Kontrast am HD44780 - Potentiometerschaltung

[Stefan M. (beefjerky)]

Hallo, alle zusammen!

Das Thema wurde hier schon oft behandelt, leider habe ich immer noch ein 
Verständnisproblem, weil ich eigentlich mit Elektronik nicht viel am Hut 
habe. Aber ich möchte etwas lernen. Deshalb bastele ich ein bisschen mit 
einem Arduino Uno und habe auch ein HD44780-kompatibles LCD 
angeschlossen. Wie man auf dem Foto sieht funktioniert auch alles. Ich 
habe für die Einstellung des Kontrasts des LCDs statt eines 
Potentiometers eine Potentiometerschaltung aus zwei Widerständen (10 
kOhm und 1 kOhm) eingebaut (auf dem Foto im linken Drittel des 
Breadboards).

Jetzt meine dumme Frage: Warum muss für die Kontrasteinstellung über den 
Pin V0 des LCDs (3. Pin von Links) unbedingt kompliziert ein Poti oder 
eine Potentiometerschaltung verwendet werden? Warum kann ich nicht den 
Pin V0 des LCDs über einen geeigneten Widerstand direkt mit 5V 
verbinden?

Was ich nämlich probiert habe: Ich habe ein Poti eingebaut und damit den 
Kontrast richtig eingestellt. An V0 lagen dann 1.2 V an (V0 gegen GND). 
Dann habe ich den Strom zwischen Potentiometerschleifer und V0 gemessen 
und 0.35 mA erhalten. Nach R=U/I habe ich R=5 V-1.2 V/0.00035 A = 11 
kOhm berechnet, was mir bei einem fast ganz aufgedrehten 15 kOhm Poti 
höchst plausibel erschien und habe also dann denn Pin V0 über zwei 
Widerstände (10 kOhm und 1 kOhm) direkt mit 5V verbunden. Das hat 
allerdings nicht geklappt, denn der Kontrast des LCDs war nicht korrekt, 
wohl weil nämlich am Pin V0 trotzdem immer noch 5V anlagen (gegen GND).

Wo ist mein Denkfehler?

Vielen Dank!
Stefan

[Jörg R. (solar77)]

Stefan M. schrieb:
> Wo ist mein Denkfehler?

Das Poti arbeitet als Spannungsteiler, Du hast Vo direkt auf 5 V gelegt, 
über die 11K.

Ich würde das Poti verwenden, falls mal nachgeregelt werden muss.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan M. schrieb:
> Wo ist mein Denkfehler?
Ein Vorwiderstand ist kein Spannungsteiler.

Du musst einen Spannungsteiler berechnen, und zwar so, dass bei den 
nötigen 350uA in den Vo Pin (oder aus dem heraus) dort eine Spannung von 
1,2V gegen GND ist.

Und wenn dir das Rechnen zu umständlich ist, dann stell das Poti passend 
ein und miss die beiden Widerstände aus. Du kannst dann aber bei 
Temperaturschwankungen nichts nachstellen...

[Falk B. (falk)]

@Stefan M. (beefjerky)

>habe für die Einstellung des Kontrasts des LCDs statt eines
>Potentiometers eine Potentiometerschaltung aus zwei Widerständen (10
>kOhm und 1 kOhm) eingebaut (auf dem Foto im linken Drittel des
>Breadboards).

Wozu? Ein einfacher 10K Poti reicht locker.

>Jetzt meine dumme Frage: Warum muss für die Kontrasteinstellung über den
>Pin V0 des LCDs (3. Pin von Links) unbedingt kompliziert ein Poti oder
>eine Potentiometerschaltung verwendet werden?

Was ist daran kompliziert?

> Warum kann ich nicht den
>Pin V0 des LCDs über einen geeigneten Widerstand direkt mit 5V
>verbinden?

Weil 5V mal ganz sicher GANZ falsch sind. Vo liegt irgendwo um 0-1V, bei 
tiefen Temperaturen sogar UNTER 0V. Also kann man bestenfalls einen 
Einzelwiderstand gegen GND dort anschließen. Wie das im Inneren 
funktioniert, sieht man hier.

http://elm-chan.org/docs/lcd/lcd3v.html

>Was ich nämlich probiert habe: Ich habe ein Poti eingebaut und damit den
>Kontrast richtig eingestellt. An V0 lagen dann 1.2 V an (V0 gegen GND).
>Dann habe ich den Strom zwischen Potentiometerschleifer und V0 gemessen
>und 0.35 mA erhalten. Nach R=U/I habe ich R=5 V-1.2 V/0.00035 A = 11
>kOhm berechnet, was mir bei einem fast ganz aufgedrehten 15 kOhm Poti
>höchst plausibel erschien und habe also dann denn Pin V0 über zwei
>Widerstände (10 kOhm und 1 kOhm) direkt mit 5V verbunden.

Falsch. Wenn, dann an GND.

[MaWin (Gast)]

Stefan M. schrieb:
> Warum muss für die Kontrasteinstellung über den Pin V0 des LCDs (3. Pin
> von Links) unbedingt kompliziert ein Poti oder eine
> Potentiometerschaltung verwendet werden? Warum kann ich nicht den Pin V0
> des LCDs über einen geeigneten Widerstand direkt mit 5V verbinden?

Könntest du, aber nach Masse, es reicht auch ein Widerstand es muss kein 
Spannungsteiler wie beim Trimmpoti sein, denn von VO gehen intern im LCD 
schon 4 Widerstânde in Reihe a ca. 4k7 (je nach Hersteller auch grob 
abweichend) nach VCC.
Dummerweise sind Flüssigkristalle temperaturabhängig, du müsstest also 
bei 30 GradC oder 0 GradC jedesmal andere Festwiderstände einlösen. Da 
ist ein Trimmpoti schon einfacher, und das 10k Trimmpoti zwischen VCC 
und GND passt immer, ein Trimmpoti als variabler Widerstand nach Masse 
könnte von 1k bis 100k je nach LCD Hersteller bemessen sein müssen.
Es gibt Ansätze, das Trimmpoti durch einen Temperatursensor zu ersetzen 
um den Kontrast automatisch zu regeln, aber das ist auch nicht 
unabhängig vom LCD Exemplar.

[Stefan M. (beefjerky)]

Ich hatte tatsächlich gedacht, ich könnte V0 genauso einfach verkabeln 
wie den Vorwiderstand für die Hintergrundbeleuchtung des LCDs an Pin A 
(2. von rechts). Und an Pin A liegen durch den 560 Ohm Widerstand auch 
kein 5 V mehr an, sondern nur noch drei. Ich verstehe also schon mal gar 
nicht, warum hinter einem 11 kOhm Widerstand, der in gleicher Weise an 
V0 angeschlossen ist, dort immer noch 5 V anliegen! Liegt das an dem Pin 
V0 selbst und seiner internen Verkabelung?

Mir ist bewusst, dass ein Poti besser wäre, aber es geht hier um ein 
Experiment.

@falk: Ich werde das mit Verbindung mit GND statt 5 V jetzt nicht mehr 
ausprobieren, weils schon so spät ist. Verstehen tue ich es allerdings 
leider trotzdem noch nicht :-(

Vielen Dank!

[Jörg R. (solar77)]

Stefan M. schrieb:
> Ich hatte tatsächlich gedacht, ich könnte V0 genauso einfach verkabeln
> wie den Vorwiderstand für die Hintergrundbeleuchtung des LCDs an Pin A
> (2. von rechts). Und an Pin A liegen durch den 560 Ohm Widerstand auch
> kein 5 V mehr an, sondern nur noch drei. Ich verstehe also schon mal gar
> nicht, warum hinter einem 11 kOhm Widerstand, der in gleicher Weise an
> V0 angeschlossen ist, dort immer noch 5 V anliegen! Liegt das an dem Pin
> V0 selbst und seiner internen Verkabelung?

Die 3 Volt ist die Spannung die sich an den Leds einstellt, bei einen 
Strom von ca. 3,5mA. Die Funktion des 560R kannst Du nicht mit der 
Funktion des Poti vergleichen. Mit dem 560R begrenzt Du den Strom für 
die Leds, mit dem Poti stellst Du die Spannung V0 ein.

Um Dir deine Ausführungen näher zu Erläutern müsste man weiter ausholen.


> Mir ist bewusst, dass ein Poti besser wäre, aber es geht hier um ein
> Experiment.

Und warum ist das Poti dann hinderlich? Es gibt ja auch recht kleine, 
falls es ein Platzproblem ist.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan M. schrieb:
> Verstehen tue ich es allerdings leider trotzdem noch nicht :-(
Miss mal die Stromrichtung an diesem Pin. Du wirst sehen, dass die 350uA 
heraus fließen. Und demzufolge nach GND wollen. Stichwort: 
Stromkreis...

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Stefan M. schrieb:
> Warum muss für die Kontrasteinstellung über den
> Pin V0 des LCDs (3. Pin von Links) unbedingt kompliziert ein Poti oder
> eine Potentiometerschaltung verwendet werden?

Muß nicht. Du kannst die Spannung am V_O Anschluß auch anders 
einstellen. Ein Poti ist allerdings dafür das einfachste.

> Warum kann ich nicht den
> Pin V0 des LCDs über einen geeigneten Widerstand direkt mit 5V
> verbinden?

Weil die Kontrastspannung des LCD-Treibers negativ gegen Vcc sein muß. 
LCD für normalen Temperaturbereich brauchen ca. -4 .. -5V bezüglich Vcc, 
was dann 0 .. +1V bezüglich GND entspricht (bei Vcc = 5V).

LCD für erweitereten Temperaturbereich brauchen gern mal (-)7 .. 9V. Das 
sind dann negative Spannungen von -2 .. -4V bezüglich GND.

> Was ich nämlich probiert habe: Ich habe ein Poti eingebaut und damit den
> Kontrast richtig eingestellt. An V0 lagen dann 1.2 V an (V0 gegen GND).

Dann braucht dein LCD folglich (-)3.8V Kontrastspannung.

> Dann habe ich den Strom zwischen Potentiometerschleifer und V0 gemessen
> und 0.35 mA erhalten.

Aber du hast das Vorzeichen nicht beachtet. Der Strom fließt aus dem V_O 
Anschluß heraus.

> Nach R=U/I habe ich R=5 V-1.2 V/0.00035 A = 11
> kOhm berechnet
> Widerstände (10 kOhm und 1 kOhm) direkt mit 5V verbunden. Das hat
> allerdings nicht geklappt

Ja. Du hättest 1.2V/350µA ~= 3.4K gegen GND schalten müssen. Allerdings 
macht man das besser nicht so, weil der Strombedarf an V_O vom Inhalt 
des Displays abhängt. Ein Poti ist besser, weil es die Spannung stabiler 
hält.

[Theor (Gast)]

Stefan M. schrieb:
> Ich hatte tatsächlich gedacht, ich könnte V0 genauso einfach verkabeln
> wie den Vorwiderstand für die Hintergrundbeleuchtung des LCDs an Pin A
> (2. von rechts). Und an Pin A liegen durch den 560 Ohm Widerstand auch
> kein 5 V mehr an, sondern nur noch drei. Ich verstehe also schon mal gar
> nicht, warum hinter einem 11 kOhm Widerstand, der in gleicher Weise an
> V0 angeschlossen ist, dort immer noch 5 V anliegen! Liegt das an dem Pin
> V0 selbst und seiner internen Verkabelung?
>
> Mir ist bewusst, dass ein Poti besser wäre, aber es geht hier um ein
> Experiment.
>
> @falk: Ich werde das mit Verbindung mit GND statt 5 V jetzt nicht mehr
> ausprobieren, weils schon so spät ist. Verstehen tue ich es allerdings
> leider trotzdem noch nicht :-(
>
> Vielen Dank!

Das liegt sehr wahrscheinlich an der "internen Verkabelung". Darauf 
läuft Falks Vorschlag hinaus.

Es kommt zwar häufig vor, aber ein Eingang muss nicht grundsätzlich auf 
Ground bezogen sein. Das geht auch umgekehrt; also mit Bezug auf Vcc.

Feststellen kannst Du das, indem Du auch die Stromrichtung mit dem 
Potentiometer oder dem Spannungsteiler (das nennt man nicht 
Potentiometerschaltung) feststellst. Fliesst Strom in den Eingang hinein 
oder aus ihm hinaus?

[MaWin (Gast)]

Axel S. schrieb:
> weil der Strombedarf an V_O vom Inhalt des Displays abhängt. Ein Poti
> ist besser, weil es die Spannung stabiler hält.

Nein.

Es hängt von der Temperatur äb, und ein (10k) Poti funktioniert mit. 1k 
bis 100k Spannungsteilerwiderständen.

Im LCD steckt :

+5V
 |
 +--
 |
 R (3.8/0.00035)/3 Ohm bei deinem Exemplar
 |
 +--
 |
 R
 |
 +-
 |
 R
 |
 +--
 |
VO

[Karl B. (gustav)]

MaWin schrieb:
> Es gibt Ansätze, das Trimmpoti durch einen Temperatursensor zu ersetzen
> um den Kontrast automatisch zu regeln, aber das ist auch nicht
> unabhängig vom LCD Exemplar.

Hi,
noch ein paar Doku-Auszüge.

ciao
gustav

[Axel S. (a-za-z0-9)]

MaWin schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> weil der Strombedarf an V_O vom Inhalt des Displays abhängt. Ein Poti
>> ist besser, weil es die Spannung stabiler hält.
>
> Nein.

Selbstverständlich hält ein Poti die Spannung bei schwankendem Strom 
besser als ein Vorwiderstand.

> Es hängt von der Temperatur äb

Das stimmt zwar - die benötigte Kontrastspannung hängt von der 
Temperatur ab - hat aber mit der gerade diskutierten Frage nichts zu 
tun.

> Im LCD steckt :

<schnipp>

Das ist nur die halbe Wahrheit. Die Widerstände teilen die 
Kontrastspannung nochmal herunter. Und dann ist da im LCD-Controller 
eine riesige Matrix aus Analogswitches, die die Spannung von jedem 
Knoten an jede Backplane und jede Segment-Leitung des LCD legen kann. 
Dabei fließt auch etwas Strom, weil das LCD im wesentlichen ein 
Kondensator ist. Und zum Ändern der Spannung an einem Kondensator 
braucht man Strom. Wieviel Strom fließt, hängt vom Displayinhalt ab.

Und eben deshalb muß man die Kontrastspannung relativ niederohmig 
bereitstellen. Ein 10K Poti mit dem Schleifer auf 20% (entsprechend 1V 
an V_O respektive 4V Kontrastspannung) bildet eine Spannungsquelle mit 
1.6K Innenwiderstand. Ein Vorwiderstand für 1V wäre größer.

[Stefan M. (beefjerky)]

Axel S. schrieb:
> Ja. Du hättest 1.2V/350µA ~= 3.4K gegen GND schalten müssen. Allerdings
> macht man das besser nicht so, weil der Strombedarf an V_O vom Inhalt
> des Displays abhängt. Ein Poti ist besser, weil es die Spannung stabiler
> hält.

Ja, also tatsächlich! Ich bin erst jetzt dazu gekommen probehalber 
Widerstände zwischen den Pin V0 und GND zu bauen und mit 1 bis 4.7 kOhm 
kann ich den Kontrast des Display ganz gut einstellen. Ich habe es jetzt 
so verstanden, dass ich quasi die Referenz (GND) für meine Berechnung 
falsch gewählt habe, weil der Stromfluss an dem Pin umgekehrt ist. Da 
wäre ich natürlich nicht drauf gekommen und so 100%ig habe ich es 
wahrscheinlich immer noch nicht verstanden...

Trotzdem Danke für die vielen guten Erklärungen!

Viele Grüße,
Stefan

[S. R. (svenska)]

Stefan M. schrieb:
> Ich verstehe also schon mal gar nicht, warum hinter einem
> 11 kOhm Widerstand, der in gleicher Weise an V0 angeschlossen
> ist, dort immer noch 5 V anliegen!

Wenn ich einen Widerstand in Reihe schalte, dann fällt an ihm eine 
Spannung proportional zum Strom ab (Ohmsches Gesetz). Fließt "so gut 
wie" kein Strom durch den Widerstand, dann fällt an ihm auch "so gut 
wie" keine Spannung ab und du hast vorne und hinten "so gut wie" das 
gleiche Potential.

Nach dem Prinzip arbeiten auch Pullup- und Pulldown-Widerstände - die 
"ziehen" die Spannung an einer Leitung auf ein bestimmtes Potential, 
weil sie allein sind. Verbaut man einen Pullup- und einen 
Pulldown-Widerstand, bekommt man einen Spannungsteiler und die Leitung 
bekommt ein Potential zwischen oben (Pullup) und unten (Pulldown), 
außerdem fließt dann ein konstanter Strom.