3 Исследование способов схемного и программного
СОПРЯЖЕНИЯ АЛФАВИТНО-ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРОВ НА
ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ С МИКРОКОНТРОЛЛЕРАМИ
3.1 Цель работы – изучение схем сопряжения алфавитно-цифровых жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) с микроконтроллером; исследование методов инициализации и управления их режимами работы; приобретение практического опыта разработки программ управления ЖКИ с контроллером НD44780.
3.2 Общие сведения о жидкокристаллических индикаторах
Алфавитно-цифровые ЖКИ (иногда употребляется аббревиатура LCD) обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении. Применение ЖКИ при разработке новых изделий – это недорогое и удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы. Возможность оснащения ЖК модулей задней подсветкой позволяет использовать их в условиях с пониженной или нулевой освещенностью. Применение ЖКИ с расширенным диапазоном рабочих температур (от –20°С до +70°С) позволяет эксплуатировать их в сложных условиях, в том числе в переносной, полевой и даже, иногда, в бортовой аппаратуре.
Существует несколько различных более-менее стандартных форматов ЖКИ: 8х2, 16х1, 16х2, 16х4, 20х1, 20х2, 20х4, 24х2, 40х2, 40х4. Встречаются и менее распространенные форматы: 8х1, 12х2, 32х2 и др. Изучая каталоги различных фирм-производителей ЖКИ, можно убедиться, что одни форматы являются собственными разработками и не обнаруживают аналогов в номенклатуре остальных фирм, другие являются фактическими стандартами и производятся большинством изготовителей. В рамках одного конструктивного исполнения ЖКИ индикаторы могут иметь ряд модификаций. В частности, могут применяться несколько типов ЖКИ, отличающихся цветом фона и цветом символов, а также по применяемым ЖК материалам и структуре.
Для управления разверткой в индикаторах чаще других используют контроллер HD44780 фирмы Hitachi. Фактически интерфейс этого контроллера является промышленным стандартом и широко применяется при производстве алфавитно-цифровых ЖКИ модулей. Аналоги этого контроллера выпускаются фирмами: Epson, Toshiba, Sanyo, Samsung, Philips и они полностью совместимые с ним по интерфейсу и командному языку. Эти модули можно встретить в самых разнообразных устройствах: измерительных приборах, медицинском оборудовании, промышленном и технологическом оборудовании, офисной технике, принтерах, телефонах, факсимильных и копировальных аппаратах. Контроллер HD44780 потенциально может управлять 2-мя строками по 40 символов в каждой (для модулей с 4-мя строками по 40 символов используются два однотипных контроллера), при матрице символа 5х7 точек. Контроллер также поддерживает символы с матрицей 5х10 точек, но в последние годы ЖКИ модули с такой матрицей практически не встречаются, поэтому можно считать, что фактически бывают только символы 5х7 точек.
Для соединения ЖКИ с микроконтроллером (управляющей системой) используется параллельная синхронная шина, насчитывающая 8-мь или 4-ре (выбирается программно) линий данных D0÷D7, линия выбора операции R/W, линия выбора регистра RS и линия стробирования/синхронизации Е.
На рис. 3.1 приведена одна из возможных схем подключения ЖКИ к микроконтроллеру по 8-ми (или 4-х) разрядной шине данных. В схеме используются два порта Микроконтроллера: 8-ми разрядный двунаправленный РY0÷РY7, к которому подключена шина D0÷D7 ЖКИ, и 3-х разрядный РХ0÷РХ2, к которому подключены линии управляющих сигналов: E, RS, R/W. Кроме линий управления имеются две линии для подачи напряжения питания на ЖКИ (GND и VCC), и линия для подачи напряжения питания драйвера ЖКИ (V0).
На рис. 3.1 линии подключения разрядов D3÷D0 показаны пунктирной линией и в схеме подключения ЖКИ к микроконтроллеру по 4-х разрядной шине данных они не используются. Обратите внимание, что для обмена в 4-х разрядном режиме используется старшая тетрада шины данных – D4÷D7.
Рис. 3.1 – Схема подключения ЖКИ к управляющему микроконтроллеру
В соответствии с временной диаграммой работы ЖКИ в исходном состоянии сигнал Е=0, сигнал R/W=0, значение сигнала RS – произвольное, шина данных D7÷D0 в состоянии высокого импеданса (НI). Такое состояние управляющих сигналов (E и R/W) должно поддерживаться все время в промежутках между операциями обмена с ЖКИ. Шина данных в эти моменты в принципе свободна, и может использоваться в мультиплексном режиме для каких-либо других целей, например, для сканирования матрицы клавиатуры. Естественно, необходимо позаботиться об исключении конфликтов на шине данных в момент совершения операций обмена с ЖКИ.
Последовательности действий, которые необходимо выполнять управляющей системе при совершении операций записи и чтения для 8-ми и 4-х разрядной шины, приведены в табл. 3.1÷3.4.
Таблица 3.1 - Операции записи для 8-ми разрядной шины
|
Таблица 3.2 - Операции чтения для 8-ми разрядной шины
|
Таблица 3.3 - Операция записи для 4-х разрядной шины
|
Таблица 3.4 - Операция чтения для 4-х разрядной шины
|
Описанные выше операции записи/чтения байта являются базовыми для осуществления обмена с ЖКИ. На основе этих двух операций, реализованных программно, строятся все операций отображения информации и управления ЖКИ.