LCD-Modul am AVR

LCD-Modul

Einleitung

LCD ist eine Abkürzung und bedeutet Liquid Crystal Display. Übersetzt bedeutet dies Flüssigkristall-Anzeige. Flüssigkristalle sind organische Verbindungen, die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Festkörpern besitzen. Zwischen zwei Glasplatten mit Polarisationsfiltern schwimmen die Flüssigkristalle. Durh Anlegen einer Wechselspannung ändert sich die Polarisationsebene der Flüssigkristalle und damit, ob das einfallende Licht reflektiert oder absorbiert wird.

Bei einem LCD-Modul befindet sich neben dem LCD auch ein Controller zur Ansteuerung des LCDs.

Text-Displays

Text-Displays kommen wegen der problemlosen Anbindung in Mikrocontroller Projekten wie Robotern am häufigsten zum Einsatz. Bei Text-LCDs kommen meistens der HD44780 von Hitachi oder ein kompatibler Controller zum Einsatz. Dieser Controller unterstützt Displays mit bis zu 80 Zeichen. Gängige Displaygrößen sind: 8 × 1, 8 × 2, 16 × 1, 16 × 2, 20 × 2, 20 × 4, 40 × 2 Zeichen Displays (Spalten × Zeilen). Hat das Display mehr als 80 Zeichen, dann benötigt das Display 2 Controller und verhält sich nach außen zur Ansteuerung, wie 2 Displays (zusätzliche Enable Leitung)

Anschlußbelegung für 8×1 bis 20×4 Zeichen Displays

Text-Displays verfügen über einen über genormte 14 Anschluß Pins (LCD-Module mit Backlight über 16 Pins). Lediglich bei der Backlight Versorgungsspannung und Polung kann es Unterschiede geben. Im Zweifelsfall hilft hier der Blick ins Datenblatt. Entweder sind die Anschlüsse in einer Reihe (1 × 14(16)) oder zweireihig (2 × 7(8)) herausgeführt.

Pin	Bezeichnung	Beschreibung
1	GND	Masse
2	VCC	Spannungsversorgung +5V
3	VEE	Kontrast Poti 0..0,5V
4	RS	Register Select, 1=Daten schreiben / 0=Kommando senden.
5	R/W	1=Read / 0=Write zum lesen / schreiben in das Display RAM
6	Enable	Fallende Flanke -> Übertragen des Kommandos oder der Daten, H-Pegel -> Lesen von Daten aus dem Display
7	DB0	Datenbus Bit0 LSB
8	DB1	Datenbus Bit1
9	DB2	Datenbus Bit2
10	DB3	Datenbus Bit3
11	DB4	Datenbus Bit4
12	DB5	Datenbus Bit5
13	DB6	Datenbus Bit6
14	DB7	Datenbus Bit7 MSB

LCD Controller HD44780 kompatible

Der LCD Controller besitzt 3 Speicher. Den DDRAM (Display Data RAM) Darin werden die anzuzeigenden Daten geschrieben. Der CGROM (Character Generator ROM) enthält die Zeichen in Form von 5x8 oder 5x10 Punktmatrizen. Im CGRAM (Character Generator RAM) können acht benutzerdefinierte Zeichen 5x8 Pixel oder vier 5x10 Pixel abgelegt werden.

Befehlsübersicht

Befehl

RS

R/W

DB7

DB6

DB5

DB4

DB3

DB2

DB1

DB0

Beschreibung

Ausführungszeit bei fosc=250kHz

Clear Display

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

Löscht das Display und setzt den Cursor auf das Anfang der 1. Zeile (Addresse 0).

1.64mS

Cursor Home

0

0

0

0

0

0

0

0

1

*

setzt den Cursor auf das Anfang der 1. Zeile (Addresse 0)

1.64mS

Entry mode set

0

0

0

0

0

0

0

1

I/D

S

Sets cursor move direction (I/D), specifies to shift the display (S). These operations are performed during data read/write.

40uS

Display on/off Control

0

0

0

0

0

0

1

D

C

B

Schaltet an/aus: das gesamte Display (D), Den Cursor (C) blinken des Zeichens an der Cursor Position (B).

40uS

Cursor/Display shift

0

0

0

0

0

1

S/C

R/L

*

*

Setzt Cursor Bewegung oder Display Bewegung (S/C), Bewegungs Richtung (R/L)

40uS

Function set

0

0

0

0

1

DL

N

F

*

*

Einstellen der Schnittstellen Datenlänge (DL), Anzahl Display Zeilen (N) und Zeichen Font (F).

40uS

Set CGRAM Address

0

0

0

1

CGRAM Adresse

A

A

A

A

A

Setzen der CGRAM Adresse. CGRAM Daten werden gesendet und empfangen nach dem setzen.

40uS

Set DDRAM Address

0

0

1

DDRAM Adresse

A

A

A

A

A

A

Setzen der DDRAM Adresse. DDRAM Daten werden gesendet und empfangen nach dem setzen.

40uS

Read busy-flag and address counter

0

1

BF

CGRAM / DDRAM address

A

A

A

A

A

A

Liest das Busy-flag (BF), welches anzeigt das interne Operationen ausgeführt werden, und liest den CGRAM oder DDRAM Adress Zeiger Inhalt.

0uS

Write to CGRAM or DDRAM

1

0

write data

D

D

D

D

D

D

D

Schreibt Daten zum CGRAM oder DDRAM.

40uS

read from CGRAM or DDRAM

1

1

read data

D

D

D

D

D

D

D

Liest Daten vom CGRAM oder DDRAM.

40uS

Anmerkungen: - DDRAM = Display Data RAM. - CGRAM = Character Generator RAM. - DDRAM Adresse entspricht der Cursor Position. - * = Don't care.

Bit Name	Einstellung / Status
I/D	0 = Erniedrige Cursor Position	1 = Erhöhe Cursor Position
S	0 = Kein display shift	1 = Display shift
D	0 = Display aus	1 = Display an
C	0 = Cursor aus	1 = Cursor an
B	0 = Cursor blinken aus	1 = Cursor blinken an
S/C	0 = Bewege Cursor	1 = Schiebe Display
R/L	0 = Schiebe nach links	1 = Schiebe nach rechts
DL	0 = 4-bit Interface	1 = 8-bit Interface
N	0 = 1/8 oder 1/11 Duty (1 Zeile)	1 = 1/16 Duty (2 Zeilen)
F	0 = 5x7 Punkte	1 = 5x10 Punkte
BF	0 = akzeptiert Befehle	1 = Interne Operation wird ausgeführt

8-Bit Ansteuerung (Busmode)

Für die 8-Bit Ansteuerung werden die meisten Prozessor-Ports benötigt. Da Prozessor-Ports normalerweise rar sind ist diese Anbindung sicher nicht die erste Wahl. Die Anbindung erfolgt dabei häufig im Bus Mode auch memory-mapped Mode genannt. Diesen Mode unterstützen allerdings nur die wenigsten Atmel AVR Prozessoren (mit externem Bus-Interface), z.B. der AT90S8515 und ATmega128.

8-Bit Ansteuerung. Quelle: Peter Fleury

BASCOM-AVR Programm

Das Programm zur Ansteuerung des Displays im 8-Bit Bus Mode.

 $regfile = "8515def.dat"
 $crystal = 4000000
 $lcd = &HC000       'Adresse LCD Daten
 $lcdrs = &H8000     'Adresse LCD Register select

 Config Lcdbus = 8   'LCD im 8-Bit Bus Mode
 Config Lcd = 16 * 2 'wir verwenden ein 16 x 2 Zeichen Display

 Cls                 'loesche das LCD Display
 Locate 1 , 1        'Cursor auf 1 Zeile, 1 Spalte 
 Lcd "Hello world."  'String auf Display anzeigen

AVR-GCC Programm

Das Programm zur Ansteuerung des Displays im 8-Bit Bus Mode.

  TODO....

4-Bit Ansteuerung (I/O Mode)

Mit die häufigste Anbindungsart ist sicher die 4-Bit Ansteuerung. Dabei werden die Display-Daten Nibble-weise in den Display Speicher übertragen. Das ist zwar etwas langsamer als im 8-Bit Mode, das spielt aber kaum eine Rolle. Für diese Ansteuerung werden 6 Prozessor Ports benötigt. Die R/W Leitung des Displays kann man dabei einfach auf GND legen, dann ist aber keine Busy-Bit Abfrage möglich.

4-Bit Ansteuerung

BASCOM-AVR Programm

Das Programm zur Ansteuerung des Displays im 4-Bit I/O Mode.

 $regfile = "m32def.dat"
 $crystal = 16000000

 Config Lcd = 20 * 4   'wir verwenden ein 4 x 20 Zeichen Display
 ' Im I/O Mode wird jeder Prozessor Pin einzeln angegeben
 Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.0 , Db5 = Portc.1 , Db6 = Portc.2 , Db7 = Portc.3 , E = Portc.5 , Rs = Portc.4
 
 Cls                   'loesche das LCD Display
 Locate 1 , 1          'Cursor auf 1 Zeile, 1 Spalte 
 Lcd "Hello world."    'String auf Display anzeigen

AVR-GCC Programm

Das Programm zur Ansteuerung des Displays im 4-Bit I/O Mode.

  TODO....

Ansteuerung über Porterweiterung

Mit einem Porterweiterungs Baustein wie dem 74HC595 lassen sich weitere Prozessor-Ports einsparen. Diese Lösung kommt mit 4 Prozessor Ports aus, läßt man die Abfrage des Busy-Bits (PC5) weg, sogar nur mit 3 Prozessor Ports. Trotzdem wird das Display im 8-Bit Mode betrieben.

Ansteuerung über Porterweiterung

BASCOM-AVR Programm

Das BASCOM Programm für diese Ansteuerung ist nicht ganz so einfach, da es nicht von der BASCOM Library unterstützt wird. Die Routinen zum Ansprechen des Displays muß man selbst coden.

  TODO....

AVR-GCC Programm

  TODO....

Ansteuerung über I²C

Nur 2 Prozessor Ports benötigt man bei der I²C-Ansteuerung. Dazu wird als I²C Porterweiterungs IC der PCF8574P benötigt.

I²C-Ansteuerung

BASCOM Programm

Diese Ansteuerung basiert auf der Application Note AN#118 von MCS electronics. Dazu gibt es auch eine fertige Library zu BASCOM-AVR. damit können die gleichen Befehle zur Ansteuerung verwendet werden. Das BASCOM Programm, um das LCD-Modul über I²C anzusprechen, sieht dann so aus.

 $lib "Lcd_i2c.lib"   'ersetzt die Standard LCD Library
 $regfile = "m32def.dat"
 $crystal = 16000000

 Const Pcf8574_lcd = &H40   'I2C Adresse 
 Config Scl = Portd.6       'I2C SCL Pin
 Config Sda = Portd.7       'I2C SDA Pin
 Dim _lcd_e As Byte
 _lcd_e = 128               'LCDim 4-Bit Mode betreiben

 Cls                'loesche das LCD Display
 Locate 1 , 1       'Cursor auf 1 Zeile, 1 Spalte 
 Lcd "Hello world." 'String auf Display anzeigen

AVR-GCC Programm

  TODO....

Ansteuerung über RS232

Ebenfalls nur 2 Pins zur Ansteuerung benötigt die Lösung. Allerdings ist die serielle Schnittstelle bei Mikrocontrollern oft schon mit anderen Aufgaben belegt. Deshalb befindet sich meistens noch zusätzlich eine I²C-Bus Schnittstelle zur Ansteuerung auf dem Modul.

Graphik-Displays

In Mikrocontroller Anwendungen seltener anzutreffen sind Grafik-Displays. Da der Aufwand hier um einiges höher ist (jeder Pixel ist einzeln anzusteuern), kommen in der Praxis nur Grafik-Displays mit RS232 oder I²C-Bus Ansteuerung zum Einsatz.

Siehe auch

• BASCOM und LCD's
• Portexpander am AVR
• AVR
• I²C-Bus

Weblinks

• MCS electronics AN #118 - I²C LCD and Keyboard library
• Peter Fleury's Homepage - Interfacing a HD44780 Based LCD to an AVR, LCD library for HD44870 based LCD's

Autore(en)

m a r v i n