LCD là một loại vật chất phản xạ ánh sáng khi điện thế thay đổi. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc ánh sáng nền (Back Light). Nó bao gồm một lớp chất lỏng nằm giữa 2 lớp kính phân cực ánh sáng. Bình thường, khi không có điện áp, các tinh thể này được xếp thẳng hàng giữa hai lớp cho phép ánh sáng truyền qua theo hình xoắn ốc. Hai bộ lọc phân cực, 2 bộ lọc màu và 2 bộ cân chỉnh sẽ xác định cường độ ánh sáng đi qua và màu nào được tạo ra trên một pixel.
LCD (Tài liệu tham khảo) Source: http://www.dientumaytinh.com/2012/03/gioi-thieu-co-ban-ve-lcd-16x2.html Hình : Hình dáng loại LCD thơng dụng Hình: Sơ đồ chân LCD 2> Chức chân : Chân Ký hiệu Vss VDD VEE RS Mô tả Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Điều chỉnh độ tương phản LCD Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi + 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” R/W E - 14 DB0 DB7 15 - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD 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 + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : + 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 Nguồn dương cho đèn 16 - GND cho đèn * Ghi : Ở chế độ “đọc”, nghĩa MCU đọc thông tin từ LCD thơng qua chân DBx Cịn chế độ “ghi”, nghĩa MCU 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 thông tin vào DDRAM CGRAM Hoặc thông tin địa ghi vào IR, liệu địa vùng RAM nội HD44780 chuyển DR để truyền cho MPU => Bằng cách điều khiển chân RS R/W chuyển qua lại giữ ghi giao tiếp với MPU Bảng tóm tắt thiết lập hai chân RS R/W theo mục đích giao tiếp RS R/W Chức 0 Ghi vào ghi IR để lệnh cho LCD 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 ngồi 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 thơng 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 không tính vào thời gian thực thi lệnh mà cập nhật sau cờ BF lên mức cao (not busy), lập trình hiển thị, phải delay khoảng tADD khoảng 4uS-5uS (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 ghi vào vùng RAM mã bit, LCD hiển thị vị trí tương ứng hình kí tự có mã bit mà 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 2^8 = 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 ô 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 Tên lệnh Hoạt động Clear Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Display DBx = 0 0 0 Lệnh Clear Display (xóa hiển thị) ghi khoảng trống-blank (mã kí tự 20H) vào tất nhớ DDRAM, sau trả đếm địa AC=0, trả lại kiểu hiển thị gốc bị thay đổi Nghĩa : Tắt hiển thị, trỏ dời góc trái (hàng đầu tiên), chế độ tăng AC Return Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 home DBx = 0 0 0 * Lệnh Return home trả đếm địa AC 0, trả lại kiểu hiển thị gốc bị thay đổi Nội dung DDRAM không thay đổi Entry Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 mode set 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 giảm 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: không dịch nội dung hiển thị Nội dung hiển thị không dịch đọc DDRAM đọc/ghi vùng CGRAM Display Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 on/off DBx = 0 0 [D] [C] [B] control 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 B: Nhấp nháy kí tự vị trí trỏ B=1 ngược lại Chu kì nhấp nháy khoảng 409,6ms mạch dao động nội LCD 250kHz Cursor Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 or DBx = 0 [S/C] [R/L] * * display 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 dòng dịch qua vị trí thứ 40 hàng Dữ liệu hàng đầu hàng dịch lúc Chi tiết sử dụng xem bảng bên dưới: shift 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 Function Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 set 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 N : Thiết lập số hàng hiển thị Khi N=0 : hiển thị hàng, N=1: hiển thị hàng F : Thiết lập kiểu kí tự Khi F=0: kiểu kí tự 5x8 điểm ảnh, F=1: kiểu kí tự 5x10 điểm ảnh 10 Set Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 CGRAM DBx = [ACG][ACG][ACG][ACG][ACG][ACG] address Lệnh ghi vào AC địa CGRAM Kí hiệu [ACG] bit chuỗi liệu bit Ngay sau lệnh lệnh đọc/ghi liệu từ CGRAM địa định Set Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DDRAM DBx = [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] address Lệnh ghi vào AC địa DDRAM, dùng cần thiết lập tọa độ hiển thị mong muốn Ngay sau lệnh lệnh đọc/ghi liệu từ DDRAM địa định 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 Read BF Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 and DBx =[BF] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] (RS=0,R/W=1) address Như đề cập trước đây, cờ BF bật, LCD làm việc lệnh (nếu có) bị bỏ qua cờ BF chưa mức thấp Cho nên, lập trình điều khiển, 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 Write Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 data to DBx = [Write data] (RS=1, R/W=0) CG or Khi thiết lập RS=1, R/W=0, liệu cần ghi đưa vào chân DBx từ mạch DDRAM LCD chuyển vào LCD địa xác định từ lệnh ghi địa trước (lệnh ghi địa xác định vùng RAM cần ghi) Sau ghi, đếm địa AC tự động tăng/giảm tùy theo thiết lập Entry mode 11 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 Read Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 data DBx = [Read data] (RS=1, R/W=1) from CG or Khi thiết lập RS=1, R/W=1,dữ liệu từ CG/DDRAM chuyển MPU thông qua chân DBx (địa vùng RAM xác định lệnh ghi địa trước đó) DDRAM 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 5> Giao tiếp LCD MPU : a> Đặc tính điện chân giao tiếp : LCD bị hỏng nghiêm trọng, hoạt động sai lệch vi phạm khoảng đặc tính điện sau đây: 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 (khi IOH = -0.205mA) Điện áp mức thấp (DB0-DB7) Max 0.4V (khi IOL = 1.2mA) Dòng điện ngõ vào (input leakage current) ILI -1uA đến 1uA (khi VIN = đến Vcc) Dòng điện cấp nguồn ICC 350uA(typ.) đến 600uA 12 190kHz đến 350kHz (điển hình 270kHz) Tần số dao động nội fOSC Bảng: 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: 13 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 hồn tất cờ BF cịn 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 14 Như sau mở nguồn, 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 : 15 Chế độ giao tiếp mặc định LCD 8bit (tự khởi tạo lúc bật điện lên) 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 0010****) phải giao chế độ bit (chỉ gởi bit cao lần, bỏ qua bit thấp) Từ lệnh sau trở đi, phải gởi/nhận lệnh theo nibble 16 ... 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... đun LCD VĐK 89S52 (8 bit) - Sơ đồ mạch kết nối môđun LCD VĐK (4 bit) c> Bus Timing: 13 6> Khởi tạo LCD: Khởi tạo việc thiết lập thông số làm việc ban đầu Đối với LCD, khởi tạo giúp ta thiết lập. .. Như đề cập trước đây, cờ BF bật, LCD làm việc lệnh (nếu có) bị bỏ qua cờ BF chưa mức thấp Cho nên, lập trình điều khiển, phải kiểm tra cờ BF trước ghi liệu vào LCD Khi đọc cờ BF, giá trị AC xuất