Работаем с ЖКИ на контроллерах ks0066 и hd44780

Сегодня все чаще для отображения простой символьной информации используют символьные жидкокристаллические индикаторы ЖКИ. О том, как с ними работать мы и поговорим. В этой части статьи, мы детально рассмотрим символьные ЖКИ на базе контроллера HITACHI HD44780 (или совместимым с ним SAMSUNG KS0066). Статья — попытка систематизировать найденную мной информацию при работе с этими ЖКИ.

СОДЕРЖАНИЕ:
1. Символьный ЖКИ с контроллером HD44780 (KS0066). Интерфейс.
2. Набор команд контроллера HD44780.
3. Инициализация ЖКИ.

Символьный ЖКИ с контроллером HD44780 (KS0066). Интерфейс

Символьный ЖКИ есть ничем другим, как матрицей из точек, разделенной на строки и поля символов:

Для управления этой матрицей и вывода собственно символов используется специальный контроллер.

HD44780 (и совместимый с ним KS0066) – есть де-факто стандартом на контроллеры монохромных жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев с параллельным 4-х или 8-битным интерфейсом. На базе этого контроллера выпускается огромное количество моделей с различным конструктивном и разрешением, начиная с 8×1 (восемь символов в одной строке), и заканчивая 40×4 (содержащих два независимых управляющих чипа). Типичная частота работы контроллера – 270 кГц.

Контролер ЖКИ оперирует 3-мя блоками памяти:

1. Для вывода символа контроллер использует память DDRAM (Display Data RAM), где хранятся ASCII-коды символов, которые мы хотим видеть на ЖКИ. Под нее отведено 80 ячеек памяти. Понятно, что на ЖКИ мы увидим лишь часть символов, которые находятся в DDRAM — если наш ЖКИ 1 или 2-строчный и отображает 8 символов в строке, то так:

Рабочую область дисплея, как видно, можно смещать по ячейкам DDRAM (получается эффект бегущей строки).

2. Шаблоны самих символов контроллер берет из CGROM (Character Generator ROM) – памяти знакогенератора. Таблицу символов можно посмотреть в спецификации на HD44780.

3. Для хранения пользовательских символов (их шаблонов) предусмотрена память CGRAM (Character Generator RAM).

Также, контроллер в зависимости от некоторых условий распределяет пришедшие в него данные в регистр инструкций или регистр данных.

Типичный 14-пиновый интерфейс контроллеров HD44780:

1	Земля, общий провод, GND
2	Напряжение питания, Vcc (+5V)
3	Настройка контрастности (Vo)
4	Выбор регистра (R/S для HD44780, A0 для KS0066)
5	Чтение/запись (R/W)
6	Строб по спаду Е (Enable)
7	Bit 0 (младший для 8мибитного интерфейса)
Линия данных
8	DB 1
9	DB 2
10	DB 3
11	DB 4 (младший для 4х битного интерфейса)
12	DB 5
13	DB 6
14	DB 7 (старший для 8-х (4х) битного интерфейса)
Для дисплея с подсветкой
15	Питание подсветки для дисплеев с подсветкой (анод)
16	Питание подсветки для дисплеев с подсветкой (катод)

Нумерацию пинов на конкретном ЖКИ смотрим в datasheet.

Контрастность изображения на ЖКИ можно изменять, подключив дополнительно построечный резистор на 10 кОм по схеме:

Но, следует смотреть в спецификацию на свой контроллер (например у ЖКИ Klsn10294v-0 на чипе KS0066 1-Vcc, а 2-GND). Подача питания подсветки может различаться от модели к модели в зависимости от её типа. Обычно подсветка питается от 5 вольт, токоограничительный резистор (50-100 Ом) обычно не обязателен.

Назначение выводов R/S, R/W,E:

При переходе Е с высокого лог. уровня на низкий данные, которые уже «висят» на выводах DB0..DB7, записываются в память контроллера ЖКИ для последующей обработки.

При высоком лог. уровне на R/S(Register Select) контроллер ЖКИ воспринимает этот набор битов как данные(код символа), а при низком – как инструкцию и направляет их в соответствующий регистр.

R/W определяет направление работы выводов DB0..DB7 – если на R/W «0», то мы можем только писать в порт DB, а если R/W = «1», то можем прочитать с него (например узнать занят контроллер или свободен для приема новых данных). Если мы не будем читать данные из ЖКИ, то можно «посадить» R/W на землю.

Набор команд HD44780

Для того чтобы начать выводить информацию на ЖКИ, его контроллер надо проинициализировать (сообщить ему об интерфейсе, шрифте, смещениях и т.д.). Контроллер может воспринимать всего 11 команд:

Название инструкции

Состояние выводов

Прим.

Время исполнения fраб.=270 кГц

RS

R/W

DB7

DB6

DB5

DB4

DB3

DB2

DB1

DB0

Clear display

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

Очистка Всего ЖКИ установка адреса DDRAM в 0

1.52 мс

Return home

0

0

0

0

0

0

0

0

1

Х

Установка текущего адреса DDRAM в 0 (курсор – домой) Данные DDRAM не меняются

1.52 мс

Entry mode set

0

0

0

0

0

0

0

1

I/D

S

Установка направления движения курсора (I/D) и смещения дисплея (S) при выводе данных

37 мкс

Display on/off control

0

0

0

0

0

0

1

D

C

B

Вкл/выкл. дисплей(D), курсор(C) и его мерцание(B)

37 мкс

Cursor or display shift

0

0

0

0

0

1

S/C

R/L

Х

Х

Двигает курсор и смещает дисплей по DDRAM

37 мкс

Function set

0

0

0

0

1

DL

N

F

Х

Х

Установка интерфейса(DL), число строк(N) и шрифт символов(F)

37 мкс

Set CGRAM address

0

0

0

1

ACG5

ACG4

ACG3

ACG2

ACG1

ACG0

Установка счетчика адреса CGRAM. После этого можно записывать данные в CGRAM

37 мкс

Set DDRAM address

0

0

1

ADD6

ADD5

ADD4

ADD3

ADD2

ADD1

ADD0

Установка счетчика адреса DDRAM

37 мкс

Read busy flag & address

0

1

BF

AC6

AC5

AC4

AC3

AC2

AC1

AC0

Если BF = 1 то контроллер ЖКИ выполняет внутреннюю операцию (занят). АC6-АC0 – текущее значение адреса DDRAM

0 мкс

Write data to RAM

1

0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Запись данных в RAM

37 мкс

Read data from RAM

1

1

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Чтение данных из RAM

37 мкс

I/D = 1: адрес DDRAM увеличивается    I/D  = 0:   уменьшается
S = 1: сдвиг рабочей области дисплея по DDRAM разрешен
D = 1: дисплей (изображение) включен
C = 1: курсор включен
В = 1: мерцание курсора включено

S/C = 1:   сдвинуть дисплей S/C = 0:   переместить курсор
R/L = 1:   вправо R/L = 0:  влево

DL  = 1:   8 bit   DL = 0: 4 bits
N   = 1:   2 lines   N = 0: 1 line
F   = 1:   5х10   F = 0: 5х8

ACG:   CGRAM address
ADD:   DDRAM address (адрес курсора)
AC: Address counter DD и CGRAM адресов

Инициализация ЖКИ

Есть 2 способа инициализации контроллера ЖКИ:

1. Через внутреннюю схему сброса.

2. В ручном режиме (через посылку в него ряда команд, которыми мы задаем режим работы ЖКИ)

Внутренняя схема сброса контроллера начинает работать сразу после включения питания. В этом есть один минус – если питание у нас «ползет» до рабочего уровня медленно (медленнее, чем за 10 мс), то самоинициализация контроллера может пройти некорректно. При этом способе инициализации контроллер сам исполняет следующие команды:

1. Display clear

2. Function set:
DL = 1; 8-bit interface data
N = 0; 1-line display
F = 0; 5х8 dot character font

3. Display on/off control:
D = 0; Display off
C = 0; Cursor off
B = 0; Blinking off

4. Entry mode set:
I/D = 1; Increment by 1
S = 0; No shift

Второй способ исключает зависимость схемы от источника питания. Для инициализации контроллера ЖКИ в ручном режиме необходимо исполнить следующий алгоритм:

8-битный параллельный интерфейс.

4-битный параллельный интерфейс.

Как видно, здесь нет ничего сложного: посылаем в ЖКИ команду за командой, учитывая время их исполнения (около 40 мкс) или проверяя флаг занятости контроллера ЖКИ (тогда надо посадить пин RW на лапку микроконтроллера и выставлять его в «1», когда хотим узнать, занят ЖКИ или нет).