Microsoft Word LCD codientu ban in doc LCD HD44780 Giao Tiếp Và Lập Trình Điều Khiển Trietnguyen, SPKT, 30/6/2007 Bài viết này có thể được in ra để dùng với mục đích cá nhân và phi thương mại, nếu bạn[.]
LCD HD44780 - Giao Tiếp Và Lập Trình Điều Khiển Trietnguyen, SPKT, 30/6/2007 Bài viết in để dùng với mục đích cá nhân phi thương mại, bạn muốn phát hành trang WEB bạn, làm ơn liên lạc với (minhtrietk2003@yahoo.com) phải trích dẫn lại nguồn http://vagam.dieukhien.net * Giới thiệu : Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẽ … Bài viết chủ yếu dựa vào datasheet HD44780 Hitachi, loại chíp điều khiển LCD thông dụng nước ta Phần đầu phần giới thiệu đặc tính HD44780 có tính chất tham khảo, phần sau KIT ứng dụng cụ thể để bạn tự làm thí nghiệm Phần : Tổng Quát Về LCD HD44780 1> Hình dáng kích thước: Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng kích thước khác nhau, hình hai loại LCD thơng dụng Hình : Hình dáng hai loại LCD thơng dụng Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên lớp vỏ đưa chân giao tiếp cần thiết Các chân đánh số thứ tự đặt tên hình : Hình : Sơ đồ chân LCD 2> Chức chân : Chân số Tên Chức VSS Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển VDD Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Vee Chân dùng để điều chỉnh độ tương phản LCD Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi RS + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (low-to-high transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên (lowto-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : 7-14 DB0DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7 Chi tiết sử dụng giao thức đề cập phần sau Bảng : Chức chân LCD * Ghi : Ở chế độ “đọc”, nghĩa MPU đọc thông tin từ LCD thông qua chân DBx Còn chế độ “ghi”, nghĩa MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua chân DBx 3> Sơ đồ khối HD44780: Để hiểu rõ chức chân hoạt động chúng, ta tìm hiểu sơ qua chíp HD44780 thơng qua khối Hình : Sơ đồ khối HD44780 a> Các ghi : Chíp HD44780 có ghi bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) ghi liệu DR (Data Register) - Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đường bus DB0-DB7 Mỗi lệnh nhà sản xuất LCD đánh địa rõ ràng Người dùng việc cung cấp địa lệnh cách nạp vào ghi IR Nghĩa là, ta nạp vào ghi IR chuỗi bit, chíp HD44780 tra bảng mã lệnh địa mà IR cung cấp thực lệnh VD : Lệnh “hiển thị hình” có địa lệnh 00001100 (DB7…DB0) Lệnh “hiển thị hình trỏ” có mã lệnh 00001110 - Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa liệu bit để ghi vào vùng RAM DDRAM CGRAM (ở chế độ ghi) dùng để chứa liệu từ vùng RAM gởi cho MPU (ở chế độ đọc) Nghĩa là, MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên chíp tự động ghi thơng tin vào DDRAM CGRAM Hoặc thông tin địa ghi vào IR, liệu địa vùng RAM nội HD44780 chuyển DR để truyền cho MPU Ỉ Bằng cách điều khiển chân RS R/W chuyển qua lại giữ ghi tỏng giao tiếp với MPU Bảng sau tóm tắt lại thiết lập hai chân RS R/W theo mục đích giao tiếp RS R/W Khi cần 0 Ghi vào ghi IR để lệnh cho LCD (VD: cần display clear,…) Đọc cờ bận DB7 giá trị đếm địa DB0-DB6 Ghi vào ghi DR 1 Đọc liệu từ DR Bảng : Chức chân RS R/W theo mục đích sử dụng b> Cờ báo bận BF: (Busy Flag) Khi thực hoạt động bên chíp, mạch nội bên cần khoảng thời gian để hoàn tất Khi thực thi hoạt động bên chip thế, LCD bỏ qua giao tiếp với bên bật cờ BF (thơng qua chân DB7 có thiết lập RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết “bận” Dĩ nhiên, xong việc, đặt cờ BF lại mức c> Bộ đếm địa AC : (Address Counter) Như sơ đồ khối, ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM (DDRAM CGRAM) mà thông qua đếm địa AC Bộ đếm lại nối với vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh Khi địa lệnh nạp vào ghi IR, thông tin nối trực tiếp cho vùng RAM việc chọn lựa vùng RAM tương tác bao hàm mã lệnh Sau ghi vào (đọc từ) RAM, đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) đơn vị nội dung AC xuất cho MPU thông qua DB0-DB6 có thiết lập RS=0 R/W=1 (xem bảng tóm tắt RS - R/W) Lưu ý: Thời gian cập nhật AC khơng tính vào thời gian thực thi lệnh mà cập nhật sau cờ BF lên mức cao (not busy), lập trình hiển thị, bạn phải delay khoảng tADD khoảng 4uS5uS (ngay sau BF=1) trước nạp liệu Xem thêm hình bên Hình : Giản đồ xung cập nhật AC d> Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM) Đây vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa ứng với địa RAM kí tự hình bạn ghi vào vùng RAM mã bit, LCD hiển thị vị trí tương ứng hình kí tự có mã bit mà bạn cung cấp Hình sau trình bày rõ mối liên hệ : Hình : Mối liên hệ địa DDRAM vị trí hiển thị LCD Vùng RAM có 80x8 bit nhớ, nghĩa chứa 80 kí tự mã bit Những vùng RAM cịn lại khơng dùng cho hiển thị dùng vùng RAM đa mục đích Lưu ý để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa cho AC theo mã HEX e> Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM Vùng ROM dùng để chứa mẫu kí tự loại 5x8 5x10 điểm ảnh/kí tự, định địa bit Tuy nhiên, có 208 mẫu kí tự 5x8 32 mẫu kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng 240 thay 28 = 256 mẫu kí tự) Người dùng khơng thể thay đổi vùng ROM Hình : Mối liên hệ địa ROM liệu tạo mẫu kí tự Như vậy, để ghi vào vị trí thứ x hình kí tự y đó, người dùng phải ghi vào vùng DDRAM địa x (xem bảng mối liên hệ DDRAM vị trí hiển thị) chuỗi mã kí tự bit CGROM Chú ý bảng mã kí tự CGROM hình bên có mã ROM A00 Ví dụ : Ghi vào DDRAM địa “01” chuỗi bit “01100010” LCD thứ từ trái sang (dòng trên) hiển thị kí tự “b” Bảng : Bảng mã kí tự (ROM code A00) f> Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM : (Character Generator RAM) Như bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa byte cao 0000 để người dùng tạo mẫu kí tự đồ họa riêng Tuy nhiên dung lượng vùng hạn chế: Ta tạo kí tự loại 5x8 điểm ảnh, kí tự loại 5x10 điểm ảnh Để ghi vào CGRAM, xem hình bên Hình : Mối liên hệ địa CGRAM, liệu CGRAM, mã kí tự 4> Tập lệnh LCD : Trước tìm hiểu tập lệnh LCD, sau vài ý giao tiếp với LCD : * Tuy sơ đồ khối LCD có nhiều khối khác nhau, lập trình điều khiển LCD ta tác động trực tiếp vào ghi DR IR thông qua chân DBx, ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ ghi (xem bảng 2) * Với lệnh, LCD cần khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian lâu tốc độ MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF đợi (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hành lệnh * Địa RAM (AC) tự động tăng (giảm) đơn vị, có lệnh ghi vào RAM (Điều giúp chương trình gọn hơn) * Các lệnh LCD chia thành nhóm sau : • Các lệnh kiểu hiển thị VD : Kiểu hiển thị (1 hàng / hàng), chiều dài liệu (8 bit / bit), … • Chỉ định địa RAM nội • Nhóm lệnh truyền liệu RAM nội • Các lệnh cịn lại (!!!) Bảng : Tập lệnh LCD texe (max) Tên lệnh Hoạt động Clear Display Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 Lệnh Clear Display (xóa hiển thị) ghi khoảng trống-blank (mã hiển kí tự 20H) vào tất ô nhớ DDRAM, sau trả đếm địa AC=0, trả lại kiểu thị gốc bị thay đổi Nghĩa : Tắt hiển thị, trỏ dời góc trái (hàng đầu tiên), chế độ tăng AC Return home Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1.52 DBx = 0 0 0 * Lệnh Return home trả đếm địa AC 0, trả lại kiểu hiển thị gốc bị thay ms đổi Nội dung DDRAM khơng thay đổi Entry mode set Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 [I/D] [S] I/D : Tăng (I/D=1) giảm (I/D=0) đếm địa hiển thị AC đơn vị có hành động ghi đọc vùng DDRAM Vị trí trỏ di chuyển theo tăng 37 giảm uS S : Khi S=1 toàn nội dung hiển thị bị dịch sang phải (I/D=0) sang trái (I/D=1) có hành động ghi vùng DDRAM Khi S=0: khơng dịch nội dung hiển thị Nội dung hiển thị không dịch đọc DDRAM đọc/ghi vùng CGRAM Hình : Hoạt động dịch trái dịch phải nội dung hiển thị Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 [D] [C] [B] D: Hiển thị hình D=1 ngược lại Khi tắt hiển thị, nội dung DDRAM không thay đổi C: Hiển thị trỏ C=1 ngược lại Vị trí hình dạng trỏ, xem hình B: Nhấp nháy kí tự vị trí trỏ B=1 ngược lại Xem thêm hình kiểu nhấp nháy Chu kì nhấp nháy khoảng 409,6ms mạch dao động nội LCD 250kHz Display on/off control 37uS Hình 8: Kiểu trỏ, kiểu kí tự nhấp nháy kí tự Cursor or display shift Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 [S/C] [R/L] * * Lệnh Cursor or display shift dịch chuyển trỏ hay liệu hiển thị sang trái mà không cần hành động ghi/đọc liệu Khi hiển thị kiểu dòng, trỏ nhảy xuống dịng dịch qua vị trí thứ 40 hàng Dữ liệu hàng đầu hàng dịch lúc Chi tiết sử dụng xem bảng bên dưới: S/C R/L Hoạt động 0 Dịch vị trí trỏ sang trái (Nghĩa giảm AC đơn vị) Dịch vị trí trỏ sang phải (Tăng AC lên đơn vị) Dịch toàn nội dung hiển thị sang trái, trỏ dịch theo 1 Dịch toàn nội dung hiển thị sang phải, trỏ dịch theo Bảng 5: Hoạt động lệnh Cursor or display shift 37uS Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 [DL] [N] [F] * * DL: Khi DL=1, LCD giao tiếp với MPU giao thức bit (từ bit DB7 đến DB0) Ngược lại, giao thức giao tiếp bit (từ bit DB7 đến bit DB0) Khi chọn giao thức bit, liệu truyền/nhận lần liên tiếp với bit cao gởi/nhận trước, bit thấp gởi/nhận sau Function N : Thiết lập số hàng hiển thị Khi N=0 : hiển thị hàng, N=1: hiển thị hàng 37uS set F : Thiết lập kiểu kí tự Khi F=0: kiểu kí tự 5x8 điểm ảnh, F=1: kiểu kí tự 5x10 điểm ảnh * Chú ý: • Chỉ thực thay đổi Function set đầu chương trình Và sau thực thi lần, lệnh thay đổi Function set không LCD chấp nhận ngoại trừ thiết lập chuyển đổi giao thức giao tiếp • Khơng thể hiển thị kiểu kí tự 5x10 điểm ảnh kiểu hiển thị hàng Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = [ACG][ACG][ACG][ACG][ACG][ACG] Set CGRAM Lệnh ghi vào AC địa CGRAM Kí hiệu [ACG] bit chuỗi liệu 37uS address bit Ngay sau lệnh lệnh đọc/ghi liệu từ CGRAM địa định Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] Lệnh ghi vào AC địa DDRAM, dùng cần thiết lập tọa độ hiển thị Set DDRAM mong muốn Ngay sau lệnh lệnh đọc/ghi liệu từ DDRAM địa 37uS định address Khi chế độ hiển thị hàng: địa từ 00H đến 4FH Khi chế độ hiển thị hàng, địa từ 00h đến 27H cho hàng thứ nhất, từ 40h đến 67h cho hàng thứ Xem chi tiết hình Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = [BF] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] (RS=0, R/W=1) Read BF Như đề cập trước đây, cờ BF bật, LCD làm việc lệnh (nếu and có) bị bỏ qua cờ BF chưa mức thấp Cho nên, lập trình điều khiển, bạn 0uS address phải kiểm tra cờ BF trước ghi liệu vào LCD Khi đọc cờ BF, giá trị AC xuất bit [AC] Nó địa CG hay DDRAM tùy thuộc vào lệnh trước Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = [Write data] (RS=1, R/W=0) Khi thiết lập RS=1, R/W=0, liệu cần ghi đưa vào chân DBx từ mạch 37uS Write LCD chuyển vào LCD địa xác định từ lệnh ghi địa data to tADD trước (lệnh ghi địa xác định vùng RAM cần ghi) CG or 4uS DDRAM Sau ghi, đếm địa AC tự động tăng/giảm tùy theo thiết lập Entry mode Lưu ý thời gian cập nhật AC khơng tính vào thời gian thực thi lệnh Chi tiết giao thức Ghi liệu, xin xem hình 10 Read data from CG or DDRAM Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 37uS DBx = [Read data] (RS=1, R/W=1) Khi thiết lập RS=1, R/W=1,dữ liệu từ CG/DDRAM chuyển MPU thông qua tADD chân DBx (địa vùng RAM xác định lệnh ghi địa trước 4uS đó) Sau đọc, AC tự động tăng/giảm tùy theo thiết lập Entry mode, nhiên nội dung hiển thị không bị dịch bất chấp chế độ Entry mode Chi tiết giao thức đọc liệu, xin xem hình 11 5> Giao tiếp LCD MPU : a> Đặc tính điện chân giao tiếp : LCD bị hỏng nghiêm trọng, hoạt động sai lệch bạn vi phạm khoảng đặc tính điện sau đây: Chân cấp nguồn (Vcc-GND) Min:-0.3V , Max+7V Các chân ngõ vào (DBx,E,…) Min:-0.3V , Max:(Vcc+0.3V) Nhiệt độ hoạt động Min:-30C , Max:+75C Nhiệt độ bảo quản Min:-55C , Max:+125C Bảng : Maximun Rating Đặc tính điện làm việc điển hình: (Đo điều kiện hoạt động Vcc = 4.5V đến 5.5V, T = -30 đến +75C) Chân cấp nguồn Vcc-GND 2.7V đến 5.5V Điện áp vào mức cao VIH 2.2V đến Vcc Điện áp vào mức thấp VIL -0.3V đến 0.6V Điện áp mức cao (DB0-DB7) Min 2.4V Điện áp mức thấp (DB0-DB7) Max 0.4V (khi IOL = 1.2mA) (khi IOH = -0.205mA) Dòng điện ngõ vào (input leakage current) ILI -1uA đến 1uA (khi VIN = đến Vcc) Dòng điện cấp nguồn ICC 350uA(typ.) đến 600uA Tần số dao động nội fOSC 190kHz đến 350kHz (điển hình 270kHz) Bảng 7: Miền làm việc bình thường b> Sơ đồ nối mạch điển hình: - Sơ đồ mạch kết nối mô đun LCD VĐK 89S52 (8 bit) - Sơ đồ mạch kết nối môđun LCD VĐK (4 bit) c> Bus Timing: 6> Khởi tạo LCD: Khởi tạo việc thiết lập thông số làm việc ban đầu Đối với LCD, khởi tạo giúp ta thiết lập giao thức làm việc LCD MPU Việc khởi tạo thực lần đầu chương trình điều khiển LCD bao gồm thiết lập sau : • Display clear : Xóa/khơng xóa tồn nội dung hiển thị trước • Function set : Kiểu giao tiếp 8bit/4bit, số hàng hiển thị 1hàng/2hàng, kiểu kí tự 5x8/5x10 • Display on/off control: Hiển thị/tắt hình, hiển thị/tắt trỏ, nhấp nháy/khơng nhấp nháy • Entry mode set : thiết lập kiểu nhập kí tự như: Dịch/khơng dịch, tự tăng/giảm (Increment) a> Mạch khởi tạo bên chíp HD44780: Mỗi cấp nguồn, mạch khởi tạo bên LCD tự động khởi tạo cho Và thời gian khởi tạo cờ BF bật lên 1, đến việc khởi tạo hoàn tất cờ BF giữ khoảng 10ms sau Vcc đạt đến 4.5V (vì 2.7V LCD hoạt động) Mạch khởi tạo nội thiết lập thông số làm việc LCD sau: • Display clear : Xóa tồn nội dung hiển thị trước • Function set: DL=1 : 8bit; N=0 : hàng; F=0 : 5x8 • Display on/off control: D=0 : Display off; C=0 : Cursor off; B=0 : Blinking off • Entry mode set: I/D =1 : Tăng; S=0 : Không dịch Như sau mở nguồn, bạn thấy hình LCD giống chưa mở nguồn toàn hiển thị tắt Do đó, ta phải khởi tạo LCD lệnh b> Khởi tạo lệnh: (chuỗi lệnh) Việc khởi tạo lệnh phải tuân theo lưu đồ sau nhà sản xuất : Như đề cập trên, chế độ giao tiếp mặc định LCD 8bit (tự khởi tạo) Và kết nối mạch theo giao thức 4bit, bit thấp từ DB0-DB3 không kết nối đến LCD, nên lệnh khởi tạo ban đầu (lệnh chọn giao thức giao tiếp – function set) cần lập lại để tránh nhầm lẫn Và giao thức bit, chu kì lệnh cần lần truy nhập 4bit, nên cuối ta thấy lệnh function set lúc khởi tạo viết lần Lưu ý sau thiết lập function set, bạn thay đổi function set ngoại trừ thay đổi giao thức giao tiếp (4bit/8bit) Phần : KIT THÍ NGHIỆM LCD HD44780 Giới thiệu: Trong phần trước, bạn tìm hiểu đặc tính LCD, thi cơng KIT thí nghiệm LCD HD44780 để vận dụng kiến thức vào thực tế 1> Sơ đồ mạch : Sơ đồ mạch nguyên lý sau: Sơ đồ mạch in : (update sau) Hình ảnh KIT hồn tất : (update sau) 2> Chương trình điều khiển: Chương trình ASM: Code học: link Code tối ưu: link Chúng ta thảo luận chi tiết cách lập trình cho LCD diễn đàn VAGAM 3> Lời kết: Cheer!!! ... mạch kết nối mô đun LCD VĐK 89S52 (8 bit) - Sơ đồ mạch kết nối môđun LCD VĐK (4 bit) c> Bus Timing: 6> Khởi tạo LCD: Khởi tạo việc thiết lập thông số làm việc ban đầu Đối với LCD, khởi tạo giúp... CGRAM, mã kí tự 4> Tập lệnh LCD : Trước tìm hiểu tập lệnh LCD, sau vài ý giao tiếp với LCD : * Tuy sơ đồ khối LCD có nhiều khối khác nhau, lập trình điều khiển LCD ta tác động trực tiếp vào... cập phần sau Bảng : Chức chân LCD * Ghi : Ở chế độ “đọc”, nghĩa MPU đọc thông tin từ LCD thơng qua chân DBx Cịn chế độ “ghi”, nghĩa MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua chân DBx 3> Sơ