3.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:

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

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:

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−

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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: