varios límites entre sí. Cuando el voltaje de su batería cae por debajo de algún nivel, efectivamente ha roto el contrato con sus transistores en todo el sistema y ya no se sienten obligados a comportarse como dispositivos digitales, y de ahí las cosas se vuelven "interesantes" en términos de cómo podrían comportarse en cualquier momento. momento particular.

    
respondido por el vicatcu

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