探索Matrix Orbital VFD2041：一款功能强大的智能VFD显示屏

作为一名电子工程师，在日常的硬件设计开发中，我们常常需要寻找一款既性能出色又易于使用的显示屏，而Matrix Orbital的VFD2041智能VFD显示屏无疑是一个值得深入探究的选择。今天，就让我们一起来揭开它的神秘面纱，看看它究竟有哪些独特之处。

文件下载：VFD2041.pdf

1. 产品概述

VFD2041是一款智能VFD显示屏，其设计初衷就是为了减少开发时间，为各类项目提供即时解决方案。它支持通过串行RS - 232/TTL和I²C协议进行通信，这使得它几乎可以与任何控制器兼容，大大提高了其通用性。同时，它还拥有直观的命令结构，能够通过软件控制显示设置，如亮度、波特率等，操作起来非常方便。另外，它的非易失性存储器最多可存储32个自定义字符，像条形图、中号和大号数字等字符集都能轻松存储，随时调用显示。

2. 显示选项与配件

2.1 显示选项

VFD2041提供了多种滤镜选择，包括蓝色、绿色、灰色和红色。如果你要将显示屏置于直射阳光下，灰色滤镜就能有效防止显示文本“泛白”，保证显示效果。此外，它还提供了扩展电压和温度选项，你可以根据项目的具体需求进行选择。

2.2 配件

Matrix Orbital为VFD2041提供了所有必要的接口配件，这些配件都可以在其电子商务网站（http://www.matrixorbital.com）上找到。常见的配件有5V和12V电源电缆适配器、面包板电缆、串口电缆、通信和5V电源电缆，以及多种银色和黑色铝制安装件和覆盖层等。

3. 产品特性

3.1 显示规格

它采用了20列4行的文本真空荧光显示屏，能够清晰地显示文本信息。

3.2 通信协议

支持RS - 232或I²C通信协议，还具备单线接口，通信速度快。RS - 232最高可达57.6 kbps，I²C最高可达400 kbps，默认串行通信速度为19.2 kbps。

3.3 通用输出

拥有三个5V - 20mA的通用输出，可用于连接各种外部设备，满足多样化的应用需求。

3.4 环境适应性

具备扩展温度选项，能在 - 40°C至85°C的极端环境下正常工作，同时还提供扩展电压和高效电源。

3.5 字体与自定义

内置字体支持最多8个用户自定义字符，并且在同一I²C总线上最多可寻址127个模块。

3.6 其他特性

它采用全缓冲设计，确保传输无延迟；支持添加自定义启动屏幕；可通过软件控制亮度，还能设置长达90分钟的超时时间和软件控制速度；支持水平或垂直条形图显示，并且能适配Matrix Orbital的安装件，无需额外修改。

4. 硬件连接与软件安装

4.1 连接到PC

要将VFD2041连接到PC进行功能测试，你需要一根标准的RS - 232 9针串口电缆和一个改装后的5V电源适配器。具体连接步骤如下：

1. 将串口电缆插入你要使用的COM端口。
2. 打开电脑机箱，将改装后的5V电源适配器连接到PC电源的电源线。
3. 将串口电缆连接到显示屏背面的DB - 9连接器。
4. 将5V电源适配器连接到显示屏背面的4针连接器。

需要注意的是，千万不要使用标准的软盘驱动器电源连接器，否则会因电压不正确而损坏显示模块。

4.2 安装软件

这里以uProject软件为例，它是Matrix Orbital为测试其字母数字显示屏功能而设计的。安装步骤如下：

1. 将Matrix Orbital CD - ROM插入CD驱动器。
2. 在“CD - drive:Download”目录中找到uProject.exe文件。
3. 将uProject.exe复制到你要运行的目录。
4. 双击“uProject.exe”。

首次运行uProject时，一定要检查COM设置中的信息。输入正确信息后，就可以使用该程序控制图形显示屏的所有功能。

5. 硬件信息

5.1 DB - 9连接器

VFD2041的DB - 9连接器可方便地与使用EIA232标准信号电平（±12V）的串行设备接口。通过设置协议选择跳线，也能以TTL电平（0至 + 5V）进行通信。此外，还可以通过DB - 9连接器的引脚9供电，但需要设置Power Through DB - 9跳线。不过要注意，不要同时通过DB - 9连接器的引脚9和电源/数据连接器供电。

5.2 电源/数据连接器

该连接器为显示模块提供标准电源。标准显示模块需要5V电压，宽电压（V）型号需要9至15V，宽电压且带高效电源模块（VPT）的型号则需要9至35V。电压通过4针电源/数据连接器的引脚1和4施加，引脚2和3用于串行传输，根据协议选择跳线可使用RS - 232/TTL或I²C协议。通过更改旧数据连接器跳线，还可以反转引脚2和3，以兼容以前的PCB版本。

5.3 协议选择跳线

协议选择跳线可用于切换显示模块的通信协议，默认设置为RS - 232模式。要切换到I²C模式，需要先移除232跳线上的零欧姆电阻，然后将其焊接到I²C跳线上；要切换到TTL模式，则将电阻焊接到TTL跳线上。

5.4 通用输出

VFD2041的通用输出是一个独特的功能，它可以控制继电器和其他外部设备，能提供高达20mA的电流和 + 5Vdc的电压。如果驱动的设备需要较高电流且内阻大于250欧姆，可以移除与通用输出相关的240欧姆电阻，并用跳线代替。连接继电器时，一定要使用二极管和电容器进行完全钳位，以吸收产生的电动势。

5.5 手动覆盖

手动覆盖功能可将VFD2041恢复到出厂默认设置。当显示模块设置了未知的波特率或I²C从地址，无法正常通信时，这个功能就非常有用。操作步骤是：先关闭显示模块电源，然后在手动覆盖引脚上放置跳线，再开启电源，此时显示模块将设置为默认值。需要注意的是，设置后若不保存，关闭电源后会恢复到旧设置。

6. 故障排除

6.1 显示屏无法开启

首先要确保使用了正确的电源连接器，Matrix Orbital提供了用于连接PC的电源电缆适配器。接下来检查电源电缆的连续性，如果没有欧姆表，可以尝试更换电源电缆或电源。最后检查VFD2041的电源/数据连接器，如果连接器松动或无法解决问题，可联系Matrix Orbital获取帮助。

6.2 显示模块无法通信

先检查通信电缆的连续性，也可以尝试更换通信电缆或PC的COM端口。然后确保显示模块设置的通信协议与你使用的协议一致，可通过检查协议选择跳线来确认，若需要更改协议，可参考相关章节。还要确保主机系统和显示模块的波特率相同，显示模块的默认波特率为19200 bps。如果通过I²C通信，要确保数据发送到了正确的地址，显示模块的默认从地址为0x50。另外，I²C通信始终需要上拉电阻。如果还是无法解决问题，可以使用手动覆盖跳线将显示模块重置为默认设置。

6.3 显示模块能通信但无法显示文本

这可能是因为对比度设置过低，你可以调整对比度设置，大多数环境下的默认设置为128。不过要注意，最佳对比度设置可能会因温度、视角和照明条件等因素而有所不同。如果仍然无法解决问题，可联系Matrix Orbital。

7. 通信功能

7.1 I²C通信

VFD2041在I²C模式下能以100 KHz的速度进行通信，单条I²C通信线上可寻址127个单元。但要进行I²C通信，需要在SCL和SDA通信线上分别放置标称值为1K至10K的上拉电阻。模块的数据响应会自动通过RS232输出，如果主机要通过I²C查询模块，需要发送命令254 / 160 / 0来关闭RS232的数据自动传输，使数据保留在缓冲区，直到主设备读取从设备的数据。I²C数据线通常工作在5V或 - 1U风格单元的3.3V。VFD2041使用8位寻址，第8位（最低有效位，LSB）为读写位，0表示写地址，1表示读地址。显示模块的默认读地址为0x51，写地址为0x50，可通过cmd 254 / 51 /

更改地址，且发送的地址必须为偶数。在I²C通信中，VFD2041在第9个时钟周期收到地址时会发送ACK，写入成功时也会响应ACK，缓冲区满或模块忙于处理数据时会响应NAK。进行多字节读取时，每个字节读取后主设备要发送ACK表示还需要数据，发送NAK表示传输结束。编写I²C代码时，要注意一些速度限制：为了读取查询命令的回复，需要发送命令254 / 160 / 0（只需发送一次）；读取命令之间需要3ms的延迟；事务内数据字节之间需要625us的延迟；事务之间需要375us的延迟，不过这些延迟是保守值，可根据性能进行调整。

7.2 串行通信

除了I²C通信，VFD2041还支持通过RS - 232协议进行通信，默认波特率为19,200 bps，支持9600至115,200 bps的标准波特率，还能通过将值输入波特率生成算法并通过命令164（0xA4）设置来实现任意非标准波特率。通过设置协议选择跳线，可使显示模块在标准电压电平（ - 30V至 + 30V）或TTL电平（0至 + 5V）下通信。

7.3 更改通信参数

可以更改I²C从地址和波特率。更改I²C从地址的命令为254 51 [adr]，地址必须为偶数，更改后立即生效。更改波特率的命令为254 57 [speed]，可将RS - 232端口设置为指定速度，更改立即生效，该命令在I²C模式下不可用。设置非标准波特率的命令为254 164 [speed]，接受两个字节的参数，使用公式speed = CrystalSpeed / (8 × DesiredBaud) - 1计算速度，速度范围为12至2047，对应波特率范围为977至153,800 baud，该命令在I²C模式下也不可用。

8. 文本显示与控制

8.1 字符集与控制字符

VFD2041能显示所有ASCII格式的字符和字符串，其字符集包含多种自定义字符存储空间。同时，它还支持一些ASCII控制字符，如0x08（退格）、0x0C（清屏/新页）、0x0D（回车）和0x0A（换行）。

8.2 自动滚动与清屏

通过相应命令可以控制自动滚动功能的开启和关闭。开启自动滚动后，文本到达最后一行末尾时会自动上移；关闭自动滚动时，文本到达末尾会回到显示区域左上角。清屏命令可以立即清除显示屏的所有内容。

8.3 启动屏幕与换行设置

可以通过命令更改VFD2041启动时显示的文本，该命令会自动换行。还能设置自动换行功能的开启和关闭，开启后光标在当前行满时会自动换到下一行，但可能会在单词中间换行；关闭后，显示的行顺序会发生改变。

8.4 光标控制

可以手动设置光标位置，通过指定列和行来确定文本插入点。还能让光标回到主页（显示区域左上角），以及前后移动光标。另外，还可以控制闪烁块光标的开启和关闭。

9. 特殊字符处理

9.1 自定义字符创建

VFD2041允许最多添加8个自定义字符到字符集中。自定义字符是一个5×8像素的矩阵，每行由一个字节值表示。创建自定义字符时，先发送命令字节前缀254，接着发送命令78，然后选择要保存字符的内存位置（0至7），最后按顺序发送8字节的自定义字符数据。定义好自定义字符后，通过发送其引用ID（refID）就能在当前光标位置显示该字符。

9.2 自定义字符保存与加载

VFD2041新增了五个非易失性内存库用于存储自定义字符。可以将自定义字符保存到指定的内存库中，使用命令254 193 [Bank] [ID] [Data]，不同的内存库有不同的用途，如内存库0用于存储启动屏幕的字符。要加载自定义字符，使用命令254 192 [Bank]，将字符加载到易失性内存中即可使用。

9.3 数字与条形图显示

可以初始化并放置中号和大号数字，以及水平和垂直条形图。初始化后，使用相应的放置命令将数字或条形图显示在指定位置。但要注意，在执行放置命令之前，必须先初始化相应的字符。

10. 通用输出与显示功能

10.1 通用输出控制

VFD2041有3个软件控制的通用输出（GPO），可以通过命令控制其开关状态，还能设置下一次启动时的电源状态。通用输出关闭时输出为高电平，开启时输出为低电平。

10.2 显示功能控制

可以通过命令控制显示屏的开关、亮度和对比度等。显示开启命令可以设置延迟时间，最大延迟为90分钟；显示关闭命令可立即关闭背光。设置亮度的命令可以将显示亮度设置为0至3之间的值，分别对应不同的亮度百分比。

11. 数据安全与其他功能

11.1 数据安全

VFD2041支持数据锁定功能，通过设置数据锁定级别可以保护模块的设置和文件系统。还可以设置记住功能，将支持保存的设置保存到非易失性内存中，但要注意写入非易失性内存会耗时且有写入次数限制。

11.2 其他功能

通过相应命令可以读取模块的版本号和型号，这些信息在联系技术支持时非常有用。

Matrix Orbital VFD2041显示屏以其丰富的功能、出色的性能和良好的通用性，为电子工程师们提供了一个优秀的显示解决方案。无论是在工业控制、仪器仪表还是智能家居等领域，它都能发挥出重要的作用。你在使用过程中遇到过哪些有趣的问题或技巧呢？欢迎在评论区分享。