sterowanie sterowników wyświetlaczy graficznych 1.pdf

Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych

P R O J E K T Y

Programowanie

sterowników wyświetlaczy

graficznych, część 1

Wyświetlacz graficzny LCD

z kontrolerem T6963C

Artyku³ ten jest doúÊ

nietypowy - przynajmniej jak

na EP. Opisujemy w†nim

bowiem konstrukcjÍ

urz¹dzenia, ale tylko przy

okazji opisu sposobu

sterowania graficznych

wyúwietlaczy LCD.

Artyku³u tego nie moøna

przegapiÊ! Znajdziecie w†nim

bowiem komplet informacji

o†sposobach sterowania

graficznych wyúwietlaczy oraz

doskona³e narzÍdzie do

sterowania nimi.

Gdy budujemy jakiekolwiek

urz¹dzenie mikroprocesorowe pra-

wie zawsze zachodzi koniecznoúÊ

wyúwietlenia danych: wynikÛw

pomiaru, wprowadzonych para-

metrÛw, czasu, daty itp. W†wiÍk-

szoúci przypadkÛw wystarcza nam

wizualizacja znakowa. Jest ona

³atwo realizowalna (LED, LCD,

wyúwietlacze alfanumeryczne),

w†miarÍ tania, a†takøe wielokrot-

nie opisywana i†nie stwarzaj¹ca

wiÍkszych problemÛw programo-

wych.

Jednak czasem - chociaø raczej

rzadko w†domowych, amatorskich

aplikacjach - funkcje urz¹dzenia

wymagaj¹ wizualizacji graficznej.

Jest tak na przyk³ad w†razie ko-

niecznoúci przedstawiania prze-

biegÛw czasowych, zwiÍz³ego

i†skutecznego zobrazowania prze-

biegu procesu technologicznego

lub stanu urz¹dzeÒ itp. W†takich

przypadkach warto siÍgn¹Ê po

uniwersalne, graficzne wyúwietla-

cze LCD. S¹ one dostÍpne w†rÛø-

nych rozmiarach i†wykonaniach,

pocz¹wszy od ca³kiem niewiel-

kich (128x32 piksele), a†koÒcz¹c

na duøych ekranach uøywanych

w†laptopach.

W†naszym przyk³adzie wyko-

rzystania wyúwietlacza graficzne-

go uøyjemy modelu LM24014H

firmy Sharp o†wymiarach ekranu

240x64 piksele.

Budowa wyúwietlacza

Podobnie jak w†wyúwietlaczach

alfanumerycznych mamy do czy-

nienia ze zintegrowanym zespo³em

panelu LCD oraz elektroniki ste-

ruj¹cej, pozwalaj¹cej na stosunko-

wo proste sterowanie wyúwietla-

czem. Schemat blokowy urz¹dze-

nia jest przedstawiony na rys. 1 .

Ekran panelu LCD jest matry-

c¹ 240x64 sterowanych indywi-

dualnie pikseli. Jest wykonany

jako transfleksyjny, czyli moøe

pracowaÊ zarÛwno ze úwiat³em

zewnÍtrznym - odbitym, jak i†ze

úwiat³em przechodz¹cym, emito-

wanym przez podúwietlaj¹c¹ foliÍ

elektroluminescencyjn¹. Stanem

aktywnym (zapaleniem) piksela

jest jego zaciemnienie. Indywidu-

Elektronika Praktyczna 6/99

Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych

Przyk³ad rozwi¹zania uk³adowego

jest podany na schemacie inter-

fejsu steruj¹cego wyúwietlaczem

(przedstawimy go w†EP7/99). Po-

bÛr pr¹du dla poszczegÛlnych

napiÍÊ wynosi úrednio ok. 12mA

dla +5V i†ok. 1,5mA dla Vee=

-10V.

Rys. 1. Schemat blokowy wyświetlacza LM24014H.

Organizacja procesu

wyúwietlania

Wyúwietlacz dysponuje tryba-

mi graficznym i†tekstowym, ktÛre

mog¹ byÊ niezaleønie w³¹czane

i†wy³¹czane. W†trybie graficznym

ekran jest podzielony na 64 linie,

a†kaøda linia na 40 zespo³Ûw

(pattern) po 6 pikseli. Kaødy

pattern odpowiada jednemu baj-

towi pamiÍci, z†wykorzystanymi 6

m³odszymi bitami. Ustawienie bi-

tu (1) oznacza zapalenie (zaciem-

nienie) piksela. W†trybie teksto-

wym ekran dzieli siÍ na 8†linii

po 40 (font 6x8) lub 30 (font 8x8)

znakÛw. Znaki mog¹ byÊ pobie-

rane z†generatora wbudowanego

(CG-ROM) lub ³adowanego (CG-

RAM). Do dyspozycji mamy teø

programowo konfigurowany kur-

sor.

Tryby mog¹ ze sob¹ wspÛ³pra-

cowaÊ w†rÛønych stylach:

OR - sumowanie - znaki i†grafika

s¹ wyúwietlane niezaleønie od

siebie,

alne wysterowanie kaødego pik-

sela zapewnia zespÛ³ driverÛw

(U1 - wiersze, U2, U3, U4 -

kolumny) podaj¹cych w†odpo-

wiednie miejsca ekranu napiÍcie

przemienne miÍdzy elektrodami

wiersza i kolumny. Odpowiednie

napiÍcia s¹ formowane z†zewnÍt-

rznego zasilania przez pomocni-

czy uk³ad U7.

Wszelkimi operacjami logicz-

nymi oraz komunikacj¹ zajmuje

siÍ zespÛ³ steruj¹cy: kontroler U5

wspÛ³pracuj¹cy z†pamiÍci¹ SRAM

8kBx8 - U6, wspomagany deko-

derem U8 i†rezonatorem ceramicz-

nym XTAL. Jako kontroler pracuje

uk³ad Toshiby T6963C. Chociaø

w†wyúwietlaczach graficznych nie

ma tak uniwersalnego standardu

jaki stanowi na przyk³ad uk³ad

Hitachi HD44780 w†wyúwietla-

czach alfanumerycznych - to

T6963C jest spotykany dosyÊ czÍs-

to i†opisane dalej zasady jego

obs³ugi mog¹ siÍ przydaÊ takøe

dla innych typÛw wyúwietlaczy.

£¹cznoúÊ kontrolera z†otoczeniem

zapewnia 20-pinowe typowe z³¹-

cze (piny widziane od strony

panelu - nie od strony gniazda):

1- FGND - masa obudowy (me-

talowej ramki mocuj¹cej panel

LCD)

2- GND (inaczej Vss) - masa

3- Vdd - zasilanie uk³adÛw logiki

(+5V)

4- Vee - zasilanie panelu LCD

(regulacja kontrastu - ok. -10V)

5- WR - zapis (aktywny poziom

niski)

6- RD - odczyt (aktywny poziom

niski)

7- CE - wejúcie zezwalaj¹ce (ak-

tywny poziom niski)

8- C/D - prze³¹czanie: komendy/

dane (HI - komenda, LO - dana)

9- NC - nie pod³¹czone

10 - RESET - zerowanie (pozio-

mem niskim)

11 - 18 - D0..D7 - magistrala

danych

19 - FS - wybÛr szerokoúci fontu

(HI - 6x8, LO - 8x8) (dla trybu

tekstowego)

20 - NC - nie pod³¹czone

Operuj¹c odpowiednio po-

wyøszymi sygna³ami realizu-

jemy potrzebne sekwencje za-

pisu i†odczytu komend i†da-

nych. Zaleønoúci czasowe po-

miÍdzy sygna³ami zosta³y

przedstawione na rys. 2 .

Jak widaÊ, jest tu wiele

zbieønoúci ze sposobem ste-

rowania wyúwietlaczem alfa-

numerycznym, chociaø oczy-

wiúcie wystÍpuje o†wiele wiÍ-

cej komend, trybÛw pracy itp.

Kilka s³Ûw o†napiÍciach

zasilania. Uk³ady logiczne

maj¹ typowe, w³asne zasila-

nie +5V. NapiÍcie dla pane-

lu LCD jest natomiast formo-

wane z†napiÍÊ Vdd i†Vee.

Maksymalny zakres Vee to

-12V do -6V. Naleøy zapew-

niÊ regulacjÍ tego napiÍcia,

gdyø jego optymalna wartoúÊ

(decyduj¹ca o†kontraúcie) za-

leøy (w granicach ok. 1V) od

egzemplarza wyúwietlacza.

Rys. 2. Przebiegi czasowe charakteryzujące

interfejs wyświetlacza LM24014H.

Elektronika Praktyczna 6/99

Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych

Rys. 3. Format i znaczenie stanów sterujących.

STA 2 †- gotowoúÊ

do odczytu danej

w†trybie AUTO: 1†-

gotÛw, 0†- zajÍty

STA 3 †- gotowoúÊ

do zapisu danej

w†trybie AUTO: 1†-

gotÛw, 0†- zajÍty

STA 4 †- nieistotny

STA 5 †- wskaünik

stanu po zerowaniu

(przez ok. 2ms po

zerowaniu kontroler

stabilizuje zegar

i†nie wykonuje ope-

racji)

STA 6 †- wskaünik b³Ídu w†niektÛ-

rych operacjach dotycz¹cych ob-

szaru graficznego, b³¹d (1) jest

sygnalizowany przy prÛbie ope-

racji graficznej pod adresem

wykraczaj¹cym poza ustawiony

obszar graficzny pamiÍci

STA 7 †- wskaünik migania: 1†-

w³¹czony, 0†- wy³¹czony.

Status odczytujemy przy pozio-

mie wysokim na linii C/D (zestaw

sygna³Ûw przy poszczegÛlnych

operacjach jest przedstawiony na

rys. 3 ).

Komendy mog¹ byÊ bez argu-

mentÛw, z†argumentem 1-bajtowym

lub z†argumentem 2-bajtowym. Tro-

chÍ nietypowy jest spo-

sÛb wprowadzania argu-

mentÛw: wpisujemy je

w†pierwszej kolejnoúci

w†operacjach zapisu da-

nych, a†dopiero potem -

w†operacji zapisu ko-

mendy - wpisujemy kod

komendy informuj¹c

kontroler co ma zrobiÊ

z†juø przes³anymi argu-

mentami.

Dane moøemy wpro-

wadzaÊ pojedynczo (ko-

mendami zapisu jedne-

go bajtu), dla wiÍkszych

blokÛw danych naleøy

jednak uøywaÊ trybu

AUTO - kolejne wpisy-

wane bajty danych s¹

w†tym trybie przyjmo-

wane bez dodatkowej

komendy, z†jednoczesn¹

inkrementacj¹ adresu

w†pamiÍci RAM.

Przyk³adowe sek-

wencje operacji s¹

przedstawione na rys.

4 . Poniøej zamieszczono

dok³adne opisy po-

szczegÛlnych komend.

Konfiguracja pamiÍci . Argument

dwubajtowy D1, D2, kod

010000AA:

AA=00 - ustawienie adresu po-

cz¹tku obszaru tekstowego w†pa-

miÍci, w†D1 m³odszy bajt adre-

su, w†D2 starszy bajt adresu;

AA=01 - ustawienie szerokoúci

pola tekstowego (liczby znakÛw

w†linii), w†D1 liczba kolumn,

D2=0;

AA=10 - ustawienie adresu po-

cz¹tku obszaru graficznego w†pa-

miÍci, w†D1 m³odszy bajt adre-

su, w†D2 starszy bajt adresu;

AA=11 - ustawienie szerokoúci

ekranu graficznego (w 6-pikse-

lowych patternach ) w†D1 liczba

kolumn, D2=0.

AND - iloczyn - zapalone zostaj¹

tylko piksele, ktÛre s¹ aktywne

w†obu trybach,

EXOR - wy³¹cznoúÊ - zapalone

zostaj¹ tylko piksele rÛøni¹ce

siÍ w†obu trybach,

ATTR - tekst z†atrybutami (grafika

musi byÊ wy³¹czona - atrybuty

s¹ pobierane z†obszaru graficz-

nego pamiÍci). Wszystkie nie-

zbÍdne dane s¹ przechowywane

w†pamiÍci U6 w†wydzielonych

obszarach: grafiki, tekstu, gene-

ratora CG-RAM, atrybutÛw tek-

stu. Adresy tych obszarÛw s¹

wprowadzone do kontrolera

podczas konfiguracji. Kaøda

zmiana zawartoúci pamiÍci jest

samoczynnie przenoszona na ek-

ran. Poniewaø pamiÍÊ ma struk-

turÍ liniow¹ - dodatkowo wpi-

sujemy do kontrolera ø¹dan¹

szerokoúÊ pola tekstu lub obrazu

(w znakach tekstowych oraz

patternach graficznych), co po-

zwala podzieliÊ obszar pamiÍci

na poszczegÛlne wiersze. Loka-

lizacja poszczegÛlnych obszarÛw

jest dowolna.

Zapis do wewnÍtrznych rejest-

rÛw . Argument dwubajtowy D1,

D2, kod 00100AAA:

AAA=001 - ustawienie pozycji

kursora, w†D1 wspÛ³rzÍdna po-

zioma x†w†zakresie 0..127 (7

bitÛw), w†D2 wspÛ³rzÍdna pio-

nowa y†(od gÛry) w†zakresie

0..31 (5 bitÛw);

AAA=010 - ustawienie offsetu

³adowalnego generatora znakÛw

(CG-RAM), w†D1 offset w†zakre-

sie 0..31 (5 bitÛw), D2=0;

Sterowanie wyúwietlaczem

Do wyúwietlacza wysy³amy ko-

mendy konfiguracyjne i†steruj¹ce

oraz potrzebne dane. OdczytywaÊ

moøemy status, zawartoúÊ pamiÍci

oraz ekranu. W†praktyce najbar-

dziej potrzebny jest odczyt statu-

su, gdyø przed kaødym wpisem

danej lub komendy do kontrolera

musimy sprawdziÊ czy jest on

gotÛw na jej przyjÍcie, o†czym

úwiadczy ustawienie odpowied-

nich bitÛw w†s³owie statusu:

STA 0 †- gotowoúÊ do zapisu in-

strukcji: 1†- gotÛw, 0†- zajÍty

STA 1 †- gotowoúÊ do zapisu/

odczytu danej: 1†- gotÛw, 0†-

zajÍty

Rys. 4. Algorytmy sterowania wyświetlaczem

LM24014H.

Elektronika Praktyczna 6/99

Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych

komendy dotycz¹cej jednego baj-

tu. Schemat uøycia do zapisu

jest pokazany na rys. 4. Naleøy

pamiÍtaÊ, øe przy w³¹czonym

trybie AUTO gotowoúÊ kontro-

lera okreúlaj¹ oddzielne bity

s³owa statusu (STA2 dla odczy-

tu, STA3 dla zapisu).

AA=00 - w³¹czenie trybu AUTO

do zapisu,

AA=01 - w³¹czenie trybu AUTO

do odczytu,

AA=1* - wy³¹czenie trybu AUTO

(* - stan dowolny).

Bit 2 †- ekran tekstowy widoczny,

Bit 3 †- ekran graficzny widoczny.

Ustawianie stylu wyúwietlania .

Komenda bez argumentu, kod

1000AAAA.

Bity 0,1,2 stanowi¹ prze³¹cznik

stylu:

AAA=000 - OR (suma grafiki

i†tekstu),

AAA=001 - EXOR (wyúwietlanie

rÛønicowe grafiki i†tekstu),

AAA=011 - AND (iloczyn grafiki

i†tekstu),

AAA=100 - tekst z†atrybutami.

Bit 3†stanowi niezaleøn¹ flagÍ

wyboru generatora znakÛw: 1†-

³adowany CG-RAM, 0†- wbudowa-

ny CG-ROM. Przy w³¹czeniu atry-

butÛw tekstu naleøy kody atrybu-

tÛw ulokowaÊ w†obszarze graficz-

nym pamiÍci. Jednoczeúnie ozna-

cza to, øe tryb graficzny jest przy

uøyciu atrybutÛw nieaktywny.

Moøna albo prze³adowaÊ obszar

graficzny kodami atrybutÛw, albo

wydzieliÊ dla atrybutÛw oddzielny

blok pamiÍci i†odpowiednio prze-

stawiÊ adres obszaru graficznego.

Kody atrybutÛw wykorzystuj¹

4 najm³odsze bity:

0000 - znak normalny,

0011 - znak wygaszony,

1000 - znak migaj¹cy.

W†dokumentacji sterownika po-

dano takøe 0101 - inwersja, ale nie

wiedzieÊ czemu nie uda³o mi siÍ

tego uzyskaÊ. Generator CG-ROM

pomija znaki steruj¹ce - zaczyna siÍ

od spacji $20. Naleøy wiÍc odpo-

wiednio przeliczyÊ kody ASCII przy

³adowaniu tekstu. Jeúli chcemy uøy-

waÊ w³asnych znakÛw musimy nie-

stety za³adowaÊ wszystko - nie

moøna korzystaÊ czÍúciowo z†ROM

i†RAM. U³atwieniem jest zamiesz-

czony w†kodzie ürÛd³owym przyk³a-

dowy generator z†polskimi znakami.

Rys. 5. Okno programu testowego.

Ustawienie rozmiaru kursora .

Komenda bez argumentu, kod

10100AAA:

AAA+1 = wysokoúÊ kursora (np.

AAA=000 - jedna linia od do³u,

AAA=111 - kursor na ca³y obszar

znaku).

AAA=100 - ustawienie wskaüni-

ka adresowego, w†D1 m³odszy

bajt adresu, w†D2 starszy bajt

adresu - nastÍpnie wykonywa-

ne operacje zapisu lub odczytu

bÍd¹ dotyczyÊ tego adresu. Do-

datkowego wyjaúnienia wyma-

ga offset CG-RAM. Struktura

generatora znakÛw jest nastÍ-

puj¹ca:

Odczyt/zapis bajtu danych . Ko-

menda bez argumentu przy od-

czycie, natomiast z†argumentem

jednobajtowym D1 przy zapisie,

kod 11000AAA.

Mechanizm uøywania jest nastÍ-

puj¹cy: najpierw naleøy ustawiÊ

wskaünik adresu, przy zapisie -

wpisaÊ dan¹ D1 i†komendÍ z†ko-

dem do zapisu, kontroler ulokuje

D1 pod podanym adresem. Przy

odczycie - wpisaÊ komendÍ z†ko-

dem do odczytu (kontroler przy-

gotuje zawartoúÊ podanego wczeú-

niej adresu) i†odczytaÊ dan¹.

AAA=000 - zapis danej z†inkre-

mentacj¹ wskaünika adresowego,

AAA=001 - odczyt danej z†inkre-

mentacj¹ wskaünika adresowego,

AAA=010 - zapis danej z†dekre-

mentacj¹ wskaünika adresowego,

AAA=011 - odczyt danej z†dekre-

mentacj¹ wskaünika adresowego,

AAA=1*0 - zapis danej bez zmia-

ny wskaünika adresowego,

AAA=1*1 - odczyt danej bez

zmiany wskaünika adresowego

(* - stan dowolny).

opis kaødego znaku jest za-

warty w†8-bajtowym obszarze

pamiÍci (kolejne bajty opisuj¹

kolejne wiersze znaku),

kod znaku podany w†obszarze

tekstowym ekranu (0..$ff)

wskazuje na odpowiedni opis

znaku - do ulokowania pe³nej

tablicy znakÛw potrzebujemy

wiÍc 8x256=2048 bajtÛw (2kB),

ktÛrych zaadresowanie wyma-

ga 10 bitÛw.

Offset CG-RAM okreúla lokacjÍ

2†kB generatora w†8†kB pamiÍci -

inaczej mÛwi¹c jest najstarszymi,

pocz¹wszy od 11, bitami adresu.

Na przyk³ad offset=1 ustawia po-

cz¹tek obszaru generatora na $800

(rzecz jasna naleøy zadbaÊ, aby

generator mieúci³ siÍ w†granicach

obszaru pamiÍci!).

Ustawianie trybu wyúwietlania .

Komenda bez argumentu, kod

1001AAAA. W†tej komendzie bi-

ty 0..3 s¹ uøyte jako flagi, czyli

mog¹ byÊ ustawiane niezaleønie.

Ustawienie (1) oznacza w³¹cze-

nie przypisanego danej fladze

trybu.

Bit 0 †- miganie kursora,

Bit 1 †- kursor widoczny,

Tryb AUTO . Komenda bez ar-

gumentu, kod 101100AA.

Pozwala na za³adowanie lub

odczyt kolejno wiÍkszej liczby

bajtÛw danych bez kaødorazo-

wego wywo³ywania poprzedniej

Zapalanie indywidualnego bitu .

Komenda bez argumentu, kod

1111AAAA.

Elektronika Praktyczna 6/99

Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych

Bity 0,1,2 okreúlaj¹ pozycjÍ

bitu w†bajcie (wskazywanym

przez zawartoúÊ wskaünika ad-

resowego). Bit 3†oznacza: 1†-

zapalenie piksela, 0†- zgaszenie

piksela.

3. Wpisanie odpowiedniej liczby

danych.

4. Wy³¹czenie trybu AUTO.

Powyøszy opis nie obj¹³ mniej

przydatnych w†praktycznym wy-

korzystaniu wyúwietlacza funkcji

odczytywania zawartoúci ekranu,

kopiowania linii, czy teø uøywa-

nia okna przewijanego - pozosta-

wiam to Czytelnikom do ewentu-

alnych w³asnych eksperymentÛw.

Rzecz jasna, w†rzeczywistych

aplikacjach konieczne jest przygo-

towanie sobie szeregu - zaleønie

od potrzeb - funkcji graficznych,

np. rysuj¹cych linie, ramki, wykre-

sy itp. Bardzo efektownym przy-

k³adem takiej profesjonalnej biblio-

teki jest Window Server w†palm-

topach Psion. We w³asnych pro-

jektach jednakøe na ogÛ³ wystarcz¹

znacznie prostsze rozwi¹zania.

W†szczegÛlnoúci czÍsto moøemy

mieÊ do czynienia z†³adowaniem

pe³noekranowej grafiki (logo firmo-

we, t³o itd.). Do przygotowania

grafiki w†formacie zgodnym z†po-

trzebami wyúwietlacza s³uøy spe-

cjalnie napisany program. Pracuje

on w†úrodowisku Windows i†po-

zwala na przekodowanie typowych

plikÛw *.bmp. Dodatkowo moøna

z†jego pomoc¹ wygenerowaÊ goto-

wy tekstowy plik assemblerowy do

do³¹czenia do oprogramowania

mikrokontrolera steruj¹cego wy-

úwietlaczem. Wygl¹d okna progra-

mu przedstawia rys. 5 .

Jerzy Szczesiul,

jerzy.szczesiul @ ep.com.pl

Typowe operacje

Po zerowaniu lub w³¹czeniu

zasilania naleøy przeprowadziÊ

inicjalizacjÍ. Naleøy zw³aszcza

zwrÛciÊ uwagÍ na fakt, øe zero-

wanie nie zmienia rejestru stylu

wyúwietlania - brak jawnego usta-

wienia stylu powoduje zagadko-

wy brak startu wyúwietlacza. Sek-

wencja operacji wygl¹da np. na-

stÍpuj¹co:

1. Zerowanie i†ustawienie:

- stylu, np. OR + CG-RAM,

- adresu pola grafiki,

- szerokoúci ekranu graficznego,

- adresu pola tekstowego,

- szerokoúci ekranu tekstowego,

- offsetu CG-RAM,

2. Za³adowanie generatora zna-

kÛw.

3. Zerowanie pamiÍci tekstowej.

4. Za³adowanie pamiÍci graficz-

nej.

5. W³¹czenie trybu graficznego.

£adowanie bloku danych naj-

lepiej - jak juø wspomnia³em -

wykonaÊ z†uøyciem trybu AUTO

(patrz teø rys. 4):

1. Ustawienie wskaünika adreso-

wego na pocz¹tek ³adowanego

obszaru.

2. W³¹czenie trybu AUTO do

zapisu.

Elektronika Praktyczna 6/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: