Alfanumeryczne wyświetlacze LCD

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Podręczny poradnik elektronika
Alfanumeryczne
wyświetlacze LCD
część III
Inteligentne wyświetlacze alfanumeryczne LCD są elementem coraz częściej spotyka−
nym w sprzęcie powszechnego użytku: od urządzeń gospodarstwa domowego, poprzez
systemy alarmowe, na medycznym sprzęcie profesjonalnym skończywszy. Dla wielu elektroników
amatorów, chcących wykorzystać te efektowne elementy we własnych konstrukcjach są one
często tylko marzeniem. W wielu przypadkach powodem takiego stanu rzeczy nie jest bynajmniej
ich cena, lecz brak wiedzy o praktycznych sposobach na zmuszenie tego elementu do wyświetla−
nia „tego co akurat w danej chwili chcemy...”
W niniejszym artykule autor w przystępny sposób stara się zapoznać czytelników z tymi elemen−
tami, budzącymi często podziw i westchnienie niejednego początkującego konstruktora.
Praca ze sterowaniem
4−bitowym
Jak już wiesz, do komunikacji z modu−
łem oprócz sygnałów sterujących
(RW,RS,E) służy osiem linii danych:
D0...D7. Jednak każdy wyświetlacz teks−
towy ze sterownikiem HD44780 może
także pracować będąc sterowanym tylko
za pomocą 4 linii danych – D7...D4. W ta−
kim przypadku linie D3...D0 są ignorowa−
ne i mogą w związku z tym pozostać nie
podłączone. W tabeli 2 pokazana jest
zresztą instrukcja „Function Set” w któ−
rej bit D4 odpowiada za ustalenie, jaki ro−
dzaj komunikacji wybierze użytkownik
po włączeniu zasilania modułu. Jeżeli bit
ten ustawimy, moduł komunikować się
będzie poprzez 8−bitową szynę danych,
jeżeli zaś wyzerujemy go, komunikacja
będzie 4−bitowa. W tym ostatnim przy−
padku, aby przesłać kompletną instruk−
cję lub daną do wyświetlacza (a także ją
odczytać), należy wykonać to w dwóch
etapach. W pierwszym należy przesłać
starszy półbajt instrukcji lub danej, a na−
stępnie młodszy. Tak wiec np. aby wy−
świetlić literę „S” (kod: 01010011) trze−
ba najpierw podać na linie D7...D4 kom−
binację pierwszych czterech bitów czyli:
„0101”, a następnie wysłać drugą poło−
wę: „0011”. Oczywiście przed każdą po−
łówką należy odpowiednio ustawić syg−
nały RS i RW oraz uaktywnić transmisję
sygnałem E (także za każdym razem).
Różnica polega tylko na tym, że po prze−
słaniu pierwszego półbajtu nie jest po−
trzebne sprawdzanie flagi zajętości, lub
czekanie przez, podany w tabeli 2, czas,
w którym moduł wykonuje wewnętrzną
operację. Dzięki temu ogólny czas obsłu−
gi interfejsu 4−bitowego, szczególnie
w układach mikroprocesorowych, nie
jest o wiele dłuższy niż przy pełnym 8−bi−
towym interfejsie.
Pod koniec opisu modułów LCD poka−
żę przykładowy sposób podłączenia wy−
świetlacza poprzez interfejs zarówno
8 jak i 4−bitowy.
C=0: kursor wygaszony,
B=0 wyłączona funkcja migania
kursora lub znaku
– nastawy: „Entry Mode Set”:
I/D=1 : +1 (zwiększanie adresu),
S=0: bez przesuwania
– pamięć wyświetlania DD RAM jest
wypełniona spacjami, zaś pamięć CG
RAM jest wypełniona przypadkowymi
danymi.
Rozpoczęcie pracy w takim przypadku
może się odbyć w sposób normalny, czy−
li np. jak podano w przykładzie z tabeli 4.
Jeżeli zaś czas narastania napięcia po
włączenia zasilania modułu nie mieści
się w podanych wcześniej granicach,
niezbędne jest wykonanie procedury ini−
cjującej przez układ sterujący użytkowni−
ka. Kolejne kroki takiej operacji dla inter−
fejsu 4 i 8−bitowego podane są na
rysunku 8 ii 9.
W praktyce przypadek kiedy zasilanie
nie spełnia wymogów umożliwiających
prawidłową inicjalizację modułu jest bar−
dzo rzadki, szczególnie gdy w zasilaczu
pracuje monolityczny stabilizator napięcia
np. 7805, a kondensator filtrujący zasila−
nie po stronie wtórnej stabilizatora nie
jest zbyt duży (47uF...220uF). W każdym
razie w przypadku kiedy moduł odmówi
„posłuszeństwa” po załączeniu zasilania,
pomimo wprowadzania komend i instruk−
cji w celu wyświetlenia czegoś na disple−
ju LCD, należy zastosować programową
procedurę inicjalizacyjną, taką jak omó−
wiona wcześniej.
Inicjalizacja – czyli co się
dzieje po włączeniu
zasilania
Jak każde inteligentne urządzenie mo−
duły LCD, po dołączeniu do nich zasilania,
przez jakiś określony czas wykonują auto−
matyczną procedurę inicjalizacji swych
„wnętrzności”.
W przypadku modułów z HD44780
czas ten wynosi z reguły 10 ms. Moduł
realizuje funkcję „zerowania” dzięki wbu−
dowanemu w moduł układowi „reset”.
Podczas tego okresu wyświetlacz nie
przyjmuje żadnych rozkazów, toteż
w układach sterujących warto przewi−
dzieć możliwość opóźnienia o wspomnia−
ny czas (najlepiej z zapasem: 20ms) po
ustabilizowaniu się napięcia zasilania na
poziomie 4,5V lub więcej. W przypadku
kiedy po włączeniu zasilania czas narasta−
nia napięcia spełnia wymogi modułu, czy−
li zawiera się w granicach 0,1ms...10ms
przy wzroście od 0,2V do 4,5V, układ re−
setu pracuje poprawnie zapewniając pra−
widłową inicjalizację wyświetlacza. W ta−
kim przypadku wartości początkowe re−
jestrów wewnętrznych są następujące:
– panel LCD wygaszony (“display clear”)
– nastawy „Function Set”:
DL=1 : 8−bitowa szyna danych,
N=0 : wyświetlanie w trybie 1
liniowym,
F=0 : matryca znaku 5x7 punktów;
– nastawy „Display ON/OFF”:
D=0 : wyświetlacz wygaszony,
Struktura wewnętrznych
pamięci modułu
Jak wspomniałem wcześniej, moduł
posiada trzy rodzaje wewnętrznej pamię−
ci, powtórzmy je sobie:
36
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98
Podręczny poradnik elektronika
– CG ROM : pamięć generatora znaków,
jest to pamięć stała (ROM) z zapisany−
mi danymi, na podstawie których wy−
świetlany jest jeden ze 160 znaków.
Zawartość CG ROM podałem wcześ−
niej w tabeli na rysunku 4.
– DD RAM : pamięć typu RAM o pojem−
ności 80 znaków (bajtów) przechowu−
jąca kody znaków do wyświetlenia na
panelu LCD. Pamięć ta może być zapi−
sywane lub odczytywana przez ze−
wnętrzny układ sterujący.
– CG RAM : pamięć typu RAM o pojem−
ności 64 bajtów przeznaczona na defi−
niowanie znaków przez użytkownika.
Poniżej zapoznam cię dokładnie ze
strukturą tych pamięci i ich znaczeniem
dla pracy modułu.
Pamiięć CG ROM.. Znaczenie tej pa−
mięci zostało już wyjaśnione, a struktura
została przedstawiona na rysunku 4.
W artykule nie podano wyglądu znaków
kiedy moduł pracuje w trybie 5x10 punk−
tów. Po pierwsze dlatego, że nie wszyst−
kie moduły mogą pracować w tym trybie,
po drugie: różnica w wyglądzie znaków
z matrycy 5x7 i 5x10 jest niewielka, różni
się tylko ostatnie 16 znaków o kodach:
Rys. 8. Programowa inicjalizacja modułu z interfejsem 8−bitowym
Rys. 9. Programowa inicjalizacja modułu z interfejsem 4−bitowym
240...255. Znaki te nie wchodzą w skład
alfabetu łacińskiego, a są symbolami z in−
nych zbiorów znaków. Jeżeli kogoś inte−
resuje zawartość i wygląd tych znaków,
powinien sprawdzić to w praktyce, kupu−
jąc wyświetlacz, ewentualnie przestudio−
wać literaturę [1]. Pamięć CG ROM jest
adresowana (tak właściwie to jest adre−
sowany cały blok bajtów opisujący kon−
kretny znak) poprzez wpisanie kodu zna−
ku do wyświetlenia przy RS=1 i RW=0.
Nie jest możliwa ingerencja i modyfikacja
tej pamięci, ani nie jest możliwe dołącze−
nie np. zewnętrznej pamięci tego typu.
Na rynku elektronicznym istnieją wer−
sje wyświetlaczy tekstowych LCD zgod−
nych programowo z opisywanym tu stan−
dardem, lecz zawartość pamięci CG
ROM poszczególnych modeli w zakresie
kodów: 128...255 może się nieco różnić.
Są to jednak znaki spoza naszego alfabe−
tu, toteż nie stanowi to dużego problemu
dla użytkownika, szczególnie że może on
zawsze zdefiniować swój nietypowy
znak korzystając z pamięci CG RAM.
Pamiięć DD RAM.. Pamięć ta służy do
przechowywania kodów znaków do wy−
świetlenia, jej pojemność dla każdego
modułu opartego o sterownik HD44780
wynosi 80 bajtów (znaków). Jak już
wiesz, w przypadku kiedy panel LCD wy−
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98
37
Podręczny poradnik elektronika
świetlacza ma mniejsza „długość” , wyświetlana jest tylko
część tekstu, zawartego w DD RAM. Pozostała część pamięci
może być wykorzystana przez programistę jako pamięć RAM
dowolnego wykorzystania. W praktyce jednak zapisuje się do
niej maksymalnie dużo komunikatów (które mają być wyświet−
lone), by potem w razie potrzeby, poprzez zwykłe przesunięcie
tekstu (poprzez komendy przesuwające) pokazać żądany tekst.
Innym sposobem, szczególnie przydatnym dla początkujących
w dziedzinie obsługi wyświetlaczy tego typu, jest zapis do pa−
mięci DD RAM tylko tej części tekstu, która może być wyświet−
lona. Jeżeli potrzeba pokazać coś innego, wystarczy polece−
niem „clear display” wyczyścić pamięć DD RAM a potem zapi−
sać nowy, żądany tekst.
Kolejne komórki DD RAM są oczywiście ponumerowane,
w tym przypadku będzie to zakres 0...79 (80 znaków), w zapisie
szesnastkowym: 00h...4Fh. Takim zapisem będziemy się posłu−
giwać w dalszej części opisu pamięci wyświetlacza.
Dla trybu jednoliniowego, kiedy w instrukcji „Function Set”
(patrz tabela 2) bit N=0 organizacja pamięci DD RAM jest nastę−
pująca:
Dla przykładu w najbardziej popularnym wyświetlaczu LCD
2x16 znaków struktura „widocznej” DD RAM jest następująca:
Kiedy realizowane jest przesuwanie, struktura DD RAM przy−
jmuje postać:
F
W przypadku, gdy wyświetlacz posiada panel LCD o mniej−
szej (<80) liczbie pozycji, wyświetlana jest tylko część tekstu,
np. dla panelu 1x8 mamy:
Jak widać, w trybie 2−liniowym, przy przesuwaniu tekst prze−
suwany jest w obrębie każdej linii osobno, można powiedzieć,
że „zapętla” się w obszarze jednej linii. Ta właściwość jest bar−
dzo przydatna szczególnie przy demonstracyjnym przesuwaniu
komunikatów wieloliniowych.
Istnieją modele wyświetlaczy 1x16 znaków np. Hitachi typ
LM020, w którym pomimo 1 linii wyświetlającej 16 znaków
przyporządkowanie poszczególnych matryc na panelu LCD do
adresów w DD RAM jest nieco inne:
Podczas wykonania operacji przesuwania tekstu adres podą−
ża jak pokazano poniżej:
Dla przykładu struktura pamięci 16−znakowego wyświetlacza
(1x16) ma postać:
Dla tego modelu LCD podczas inicjalizacji powinna być wpi−
sana instrukcja „Function set” z bitem N=1, czyli praca w try−
bie 2−liniowym, inaczej aktywna będzie tylko połowa (8 znaków)
wyświetlacza.
Dla większych modułów, wieloliniowych modułów LCD układ
adresów w zależności od pozycji znaku i linii jest następujący:
Przy przesuwaniu zawartość pamięci wygląda następująco:
W trybie dwuliniowym, kiedy w instrukcji „Function Set”
(patrz tabela 2) bit N=1 organizacja pamięci DD RAM jest nieco
inna
Jak widać w tym przypadku pamięć DD RAM jest podzielo−
na na dwie części, po 40 bajtów pojemności każda. Pierwsza
część (linia) zawiera adresy 00...27h (0...39), druga zaś adresy:
40h...67h (64...103).
Kiedy wyświetlacz ma mniej (np. 2x8) znaków w linii niż 40,
adresy są oczywiście ułożone w następujący sposób:
W przypadku przesuwania zawartości DD RAM w trybie 2−li−
niowym adresy w liniach 1 i 2 wyglądają następująco:
Ważną informacją jest to, że każdorazowe wpisanie danej do
pamięci CG RAM powoduje automatyczną inkrementację liczni−
ka adresu. Dzięki temu nie jest konieczne ustawianie go za każ−
dym razem przed wpisanie kolejnej litery tekstu.
Po tej sporej liczbie przykładów warto poeksperymentować
z nawet najtańszym, zakupionym modułem tekstowym LCD.
Zapewniam cię, że każdy zgodny z omawianym standardem,
tak czy inaczej, da się „opanować” nawet przez mało doświad−
czonego w tej materii elektronika.
Pamiięć CG RAM.. Przyszła wreszcie pora na przedstawienie
zasad wprowadzania zdefiniowanych przez użytkownika zna−
38
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98
Podręczny poradnik elektronika
ków. Do tego celu służy właśnie CG
RAM. Jak już wiesz, jej pojemność to 64
bajty, co pozwala na zdefiniowanie 8 zna−
ków, każdy opisany jest przez 8 bajtów,
a każdy z tych bajtów opisuje 1 wiersz
matrycy pojedynczego znaku. Skoro po−
wiedziałem wcześniej, że matryca znaku
ma postać w tym wypadku 5x7, to po co
ten ósmy bajt? – a no po nic. Jest on po
prostu „marnowany”. Tak samo jest z bi−
tami w danym bajcie, opisującym wiersz,
istotne jest tylko 5 najmłodszych bitów,
bo przecież matryca ma 5 kolumn. Jeżeli
dwa ostatnie zdania nie są zbyt jasne, po−
może ci z pewnością rysunek 10.
Teraz już chyba powinieneś wiedzieć
dlaczego powiedziałem wcześniej że
część bitów jest „marnowana”. Jest to
jednak tylko pozorne marnotrawstwo,
bowiem dzięki takiemu ułożeniu informa−
cji w pamięci CG RAM możliwe jest lo−
giczne i kolejne adresowanie definiowa−
nych komórek. W tabellii 5 pokazano
strukturę pamięci CG RAM.
Dla przykładu jako pierwszy znak
(kod=00h) zdefiniowano „szachownicę”,
pod kodem 02h znak „karo”, ostatnim zde−
finiowanym znakiem są cztery poziome li−
nie. Bity oznaczone gwiazdką nie mają zna−
czenia przy definiowaniu matrycy znaku.
Ósmy wprowadzany kolejno bajt
(wiersz) matrycy znaku nie jest istotny, ze
względu na zastosowane matryce LED:
5x7, zwykle należy wpisać 00h.
Tak więc, aby zdefiniować np. 4 nowe
znaki, należy najpierw wykonać instruk−
cję ustawienia adresu w CG RAM na po−
zycję 0 (patrz tabela 2): „Set CG RAM Ad−
dress” i
RS RW D7...D0
0 0 01000000
Następnie należy kolejno wpisywać
wszystkie bajty, po kolei od pierwszego,
Rys. 10. Matryca definiowanego znaku, a bajty ją opisujące
opisującego pierwszy (górny) wiersz mat−
rycy pierwszego znaku, aż do ostatniego
31−ego (32−gi jest i tak równy „0” więc
nie ma potrzeby go wpisywać) bajtu, opi−
sującego ostatni wiersz 4−tej matrycy de−
finiowanego znaku.
Tak samo jak w przy−
padku pamięci DD RAM
po każdym wpisie danej do tej pamięci
licznik adresu jest automatycznie inkre−
mentowany, toteż nie jest potrzebne
ustawianie adresu za każdym razem za
pomocą instrukcji „Set CG RAM Ad−
dress”.
Obok w tabellii 6 przedstawiam 2 kom−
plety danych (po 64 bajty), umożliwiają−
cych zdefiniowanie 16 polskich
znaków, w pierwszym przypadku
są to litery małe: „ąćęłńóśż”,
w drugim duże: „ĄĆĘŁŃÓŚŻ”.
Dzięki tym danym nie będziesz
musiał samodzielnie męczyć się
z rysowaniem „kropka po kropce”
każdej polskiej litery.
Oczywiście po zdefiniowaniu
wszystkich 8 znaków ich kolejne
kody będą zgodne z tabelą na
rysunku 4, czyli np. znak „ą” bę−
dzie miał kod 00h, znak „ć” kod
01, itd., aż do kodu 07.
Ciąg dalszy w następnym
numerze EdW.
Słławomiir Surowiińskii
Tabela 5
Tabela 6
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98
39
[ Pobierz całość w formacie PDF ]