Systemy wbudowane

Systemy wbudowane
Porty we/wy mikrokontrolera PIC16F877A
Urządzenia wejścia/wyjścia
Ogólnie
●
●
Porty A, B, C, D i E mikrokontrolerów są portami
wejścia/wyjścia ogólnego przeznaczenia.
Wyprowadzenia portów mogą również pełnić wiele funkcji
dodatkowych, takich jak np.:
● wejście układu czasowo-licznikowego,
● wejście sygnału przerwania,
● wejście przetwornika analogowo-cyfrowego,
● wejścia i wyjścia interfejsu szeregowego i równoległego,
magistrali I2C,
● wyprowadzenia układu CCP, itp.
Rejestry PORTx
●
●
●
●
Z każdym portem wejścia/wyjścia są związane dwa specjalne
rejestry: PORTx i TRISx, gdzie ‘x’ odpowiada nazwie portu
określonej kolejną literą alfabetu (A, B, C, D, E).
Rejestry PORTx stanowią interfejs pomiędzy jednostką
centralną mikrokontrolera a portami.
Za pomocą tych rejestrów można wysyłać dane na zewnątrz
mikrokontrolera, wpisując odpowiednią wartość do
odpowiedniego rejestru PORTx.
Rejestry PORTx służą też do przekazywania jednostce
centralnej wartości wejściowych przychodzących do portów
mikrokontrolera, poprzez odczyt odpowiednich rejestrów
PORTx.
Rejestry TRISx
●
●
●
●
●
Rejestry TRISx służą do konfiguracji portów wejścia/wyjścia
poprzez określenie kierunku pracy danego portu (wejście lub
wyjście).
Ustalanie kierunku pracy portu odbywa się poprzez ustawienie
odpowiednich bitów w rejestrze TRISx,
Ustawienie jedynki w rejestrze TRISx powoduje przełączenie
odpowiedniego wyprowadzenia portu PORTx na tryb wejścia,
Wpisanie zera – przełączenie na wyjście.
W celu łatwiejszego zapamiętania wystarczy zauważyć
podobieństwo pomiędzy znakami 1 – I (czyli Input – wejście)
oraz 0 – O (czyli Output – wyjście).
Inicjalizacja portów
Wszystkie porty wejścia/wyjścia należy przed użyciem
zainicjalizować. Polega to głównie na wyborze kierunku przesyłania
danych za pomocą rejestrów TRISx.
Inicjalizację portów można przeprowadzić wykonując następujące
czynności:
• wybrać bank w którym znajdują się rejestry PORTx (bank nr 0);
• wyzerować rejestry zatrzaskowe portu poprzez wpisanie 0 do
rejestru PORTx;
• wybrać bank w którym znajdują się rejestry TRISx (bank nr 1);
• wybrać kierunek przepływu danych portu x, poprzez ustawienie
poszczególnych bitów rejestru TRISx.
Port A
●
●
●
Port A jest dwukierunkowym portem ogólnego przeznaczenia
mikrokontrolerów PIC16.
Dla mikrokontrolera PIC16F877A wyprowadzenia portu A są
współdzielone z układami CCP oraz przetwornikiem analogowocyfrowym.
Dla mikrokontrolera PIC16F877A szerokość portu to 6 bitów
Wyprowadzenia portu A
Nazwa
Bit
Typ
bufora
Funkcja
RA0/AN0
0
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia lub
analogowe
wejście
RA1/AN1
1
TTL
Wyprowadzenie
analogowe
wejście
RA2/AN2/VREF-/CVREF 2
TTL
Wyprowadzenie
wejścia/wyjścia
wejście
analogowe lub wyprowadzenie układu napięcia
odniesienia
RA3/AN3/VREF+
3
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia
wejście
analogowe lub wyprowadzenie układu napięcia
odniesienia
RA4/T0CKI/C1OUT
4
ST
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia lub wejście
zegara dla układu TIMER0 lub
wyjście
komparatora. Wyjście jest typu „otwarty dren”
RA5/AN4/SS/C2OUT
5
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia lub wejście
analogowe lub wybór urządzenia podrzędnego
dla PSP lub wyjście komparatora
wejścia/wyjścia
Inicjalizacja portu A
●
●
●
Dla mikrokontrolera PIC16F877A wyprowadzenia portu A są
współdzielone z wejściami analogowymi przetwornika A/C.
Podczas zerowania mikrokontrolera port A jest ustawiany w trybie
wejścia analogowego i każdy odczyt z tego portu zwróci wartość
równą zero.
Dlatego należy pamiętać, aby w przypadku wykorzystywania portu
A jako portu cyfrowego przełączyć go w tryb cyfrowy wpisując do
rejestru ADCON1 wartość 06h.
bcf STATUS, RP0
clrf PORTA
bsf STATUS, RP0
movlw B'00000110'
movwf ADCON1
clrf TRISA
; wybór banku 0
; inicjalizacja PORTA przez zerowanie zatrzasków wyjściowych
; wybór banku 1
; przełączenie wejść na cyfrowe
; poprzez odłączenie przetwornika A/C
; ustawienie wyprowadzeń PORTA na wyjścia
Port B
●
●
●
Port B jest dwukierunkowym 8-bitowym portem ogólnego
przeznaczenia mikrokontrolerów PIC16.
Dla mikrokontrolera PIC16F877A wyprowadzenie portu B są
współdzielone z wejściami programatora niskonapięciowego i
debuggera sprzętowego.
Każde wyprowadzenie portu B ma możliwość podłączenia
rezystora podciągającego (pull-up).
● Opcja ta jest aktywowana poprzez wyzerowanie bitu RBPU w
rejestrze OPTION_REG.
● Rezystory podciągające są automatycznie wyłączane, gdy
wyprowadzenia są skonfigurowane jako wyjścia.
● Funkcja ta jest też wyłączana w momencie zerowania
mikrokontrolera
Inicjalizacja portu B
bcf STATUS, RP0
clrf PORTB
bsf STATUS, RP0
buf OPTION_REG, RBPU
movlw B’00001111’
movwf TRISA
; wybór banku 0
; inicjalizacja przez zerowanie zatrzasków
; wyjściowych
; wybór banku 1
; włączenie rezystorów pull-up
; ustawienie wyprowadzeń RB3:RB0 jako
; wejść
; ustawienie wyprowadzeń RB4:RB7 jako
; wyjść
Funkcje wyprowadzeń portu B
Nazwa
Bit
Typ
bufora
Funkcja
RB0/INT
0
TTL/ST
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia lub wejście przerwania
zewnętrznego
RB1
1
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia
RB2
2
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia
RB3/PGM
3
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia lub wejście
programowania układu w trybie niskonapięciowym
RB4
4
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia (z funkcją przerwania
przy zmianie stanu)
RB5
5
TTL
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia (z funkcją przerwania
przy zmianie stanu)
RB6/PGC
6
TTL/ST
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia (z funkcją przerwania
przy zmianie stanu) lub wejście zegara przy
programowaniu szeregowym
RB7/PGD
7
TTL/ST
Wyprowadzenie wejścia/wyjścia (z funkcją przerwania
przy zmianie stanu) lub wejście danych przy
programowaniu szeregowym
do
Cechy portu B
●
●
●
●
Port B posiada także wejście przerwania zewnętrznego (bit nr 0)
oznaczone jako RB0/INT (rys. 2.34).
Wszystkie wyprowadzenia posiadają bufor TTL na wejściu.
Linia 0 portu posiada na wejściu przerzutnik Schmitta, kiedy jest
wykorzystywana jako wejście przerwania zewnętrznego.
Linie 6 i 7 (dla mikrokontrolera PIC16F877A) posiadają na
wejściu przerzutnik Schmitta, gdy są wykorzystywane do
programowania mikrokontrolera.
Port C
●
●
●
●
●
●
Port C jest portem ogólnego przeznaczenia mikrokontrolera
PIC16F877A. Nie występuje on w mikrokontrolerze PIC16F84.
Wszystkie wyprowadzenia na wejściu posiadają przerzutnik
Schmitta.
Port C jest współdzielony z kilkoma różnymi układami
peryferyjnymi.
Kiedy aktywowane są funkcje peryferyjne, należy zwrócić
szczególną uwagę na ustawienia rejestru TRISC dla każdego
wyprowadzenia portu C.
Niektóre układy peryferyjne ignorują ustawienia bitów w rejestrze
TRISC i same wymuszają użycie wyprowadzeń jako wejścia lub
wyjścia.
Z tego powodu przy włączonych urządzeniach peryferyjnych
należy unikać używania instrukcji modyfikujących rejestr TRISC,
takich jak: BSF, BCF, XORWF.
Port D
●
●
●
●
Port D jest portem ogólnego przeznaczenia mikrokontrolera
PIC16F877A.
Port D posiada osiem wyprowadzeń: RD0/PSP0, RD1/PSP1,
RD2/PSP2, RD3/PSP3, RD4/PSP4, RD5/PSP5, RD6/PSP6,
RD7/PSP7, które są indywidualnie konfigurowalne jako wejścia
lub wyjścia.
Wszystkie wyprowadzenia na wejściu posiadają przerzutnik
Schmitta.
Port D może być skonfigurowany jako wejście/wyjście cyfrowe
ogólnego przeznaczenia lub jako 8-bitowy port równoległy PSP
(Paralel Slave Port) poprzez ustawienie w rejestrze TRISE bitu nr
4 na jedynkę.
Port E
●
●
●
●
●
●
Port E jest portem specjalnym mikrokontrolera PIC16F877A.
Port E posiada trzy wyprowadzenia: RE0/RD/AN5, RE1/WR/AN6 i
RE2/CS/AN7, które są indywidualnie konfigurowalne jako wejścia lub
wyjścia.
Wszystkie wyprowadzenia na wejściu posiadają przerzutnik Schmitta.
Wyprowadzenia portu E stają się wejściami kontrolnymi dla portu
równoległego PSP po ustawieniu w rejestrze TRISE bitu nr 4 na
jedynkę.
Oczywiście w tym trybie bity 2:0 rejestru TRISE powinny także być
ustawione na jedynkę oraz port powinien być przełączony w tryb
cyfrowy za pomocą rejestru ADCON1.
Port E służy także jako wejście analogowe mikrokontrolera. Należy
pamiętać, że po wyzerowaniu mikrokontrolera port E jest ustawiony w
trybie wejścia analogowego.
Diody LED
●
●
●
●
●
Dioda LED (dioda elektroluminescencyjna, LED – ang. Light Emitting
Diode) jest to półprzewodnikowy element elektroniczny, który emituje
światło pod wpływem przepływającego prądu elektrycznego.
Świecenie diody następuje, gdy dioda LED jest spolaryzowana w
kierunku przewodzenia, tzn. do anody podłączony jest biegun dodatni,
a do katody biegun ujemny.
Diody świecą w różnych kolorach: czerwonym, zielonym, żółtym,
niebieskim. Mogą również wysyłać promieniowanie podczerwone.
Długość fali światła wypromieniowywanego przez diodę LED (a co za
tym idzie kolor diody) zależy od materiałów użytych w procesie
produkcyjnym.
Diody LED są bardzo często stosowane w systemach wbudowanych do
sygnalizacji stanu działania urządzenia. Ich zaletą jest niewielki pobór
prądu przy dużej jasności.
Podłaczenie diody LED
Mikrokontrolery PIC pozwalają na bezpośrednie
podłączenie diody LED do wyjścia portu.
Wartość rezystora R należy dobrać w taki
sposób, aby nie przekroczyć maksymalnego
prądu wyjściowego mikrokontrolera oraz nie
przekroczyć maksymalnego prądu diody LED.
Można ją obliczyć ze wzoru:
R=(UOH-UD)/ID
gdzie: UOH – napięcie wyjściowe portu
mikrokontrolera w stanie wysokim; UD – napięcie
na diodzie LED; ID – prąd diody LED, który jest
jednocześnie prądem wyjściowym
mikrokontrolera w stanie wysokim (IOH).
Wartości UOH oraz IOH można znaleźć w
dokumentacji mikrokontrolera, natomiast UD oraz
ID w dokumentacji diody bądź uzyskać za
pomocą prostego układu pomiarowego
charakterystyki prądowo-napięciowej diody.
Sterowanie diodą LED
Sterowanie diodą LED jest bardzo proste i wymaga wykonania
dwóch czynności („x” oznacza port, do którego podłączona jest
dioda LED):
1) ustawienie wyprowadzenia portu, do którego jest podłączona
dioda LED, w tryb pracy wyjścia, poprzez wyzerowanie
odpowiedniego bitu w rejestrze TRISx. Czynność tą należy
wykonać na początku programu.
2) w zależności od potrzeb należy wyzerować lub ustawić
odpowiedni bit w rejestrze PORTx:
– jeśli chcemy zapalić diodę, to bit należy ustawić,
– jeśli chcemy zgasić diodę, to bit należy wyzerować.
Sterowanie LED - przykład
#include p16f877A.inc
RST
CODE
pagesel START
goto
START
PGM
CODE
START
banksel TRISA
; dioda LED jest podłączona do portu PORTA
bcf
TRISA, RA0 ; do wyprowadzania RA0
banksel PORTA
bsf
PORTA, RA0; ustawienie bitu = zapalenie diody
goto
END
$
Przyciski
●
●
●
●
●
Bardzo często istnieje potrzeba sterowania systemem wbudowanym
za pomocą przycisku lub zestawu przycisków, a nawet klawiaturą.
Przyciski najczęściej wykonywane są w postaci mikroprzełączników,
które po naciśnięciu zwierają styki.
Ponieważ zwolniony przycisk stanowi rozwarcie, wejście
mikrokontrolera należy wstępnie spolaryzować za pomocą rezystora
podciągającego (ang. pull-up).
Może to być rezystor zewnętrzny o wartości 10 k podłączony do źródła
zasilania i wejścia mikrokontrolera, jak również wewnętrzny rezystor
pull-up.
Mikrokontrolery PIC16 posiadają możliwość włączenia rezystorów
podciągających na liniach portu PORTB za pomocą wyzerowania
ustawienia bitu RBPU w rejestrze OPTION_REG. Żaden inny port nie
posiada wbudowanych rezystorów podciągających.
Podłączenie przycisku do uC
Odczytywanie wartości na wejściu
mikrokontrolera nie jest trudne i
wymaga wyłącznie sprawdzenia stanu
odpowiedniego bitu rejestru PORTB.
Należy zwrócić uwagę, że stan
naciśnięcia przycisku sygnalizowany
jest za pomocą logicznego zera
(niskiego poziomu), natomiast stan
zwolnienia przycisku za pomocą
logicznej jedynki (wysokiego
poziomu).
Obsługa przycisku
●
●
●
●
●
Naciśnięcie przycisku jest procesem dynamicznym, w trakcie którego
stan wejścia zmienia się z wysokiego (logiczna jedynka) na niski
(logiczne zero).
Dlatego procedury sprawdzające, czy przycisk został naciśnięty nie
powinny sprawdzać jedynie wartości bitu w rejestrze, a zmianę wartości
(np. poprzez oczekiwanie na pojawienie się zera).
Po naciśnięciu przycisku program przechodzi do części oznaczonej w
komentarzu „WCIŚNIĘTO”, gdzie można wykonać niezbędne operacje.
Następnie program oczekuje na zwolnienie przycisku.
Po zwolnieniu przycisku program wraca do początku pętli.
Obsługa przycisku - przykład
banksel OPTION_REG
bcf
OPTION_REG, NOT_RBPU
banksel TRISB
movlw
0xFF
movwf
TRISB
; włączenie pull-up na PORTB
; przełączenie portu B na wejścia
banksel PORTB
KB_READ
btfsc
PORTB, RB0
; czy naciśnięty przycisk?
goto
$-1
; nie – wróć o jeden wiersz w górę
; WCIŚNIĘTO
; tutaj wykonujemy operacje po wciśnięciu przycisku
btfss
goto
PORTB, RB0
; czy zwolniono przycisk?
$-1
; nie – wróć o jeden wiersz w górę
goto
KB_READ
; pętla odczytywania stanu klawisza
Iskrzenie
●
●
●
●
●
Każdy przycisk w trakcie naciskania przez pewien moment
generuje ciąg zer i jedynek.
Stan taki, zwany iskrzeniem, jest normalnym zjawiskiem
wynikającym z fizycznej budowy przełącznika.
Procedura sprawdzająca, czy przycisk został naciśnięty odczyta
taki stan, jako wielokrotne naciśnięcie i zwolnienie przycisku.
Stan iskrzenia trwa z reguły kilka milisekund.
Aby zabezpieczyć się przed niepoprawnym odczytem stanu
klawisza należy wprowadzić opóźnienia w trakcie odczytywania.
Likwidacja iskrzenia
KB_READ
btfsc
goto
call
PORTB, RB0
; czy naciśnięty przycisk?
$-1
; nie – wróć o jeden wiersz w górę
delay_5ms
; odczekaj 5 ms – likwidacja iskrzenia
; tutaj wykonujemy operacje po wciśnięciu przycisku
btfss
goto
PORTB, RB0
; czy zwolniono przycisk?
$-1
; nie – wróć o jeden wiersz w górę
call
delay_5ms
; odczekaj 5 ms – likwidacja iskrzenia
goto
KB_READ
; pętla odczytywania stanu klawisza
Po naciśnięciu przycisku następuje odczekanie przez 5 ms, po którym
iskrzenie praktycznie już nie występuje. Identyczna sytuacja ma miejsce
przy zwalnianiu przycisku.
Wyświetlacz 7-segmentowy LED
●
●
●
Wyświetlacz siedmiosegmentowy zbudowany jest z siedmiu (lub
ośmiu) diod LED ustawionych w kształcie cyfry „8”.
Poszczególne segmenty są oznaczane kolejnymi małymi literami
alfabetu od „a” do „g”.
Niektóre wyświetlacze posiadają dodatkową diodę wyświetlającą
punkt dziesiętny, oznaczany najczęściej „dp” (ang. decimal point).
Typy wyświetlaczy
●
●
●
Ponieważ wyświetlacz siedmiosegmentowy składa się z diod LED, to jego podłączenie
do mikrokontrolera można zrealizować podobnie, jak podłączenie pojedynczej diody.
Należy pamiętać, że wyświetlacze są produkowane w dwóch wariantach: ze wspólną
anodą i ze wspólną katodą.
Należy pamiętać, że włączenie segmentu wymaga podania na port wartości „1” dla
wyświetlacza ze wspólną katodą, natomiast dla wyświetlacza ze wspólną anodą
segment zostanie zaktywowany po podaniu logicznego zera.
Wspólna anoda
Wspólna katoda
Podłaczenie wyświetlacza do
portu B
Wyświetlacz siedmiosegmentowy najczęściej podłączany jest do
wyprowadzeń jednego portu. W dalszej części przyjęto założenie, że został
on podłączony do portu PORTB w sposób przedstawiony w tabeli.
RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0
dp
●
●
●
g
f
e
d
c
b
a
Wyświetlenie żądanego symbolu wymaga zapalenia odpowiednich
segmentów.
Kod, który należy wysłać do rejestru PORTB, aby wyświetlić żądany
znak, określony jest za pomocą kombinacji jedynek (segment zapalony)
i zer (segment wygaszony).
Na przykład do wyświetlenia cyfry „2” należy zapalić segmenty a, b, d, e
i g, co daje kod B'01011011'
Przykład
banksel TRISA
clrf
TRISA
banksel PORTA
movlw
movwf
goto
; wyświetlacz jest podłączony do portu PORTB
; ustaw wszystkie wyprowadzenia PORTB jako wyjścia
B'01011011' ; zapal odpowiednie segmenty, aby uzyskać '2'
PORTB
$
Definiowanie kodów
wyświetlacza
W przypadku, gdy w programie często występuje potrzeba wyświetlenia
symbolu na wyświetlaczu, zapisywanie kodu aktywującego segmenty w
postaci binarnej znacznie zmniejsza czytelność programu, a dodatkowo
ciągłe wpisywanie ciągu zer i jedynek wydłuża znacznie pisanie programu.
Znacznym ułatwieniem może być zadeklarowanie stałych, które będą
zawierały kody aktywujące segmenty dla poszczególnych symboli.
LED_0
LED_1
LED_2
LED_3
LED_4
LED_5
LED_6
LED_7
LED_8
LED_9
equ
equ
equ
equ
equ
equ
equ
equ
equ
equ
B'00111111'
B'00000110'
B'01011011'
B'01001111'
B'01100110'
B'01101101'
B'01111101'
B'00000111'
B'01111111'
B'01101111'
;0
;1
;2
;3
;4
;5
;6
;7
;8
;9
Tablice konwersji
Gdy wyświetlana wartość jest wyliczana w programie lepiej jest skorzystać
z tablicy konwersji
bin2seg
addwf
dt
dt
dt
dt
dt
dt
dt
dt
dt
dt
PCL, f
B'00111111'
B'00000110'
B'01011011'
B'01001111'
B'01100110'
B'01101101'
B'01111101'
B'00000111'
B'01111111'
B'01101111'
;0
;1
;2
;3
;4
;5
;6
;7
;8
;9
Wyświetlenie symbolu z wykorzystaniem tablicy konwersji:
movlw
call
movwf
3
bin2seg
PORTB
; załaduj wartość do wyświetlenia, np. 3
; wywołaj procedurę konwersji
; wysłanie na port PORTB
Podłączenie multipleksowane
●
●
●
●
●
Podłączenie większej liczby wyświetlaczy napotyka znaczne
trudności. Jeden wyświetlacz wymaga 7 (lub 8) wyprowadzeń.
W związku z tym podłączenie czterech wyświetlaczy wymagałoby 28
(lub 32) wyprowadzeń, co niejednokrotnie przekracza możliwości
mikrokontrolera (np. dla układów w obudowach 14-nóżkowych).
Rozwiązaniem jest wyświetlanie multipleksowane.
Wyświetlanie multipleksowane (inaczej sekwencyjne) jest to taki
sposób wyświetlania, w którym w dowolnej chwili aktywny jest zawsze
tylko jeden wyświetlacz.
Wyświetlacze włączane są po kolei na krótki czas.
Ponieważ oko ludzkie wykazuje bezwładność i nie potrafi rozdzielić
obrazów zmieniających się z częstotliwością większą, niż 25 Hz,
powstaje wrażenie obrazu statycznego, w którym świecą są wszystkie
wyświetlacze.
Realizacja podłaczenia
multipleksowanego
●
●
●
●
●
●
●
Połączenie wyświetlaczy do realizacji wyświetlania multipleksowanego
wymaga połączenia równoległego segmentów poszczególnych
wyświetlaczy (segment „a” wyświetlacza pierwszego z segmentem „a”
wyświetlacza drugiego i tak dalej dla wszystkich wyświetlaczy;
następnie segment „b” wyświetlacza pierwszego z segmentem „b”
wyświetlacza drugiego i tak dalej dla wszystkich wyświetlaczy;
czynności te powtarzamy dla wszystkich segmentów).
W wyniku uzyskamy 7 (lub 8) wyprowadzeń służących do wyboru
segmentów, które mają zostać wyświetlone.
Wyprowadzenia segmentów podłączane są, podobnie jak diody LED,
poprzez rezystor ograniczający prąd do wyprowadzeń mikrokontrolera.
Najlepiej jest podłączyć je do wyprowadzeń jednego portu (np.
PORTB).
Dodatkowo każdy wyświetlacz powinien być podłączony w taki
sposób, żeby była możliwość jego włączenia i wyłączenia. Można
wykorzystać zarówno zwykły tranzystor, jak i specjalizowane układy
scalone
Podłączenie multipleksowane –
schemat połączeń
●
●
Zaletą tego sposobu wyświetlania jest znaczące zmniejszenie liczby
wyprowadzeń mikrokontrolera, które są konieczne do wysterowania
wyświetlaczy (np. dla czterech wyświetlaczy z 28 lub 32 do 11 lub 12).
Wadą – migotanie, szczególnie widoczne podczas poruszania głową oraz
trudniejsze przygotowanie kodu programu.
Realizacja programowa
●
●
●
na port, który podłączony jest do segmentów wyświetlaczy, należy
podać kod aktywujący odpowiednie segmenty (w naszym przykładzie
PORTB);
ustawić w porcie odpowiedzialnym za włączanie wyświetlaczy
odpowiedni bit, który spowoduje włączenie jednego wyświetlacza (w
naszym przykładzie są to bity portu PORTA: RA0, RA1, RA2 oraz RA3);
odczekać pewien czas i powtórzyć procedurę od początku dla kolejnych
wyświetlaczy.
Czas, który należy odczekać, można obliczyć z następującego wyrażenia:
T = 1 / (N * fR)
gdzie: fR jest to częstotliwość odświeżania obrazu (większa niż 25Hz); N –
liczba wyświetlaczy.
Przykład – liczba 1234
Petla
movlw
call
movwf
bsf
call
bcf
1
; załadowanie wartości do wyświetlenia
bin2seg
; zamiana na kod aktywujący segmenty
PORTB
; wysłanie na PORTB – aktywacja segmentów
PORTA, RA0; włączenie pierwszego wyświetlacza
delay_5ms ; odczekanie 5 ms
PORTA, RA0; wyłączenie pierwszego wyświetlacza
movlw
call
movwf
bsf
call
bcf
2
; załadowanie wartości do wyświetlenia
bin2seg
; zamiana na kod aktywujący segmenty
PORTB
; wysłanie na PORTB – aktywacja segmentów
PORTA, RA1; włączenie drugiego wyświetlacza
delay_5ms ; odczekanie 5 ms
PORTA, RA1; wyłączenie drugiego wyświetlacza
Przykład c.d.
movlw
call
movwf
bsf
call
bcf
3
; załadowanie wartości do wyświetlenia
bin2seg
; zamiana na kod aktywujący segmenty
PORTB
; wysłanie na PORTB – aktywacja segmentów
PORTA, RA2; włączenie trzeciego wyświetlacza
delay_5ms ; odczekanie 5 ms
PORTA, RA2; wyłączenie trzeciego wyświetlacza
movlw
call
movwf
bsf
call
bcf
4
; załadowanie wartości do wyświetlenia
bin2seg
; zamiana na kod aktywujący segmenty
PORTB
; wysłanie na PORTB – aktywacja segmentów
PORTA, RA3; włączenie czwartego wyświetlacza
delay_5ms ; odczekanie 5 ms
PORTA, RA3; wyłączenie czwartego wyświetlacza
goto
Petla
; powrót do początku
Powyższy fragment kodu korzysta z procedury delay_5ms, która nie została przytoczona
Wyświetlanie multipleksowane problemy
●
●
●
Problemem wyświetlania multipleksowanego jest konieczność
zapewnienia wyświetlania wraz z możliwością wykonywania innych
czynności.
Dlatego procedurę realizującą wyświetlanie multipleksowane bardzo
często umieszcza się w procedurze obsługi przerwania, które
wyzwalane jest jednym z układów czasowo-licznikowych (np. Timer1).
O przerwaniach i timerach będzie później...
LCD
●
●
●
●
●
●
●
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny LCD (ang. Liquid Crystal Display) jest
to rodzaj wyświetlacza, w którym wykorzystywane jest zjawisko
skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez ciekłe kryształy.
Światło jak każda fala elektromagnetyczna może być spolaryzowane,
tzn. drgania ośrodka mogą odbywać się w jednej płaszczyźnie.
Elementem optycznym, który służy do polaryzowania światła jest filtr
polaryzacyjny (polaroid).
Pewne substancje mają możliwość skręcania płaszczyzny polaryzacji.
Jeżeli spolaryzowane światło zostanie przepuszczone przez polaroid o
płaszczyźnie polaryzacji zgodnej z polaryzacją światła padającego, to
zostanie ono przepuszczone.
Jeżeli jednak płaszczyzna polaryzacji światła zostanie skręcona, to
polaroid przepuści tylko tą część, która pozostanie zgodna z jego
płaszczyzną polaryzacji.
Ciekłe kryształy potrafią skręcać płaszczyznę polaryzacji światła, a
dodatkowo kąt skręcenia może być ustalany za pomocą pola
elektrycznego.
Kontroler wyświetlacza
●
●
●
●
●
●
Sterowanie zwykłym wyświetlaczem LCD jest dość skomplikowane,
dlatego wielu producentów dostarcza układy sterowników,
pozwalające na sterowanie wyświetlaczami za pomocą prostego
interfejsu łączącego sterownik z mikrokontrolerem.
Alfanumeryczny wyświetlacz LCD oparty na kontrolerze HD44780 stał
się w tej dziedzinie standardem przemysłowym.
Alfanumeryczny wyświetlacz LCD oparty na HD44780 pozwala na
wyświetlenie maksymalnie 4 wierszy po 20 znaków każdy.
Znaki mogą pochodzić z wewnętrznego generatora znaków, jak
również z generatora znaków użytkownika (maksymalnie 8 znaków).
Prosty interfejs łączący wyświetlacz z mikrokontrolerem wymaga od 6
do 11 linii sygnałowych w zależności od wybranego wariantu.
Dodatkowo wyświetlacz wymaga podania napięcia zasilającego oraz
napięcia sterującego kontrastem wyświetlacza.
Interfejs komunikacyjny
HD44780
Komunikacja ze sterownikiem HD44780 odbywa się za pomocą
dwukierunkowego interfejsu komunikacyjnego o poziomach TTL.
● D0-D7 – dwukierunkowa magistrala danych; w przypadku pracy 8bitowej wykorzystywane są wszystkie sygnały, dla 4-bitowej starszy
półbajt (D4-D7);
● RS (Register Select) – sygnał wyboru odbiorcy przesyłanych danych:
gdy RS = 1 komunikacja odbywa się z rejestrem danych sterownika,
dla RS = 0 zapisywane dane trafiają do rejestru konfiguracyjnego
sterownika, odczyt następuje z rejestru stanu sterownika;
● R/W (Read/Write) – sygnał wyboru kierunku transmisji danych; dla
R/W = 1 dane są odczytywane z wyświetlacza, gdy R/W = 0 dane są
przesyłane do wyświetlacza;
● E (Enable) – sygnał strobujący magistrali danych; wartość E = 1
oznacza, że na magistrali danych są dane gotowe do odebrania.
Podłączenie najprostsze
●
●
●
●
Do poprawnej pracy wystarczy 6 linii: D4-D7 (interfejs 4-bitowy),
RS oraz E.
Sygnał R/W jest w takim przypadku na stałe podłączony do
logicznego „0”, co oznacza, że można będzie wyłącznie wysyłać
dane do sterownika wyświetlacza.
W takiej konfiguracji nie jest możliwe odczytywanie danych z
wyświetlacza, w tym m.in. sprawdzenie, czy wyświetlacz jest
gotowy do przyjmowania kolejnych danych.
Dlatego wszystkie operacje na wyświetlaczu wymagają opóźnień
zgodnych z informacjami zawartymi w dokumentacji sterownika
wyświetlacza.
Schemat podłączenia
4-bitowa
magistrala danych
●2 sygnały
sterujące E i RS
●Podłączenie do
portu B
●
Pamięci sterownika
●
Sterownik HD44780 posiada trzy rodzaje pamięci: DDRAM,
CGRAM i CGROM.
●
●
●
Pamięć DDRAM (ang. Display Data RAM) służy do przechowywania
kodów znaków wyświetlanych na wyświetlaczu.
Pamięć CGRAM (ang. Character Generator RAM) przechowuje
wzorce znaków definiowanych przez użytkownika.
Pamięć CGROM (ang. Character Generator ROM) przechowuje
wzorce znaków wyświetlanych na wyświetlaczu (208 znaków w
rozmiarze 5x8 pikseli oraz 32 znaki w rozmiarze 5x10 pikseli).
DDRAM
●
●
Pamięć DDRAM ma rozmiar 80 bajtów.
Sposób odwzorowania pamięci DDRAM na znaki wyświetlane
na wyświetlaczu zależy od kilku czynników:
● pierwszym z nich jest liczba wyświetlanych wierszy (1 lub 2),
● drugim – przesunięcie wyświetlania uzyskane za pomocą
komendy „Cursor/Display Shift” lub podczas wpisywania
danych przy ustawionym bicie S w komendzie „Entry Mode
Set”
DDRAM dla konfiguracji
jednowierszowej
●
●
●
W przypadku braku przesunięcia (rys. a) na ekranie zostaną
wyświetlone znaki zapisane w komórkach o adresach od 00h do 0Fh.
Przesunięcie o jeden znak w prawo (rys. b) spowoduje, że na ekranie
zostaną wyświetlone znaki zapisane w komórkach o adresach od 01h
do 10h.
Natomiast przesunięcie o jeden znak w lewo (rys. c) spowoduje, iż na
ekranie zostanie wyświetlony znak zapisany w komórce o adresie 4Fh,
a następnie znaki spod adresów od 00h do 0Eh.
DDRAM dla konfiguracji
dwuwierszowej
●
●
●
W przypadku braku przesunięcia (rys. a) na ekranie w pierwszym wierszu
zostaną wyświetlone znaki zapisane w komórkach o adresach od 00h do 0Fh,
natomiast w drugim wierszu znaki z komórek o adresach od 40h do 4Fh.
Przesunięcie o jeden znak w prawo (rys. b) spowoduje, że na ekranie w
pierwszym wierszu zostaną wyświetlone znaki zapisane w komórkach o
adresach od 01h do 10h, a w drugim wierszu znaki z komórek o adresach od
41h do 50h.
Przesunięcie o jeden znak w lewo (rys. c) spowoduje, iż w pierwszym wierszu
zostanie wyświetlony znak zapisany w komórce o adresie 27h, a następnie
znaki spod adresów od 00h do 0Eh, zaś w drugim wierszu znak spod adresu
67h, a dalej znaki spod adresów od 40h do 4Eh.
Pamięć CGRAM
Pamięć CGRAM posiada rozmiar 64 bajtów, które pozwalają na przechowywanie
wzorców do ośmiu znaków o rozmiarze 5x8 pikseli lub 4 znaków o rozmiarze
5x10 pikseli.
Znaki zdefiniowane przez użytkownika można wyświetlać używając kodów od 0
do 7 (5x8) lub od 0 do 3 (5x10) wysyłanych do pamięci DDRAM.
Kod znaku
binarnie
Adresy CGRAM(bity adresu)
dziesiętnie
Wiersz wzorca znaku
543 210
000
0
000
000
000
...
000
000
000
001
010
...
110
111
0
1
2
…
6
7
001
1
001
001
001
…
001
001
000
001
010
...
110
111
0
1
2
…
6
7
...
...
... ...
...
adres komórki
pamięci CGRAM
jest podzielony na
dwie części: numer
kodu znaku (bity
[5..3]) oraz wiersz
wzorca znaku (bity
[2..0]). Utworzenie
nowego znaku o
kodzie np. 4
wymaga zapisania
wzorca do pamięci
CGRAM pod
adresy od 32 do 39
(od 100000b do
100111b)
Komendy sterujące
Sterownik HD44780 posiada 8 komend sterujących. Identyfikacja komendy odbywa się
poprzez ustalenie pozycji najstarszej jedynki w kodzie komendy. Wiele komend posiada
dodatkowe parametry, które dołączane są do komendy na bitach młodszych, niż bit
identyfikujący komendę.
Opis komend
1. Komenda „Entry Mode Set”:
– I/D – wybór kierunku zmian adresów po wpisaniu danych do pamięci:
dla I/D = 1 następuje zwiększanie, natomiast dla I/D = 0 zmniejszanie
adresów;
– S – włączanie (dla S = 1) lub wyłączanie (dla S = 0) przesuwania
wyświetlacza po wpisaniu danych do pamięci.
2. Komenda „Display on/off”:
– D – włączanie (dla D = 1) lub wyłączanie (dla D = 0) wyświetlacza;
– C – włączanie (dla C = 1) lub wyłączanie (dla C = 0) widoczności
kursora;
– B – włączanie (dla B = 1) lub wyłączanie (dla B = 0) migotania znaku
na pozycji kursora;
3. Komenda „Cursor/Display Shift”:
– S/C – wybór obiektu, którego będzie dotyczyło przesuwanie: dla S/C =
1 wykonane zostanie przesunięcie wyświetlacza, natomiast dla S/C =
0 nastąpi przesunięcie kursora;
– R/L – wybór kierunku przesuwania: dla R/L = 1 przesuwanie odbędzie
się w prawo, natomiast dla R/L = 0 przesuwanie odbędzie się w lewo;
Opis komend
4. Komenda „Function Set”:
– DL – wybór szerokości magistrali danych używanej do komunikacji ze
sterownikiem; dla DL = 1 magistrala ma szerokość 8 bitów; dla DL = 0
magistrala ma szerokość 4 bitów (transfer danych odbywa się w dwóch
cyklach);
– N – wyświetlanie jednego (0) lub dwóch (1) wierszy;
– F – 8 (0) lub 10 (1) linii wyświetlanego znaku.
5. Komenda Display Clear (kod 0x01) powoduje wyczyszczenie
wyświetlacza (cała pamięć DDRAM jest wypełniana kodem
spacji – 0x20), powrót kursora pod adres 0x00 oraz przywraca
wyświetlanie od adresu 0x00 (likwiduje przesunięcie realizowane
komendą Display Shift).
6. Komenda Return Home (kod 0x02) powoduje powrót kursora pod
adres 0x00 oraz przywraca wyświetlanie od adresu 0x00
(likwiduje przesunięcie realizowane komendą Display Shift).
Opis komend
7. Komenda Set CGRAM (kod 0x40) służy do ustawiania adresu pamięci
CGRAM, pod który będą zapisywane dane. Po wykonaniu tej komendy
każdorazowe wysłanie danej do wyświetlacza powoduje zapisanie jej w
pamięci CGRAM. Po zapisaniu danej adres jest zwiększany lub
zmniejszany w zależności od ostatnio ustawionej wartości bitu I/D
komendy Entry Mode Set. Aby móc wpisywać dane do pamięci
DDRAM należy wykonać komendę „Set DDRAM”.
8. Komenda Set DDRAM (kod 0x80) służy do ustawiania adresu pamięci
DDRAM, pod który będą zapisywane dane. Pozwala ona na
umieszczanie tekstu w dowolnym miejscu wyświetlacza.
Wysyłanie danych – interfejs
8-bitowy
●
●
●
●
ustawienie zera logicznego na linii R/W; w przypadku, gdy
korzysta się z uproszczonej wersji interfejsu linia ta jest zwarta
do masy na stałe;
ustawienie odpowiedniej wartości na linii RS;
ustawienie właściwej wartości na liniach danych;
ustawienie na linii E logicznej jedynki, a następnie logicznego
zera;
● czas trwania logicznej jedynki i logicznego zera należy
odczytać z dokumentacji sterownika (typowo jest to 0,5 μs dla
każdego z poziomów logicznych).
Wysyłanie danych – interfejs
4-bitowy
●
●
●
●
●
●
ustawienie zera logicznego na linii R/W; w przypadku, gdy korzysta się
z uproszczonej wersji interfejsu linia ta jest zwarta do masy na stałe;
ustawienie odpowiedniej wartości na linii RS;
ustawienie na liniach danych wartości starszych czterech bitów
wartości, która ma być wysłana do sterownika;
ustawienie na linii E logicznej jedynki, a następnie logicznego zera;
ustawienie na liniach danych wartości młodszych czterech bitów
wartości, która ma być wysłana do sterownika;
ustawienie na linii E logicznej jedynki, a następnie logicznego zera;
● czas trwania logicznej jedynki i logicznego zera na linii E podczas
wysyłania starszego i młodszego półbajtu należy odczytać z
dokumentacji sterownika (typowo jest to 0,5 μs dla każdego z
poziomów logicznych).
Odczytywanie wartości z rejestru sterownika odbywa się analogicznie, z tym, że
wartość na linii R/W jest równa logicznej jedynce, a dane są odczytywane z linii
danych.
W przypadku uproszczonej wersji interfejsu, gdy linia ta jest zwarta do masy, nie
ma możliwości odczytywania danych ze sterownika.
Wysyłanie danych (4-bit)
przykład
LCD_SEND MACRO RS_VAL
movf
LCD_data, W
; pobierz daną do wysłania
andlw 0xF0
; tylko 4 najstarsze bity
iorlw
RS_VAL
; ustaw odpowiednio bity RS i E
movwf PORTB
; wrzuć na port
swapf LCD_data, W
; ponownie pobierz daną do wysłania
andlw 0xF0
; tylko 4 najmłodsze bity
bcf PORTB, RB3
; stan niski na linii E
nop
; odczekaj jeden cykl
iorlw
RS_VAL
; ustaw odpowiednio bity RS i E
movwf PORTB
; wrzuć na port
goto$+1
; poczekaj 2 cykle
bcf PORTB, RB3
; stan niski na linii E
ENDM
Inicjalizacja wyświetlacza
Po włączeniu zasilania sterownik wyświetlacza wykonuje procedurę
inicjalizacji, po której jest gotowy do pracy.
Wewnętrzna procedura inicjalizacji wykonuje następujące operacje:
1. Kasowanie ekranu (wyczyszczenie zawartości pamięci DDRAM).
2. Ustawienie funkcji: interfejs 8-bitowy, wyświetlanie w jednym wierszu,
znaki 5x8.
3. Ustawienie trybu pracy: wyświetlacz wyłączony, kursor wyłączony,
migotanie wyłączone.
4. Wyłączenie przesuwania, włączenie inkrementacji.
W przypadku, gdy powyższe warunki nie odpowiadają wymaganiom (np.
używany jest interfejs 4-bitowy), należy przeprowadzić programową
procedurę inicjalizacji.
Programowa inicjalizacja w
trybie 4-bitowym
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
odczekanie min. 15 ms;
wysłanie komendy „Function Set” dla 8-bitowego interfejsu;
odczekanie min. 4.1 ms;
ponowne wysłanie komendy „Function Set” dla 8-bitowego interfejsu;
odczekanie min. 100 μs;
ponowne wysłanie komendy „Function Set” dla 8-bitowego interfejsu;
odczekanie min. 40 μs;
wysłanie komendy „Function Set” dla 4-bitowego interfejsu; w tym miejscu
interfejs jest nadal 8-bitowy, więc wysyłany jest tylko starszy półbajt;
odczekanie min. 40 μs;
wysłanie komendy „Function Set” dla 4-bitowego interfejsu z jednoczesnym
ustawieniem liczby wierszy i fontu;
odczekanie min. 40 μs;
wysłanie komendy „Display Off”;
odczekanie min. 40 μs;
wysłanie komendy „Display Clear”;
odczekanie min. 40 μs;
wysłanie komendy „Entry Mode Set” z odpowiednimi parametrami;
odczekanie min. 40 μs.
Klawiatura matrycowa
●
●
Zwiększanie liczby przycisków wymaga zwiększenia liczby
wyprowadzeń mikrokontrolera zajętych przez dołączone
przyciski.
Sytuacja taka powoduje znaczne zredukowanie liczby
wyprowadzeń, które pozostają do wykorzystania przez inne
układ
Zwiększanie liczby przycisków
●
●
●
●
●
●
●
Załóżmy, że system wymaga podłączenia 4 przycisków.
Można to zrealizować przez dołączenie kolejnych przycisków do
kolejnych wyprowadzeń mikrokontrolera.
Następnie chcemy zwiększyć liczbę przycisków o kolejne 4.
Gdyby podłączyć jest do tych samych wyprowadzeń, co poprzednie
przyciski, nie mielibyśmy możliwości rozróżnienia, który przycisk został
wciśnięty.
Można to jednak zrobić dodając dwa dodatkowe sygnały służące do
aktywacji odczytu jednego z dwóch zestawów przycisków.
Jeśli teraz dodamy jeszcze dwa zestawy po 4 przyciski każdy to
uzyskamy układ 16 klawiszy, który może być odczytywany za pomocą
8 (zamiast 16) linii mikrokontrolera
● 4 linie na aktywację każdego z zestawów oraz
● 4 linie do odczytu stanu przycisku w aktywnym zestawie.
Układ taki nazywany jest klawiaturą matrycową
Klawiatura matrycowa
●
●
Każda kolumna wymaga
oddzielnego cyklu odczytu.
Po podaniu logicznego zera na
wyjście podłączone do
odczytywanej kolumny, na
wyprowadzeniu podłączonym
do wciśniętego przycisku
pojawi się zero, natomiast gdy
przycisk nie jest wciśnięty –
jedynka