VGA-LVDS скалер. Сенсорный LCD монитор своими руками

Сегодня мы рассмотрим устройство, позволяющее превратить LCD матрицу в полноценный монитор и не требующее программирования.
Пример использования и некоторые трудности, с которыми при этом можно столкнуться — под катом.

С чего бы начать процесс самостоятельного изготовления дисплея на основе найденной матрицы?
Естественно, с поиска документации.



Переворачиваем матрицу экраном вниз, вбиваем найденное на этикетке наименование в Гугл и внимательно читаем даташит.
В первую очередь нас интересует пункт «Features» раздела «General descriptions».

Помимо всего прочего там будет описан используемый LCD матрицей тип интерфейса. Здесь возможны варианты.
1. DPI интерфейс. Привет из 90-х. Скорее всего матрица будет даже не TFT, а CSTN со всеми вытекающими последствиями в виде умопомрачительных палитры в 256 цветов и времени обновления 500 мс. В особо клинических случаях ещё и разрешение может быть чем-нибудь типа 640х240 пикселей. Потраченного времени вряд ли стоят, если только у Вас не завалялся на антресолях LCD монитор самых первых серий с такой же матрицей. Для особых ценителей есть решение на ПЛИС.
2. TTL интерфейс. В ноутбуках и мониторах настольных ПК уже давно вымер, но в оргтехнике, портативных DVD плеерах, цифровых фоторамках и планшетах до сих пор применяется. Всё более или менее стандартизовано, адаптеры интерфейса доступны.
3. eDP интерфейс. Матрицы от новых ноутбуков, Macbook Pro и iPad. К DisplayPort можно подключить через пассивный переходник, ко всему остальному — через активный конвертер стоимостью порядка $100.
4. SPI интерфейс. Такие матрицы встречаются в фотопринтерах и МФУ фирмы HP. Матрицы мелкие, разрешение обычно 320х240 пикселей, так что к ПК такое подключать особого смысла нет, а строителю 3D принтера такое может пригодиться.
5. LVDS интерфейс. Подавляющее большинство бывших в употреблении матриц от ноутбуков и мониторов. Подключаются без особых сложностей, адаптеры LVDS есть на любой вкус и кошелёк. Самые простые и дешёвые обрабатывают только VGA сигнал, те, что подороже, могут и DVI/HDMI переварить, и фильм с флэшки воспроизвести. Основной проблемой будет кабель между адаптером и матрицей. В общем, наш случай.

Видеоинтерфейс VGA использует аналоговый сигнал для передачи цветовой информации. Фактически такой интерфейс представляет собой всего 6 проводов — три сигнала цветности, два сигнала синхронизации и общий провод.

Оставшиеся контакты разъёма используются для работы интерфейса I2C, обеспечивающего передачу данных о дисплее. В первых версиях VGA они отсутствовали, так что если вдруг придётся паять такой кабель самому из старого — убедитесь, что в разъёме полный набор контактов, а в кабеле хватает жил, иначе Plug&Play работать не будет.
Так как LCD матрица требует цифровой сигнал, то напрямую к выходу VGA её не подключить. Самые дешёвые преобразователи выполнены на микросхеме HX6856 от Himax, и если Вам достаточно одного VGA входа, то такой адаптер можно смело заказывать.
Адаптер имеет размеры 55х55 мм без учёта выступающих частей.
На верхней стороне печатной платы распаяны микросхема-преобразователь, 15-контактный разъём входа видеосигнала, три контактных гребёнки и группа перемычек.

Ещё тут есть площадки для монтажа разъёма под плоский шлейф и пустующие места компонентов звукоусилителя. Все гребёнки имеют шаг выводов 2 мм.
На нижней стороне платы есть таблица с описанием расстановки перемычек под конкретные матрицы.

Адаптер поддерживает матрицы с разрешением от 640*480 до 1920*1200 пикселей.
При расстановке перемычек учитывайте, что обычно матрицы от настольных мониторов используют 8-битное кодирование цвета и питание 5В, а матрицы от ноутбуков — 6-битное и 3,3В. Будьте внимательны — 5В питания матрица от ноутбука не переживёт.
В интернете про эту плату гуляет вот такая картинка:

Руководствоваться ею не стоит, потому что на ней перевраны названия контактов в разъёмах.
Чтобы получить работающий монитор, достаточно подключить к плате адаптера матрицу, кнопочную панель, источник питания на 5В и обеспечить включение подсветки… и как раз с подсветкой возможны нюансы.
На старых матрицах подсветка осуществляется газоразрядной лампой, которая питается высоким напряжением от отдельного инвертора, который размещается рядом с матрицей и подключается к ней через двухконтактный разъём. И лампа, и инвертор могут выходить из строя как вместе, так и по отдельности, а без работающей подсветки изображение на матрице Вы скорее всего не увидите.

В данной панели использован инвертор QF38 на основе микросхемы TL494, описание которого можно найти тут.
На матрицах поновее подсветка осуществляется светодиодной лентой, электроника управления которой почти всегда находится в самой матрице. Отказывает такая подсветка редко, питание у неё отдельное от самой матрицы, хотя и подаётся через тот же разъём.
В любом случае подачи только питания для запуска подсветки недостаточно, нужны ещё и управляющие сигналы.

Штатный кабель для подключения подопытной матрицы состоит из двух частей общей длиной сантиметров 70. Раскладка гнездовой части разъёма с шагом контактов 2 мм явно несовместима с гребёнкой на плате адаптера. Кабель сделан качественно, резать его жалко, а прозванивать жилы и перебирать разъём мне лень, зато у меня нашёлся шлейф 20-контактной матрицы от ноутбука, который припаять к плате будет проще. Обрезаем от него разъём, подключавшийся к материнской плате, провода зачищаем и облуживаем, затем читаем описание матрицы дальше. В разделе «Interface connection» будет примерно вот такая таблица.

Из неё видно, что в нашем случае для передачи изображения достаточно соединить провода питания, земли и 4 дифференциальных сигнальных пары — 3 для передачи данных, 1 для тактирования.
Для других матриц количество задействуемых линий может быть больше:

Берём тестер и ищем совпадающие контакты на плате.
Нумерация контактов на гребёнке и площадок для пайки разъёма под плоский шлейф идёт в противоположных направлениях.
Если кто будет паять:

Паяем(желательно под лупой), промываем.

Собираем адаптер, матрицу и инвертор подсветки вместе, подключаем питание.

В общем, всё работает, но как-то оно тускловато. Всё ж лампа подсветки явно подсела за срок службы агрегата, ставшего донором панели управления.
Менять лампу на новую технической возможности нет, да и смысла тоже. Вместо неё лучше поставить светодиодную подсветку и заодно сэкономить место в корпусе.
Как вы думаете, чем отличаются эти две матрицы?

Извилистая эволюция в направлении снижения себестоимости породила нечто невыразимо богохульное — широкоформатную матрицу LP156WH4-TLN1 с подсветкой по короткой стороне.

Подсветка здесь реализована при помощи микросхемы TPS61189 — редкий случай, когда на микросхеме есть нормально читаемая маркировка.

Отщёлкиваем печатный шлейф светодиодной ленты от основной платы и аккуратно разламываем матрицу.

Лоток с лентой подсветки примерно совпадает по длине с 8,4" матрицей. Но напрямую они невзаимозаменяемы, потому что в эту длину у матрицы входят ещё рамки и проушины для крепления, так что без доработки не обойтись.

Для доработки потребуется полная разборка матрицы. Начинается она со снятия металлической рамки, и для этого надо будет отогнуть десяток язычков и вывернуть два винта, указанные стрелками.
Разбираем матрицу(рекомендую перед этим протереть стол влажной тряпкой, вымыть волосы, чтобы с них не летела пыль, и приготовить рулон алюминиевой фольги, чтобы накрыть ею снятые части матрицы — тоже для защиты от пыли).
Ищем техническое описание на микросхему TPS61189 .

Подсветка питается напряжением 12В(допускается от 5 до 25В), управляется сигналами LED_EN(общее включение-выключение) и PWM(управление яркостью) с уровнями 3,3В(предельно допустимо 5,5В, но лучше не надо).
Обрезаем плату матрицы по точку V_LED.
Паяем провода к точкам V_LED, LED_EN, PWM и общей земле.

Подключаем ленту подсветки к плате. На V_LED подаём 12В от блока питания, к LED_EN и LED_PWM для имитации сигналов управления подключаем батарейку CR2032 и убеждаемся, что подсветка работает.

Отклеиваем от лотка светодиодную ленту(она держится кусочком двухстороннего скотча в самом начале) и замыкаем на ней крайний светодиод кусочком тонкого провода.

Драйвер при включении тут же реагирует на рост потребляемого тока в одной из цепочек светодиодов и сразу же снижает напряжение её питания, стабилизируя прямой ток через неё.
Выпаиваем крайние светодиоды в ленте и заменяем их перемычками:

Аккуратно подрезаем алюминиевый лоток светодиодной лески по месту, чтобы он входил в пластмассовую рамку.

Изначально в ленте было 4 цепочки по 10 светодиодов(всего микросхема TPS61189 способна управлять до 6 такими цепочками), после замены светодиодов перемычками их осталось 2х8+2х10, но длина активной части ленты по краям светодиодов всё ещё больше длины собственно матрицы. Можно выпаять ещё один светодиод, но лучше просто подрезать пластмассовую рамку, чтобы не происходило запирание света:

Собираем матрицу:

Подаём питание. Проверяем работоспособность подсветки и всего остального в сборе.
О, оно живое!

Всё работает, можно идти дальше.
Фирменная кнопочная панель в комплекте адаптера отсутствует, но в Интернете есть её фотографии с обоих сторон, по которым можно восстановить принципиальную схему.

Ничего сложного — просто пять кнопок, замыкающихся на общий провод, и двухцветный светодиод.
Для экономии места я использовал 5-позиционную кнопку-джойстик:

Лишнее убираем, провода допаиваем:

В отсутствие входного сигнала адаптер потребляет ток примерно 210 мА.

Если через некоторое время сигнал не появится — он засыпает и снижает потребляемый ток до 12-15 мА.

Подаём сигнал на вход VGA. Потребляемый ток подскакивает до примерно 350 мА.

Тут можно ещё меню пощелкать кнопками, но смотреть тут по большому счёту не на что.

Начинаем приводить устройство в приличный вид.
Сначала возьмём и отрежем от платы управления подсветкой лишний текстолит и перенесём поближе к микросхеме драйвера входные керамические конденсаторы и плавкий предохранитель.

Вырежем в металлическом шасси отверстие для прохода шлейфа подсветки:

Протянем через него шлейф, подключим его к плате управления подсветкой и приклеим её к шасси.

На красном 6-контактном разъёме платы адаптера есть пара штырей, обозначенных BL и ADJ.Соединим их с контактами LED_EN и PWM на плате управления подсветкой соответственно.
Плату скалера установим через диэлектрическую прокладку и подключим к ней жгуты:

Возвращаем на место тачскрин.

Сам по себе он представляет собой две резистивные плёнки:

При нажатии они превращаются в набор из четырех резисторов, абсолютные величины которых зависят от расположения точки нажатия:

Поэтому для подключения к компьютеру ему нужен внешний контроллер, который преобразует значения напряжений на входах АЦП в координаты курсора. В данном случае таким контроллером является плата с маркировкой DWAV-USB-04LF:

Внешний интерфейс у него обычный USB2.0 без всяких сюрпризов в виде питания напряжением 3,3В, раскладка проводов на рисунке приведена.
Закрепляем шасси в корпусе:

Прикручиваем контроллер тачскрина к крепёжным стойкам, подключаем шлейф и жгут:

Драйвер контроллера тачскрина нашёлся тут.
На данном этапе изделие выглядит следующим образом:

Проверяем работу тачскрина:

Даа, это явно не Wacom;)
Вывод: скалер вполне работоспособен и легко настраивается. Если достаточно одного входа VGA — вполне можно покупать.