Как стать автором
Обновить

STM32 и LCD2004A без I2C интерфейса

Время на прочтение10 мин
Количество просмотров12K
Недавно начал изучать STM32 контроллеры и понадобилось взаимодействие с LCD дисплеем. Из дисплеев нашел у себя только 2004A, причем без I2C интерфейса. О нем и пойдет речь в этой статье.

Для начала необходимо подключить дисплей к контроллеру. Подключаем по схеме:

image

PB0 — PB7 — выводы контроллера.

Назначение выводов дисплея :
Номер вывода Сигнал Назначение сигнала
1 GND Земля (общий провод)
2 VCC Питание + 5 В
3 VEE Управление контрастностью дисплея. Подключается средний вывод делителя напряжения. Обычно это подстроечный резистор 10-20 кОм, но я распаял на плате дисплея резисторы.
4 RS Выбор регистра: 0 – регистр команд; 1 – регистр данных.
5 R/W Направление передачи данных:
0 – запись;
1 – чтение.
Как правило чтение из дисплея не используется, поэтому сажаем вывод на землю.
6 EN Строб операции шины. При спадающем фронте данные, находящиеся на шине данных «защелкиваются» в регистр.
7 DB0 Младшие биты восьми битного режима. При четырех битном интерфейсе не используются и обычно сажаются на землю.
8 DB1
9 DB2
10 DB3
11 DB4 Старшие биты восьми битного режима или биты данных четырех битного интерфейса.
12 DB5
13 DB6
14 DB7
15 A Анод питания подсветки (+)
16 K Катод питания подсветки (-). Ток должен быть ограничен.


Итак, дисплей подключили. Самое время научить микроконтроллер работать с ним. Я решил создать свою библиотеку для того, чтобы можно было ее использовать в разных проектах. Она состоит из двух файлов — lcd_20x4.h и lcd_20x4.c

Начнем с заголовочного файла.

#ifndef LCD_LCD_20X4_2004A_LCD_20X4_H_
#define LCD_LCD_20X4_2004A_LCD_20X4_H_

#include "stm32f1xx.h"
#include "delay.h"

В начале подключаем файл библиотеки CMSIS stm32f1xx.h так как у меня камень STM32F103C8T6. Следующим включением подключаем файл delay.h — это моя библиотека для работы с задержками на основе системного таймера. Здесь ее описывать не буду, вот ее код:

Файл delay.h

#ifndef DELAY_DELAY_H_
#define DELAY_DELAY_H_

#include "stm32f1xx.h"

#define F_CPU 72000000UL
#define US F_CPU/1000000
#define MS F_CPU/1000
#define SYSTICK_MAX_VALUE 16777215
#define US_MAX_VALUE SYSTICK_MAX_VALUE/(US)
#define MS_MAX_VALUE SYSTICK_MAX_VALUE/(MS)


void delay_us(uint32_t us); // до 233 мкс
void delay_ms(uint32_t ms); // до 233 мс
void delay_s(uint32_t s);

#endif /* DELAY_DELAY_H_ */


Файл delay.с

#include "delay.h"


/* Функции задержек на микросекунды и миллисекунды*/

void delay_us(uint32_t us){ // до 233 016 мкс

	if (us > US_MAX_VALUE || us == 0)
		return;

	SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_TICKINT_Msk; // запретить прерывания по достижении 0
	SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk; // ставим тактирование от процессора
	SysTick->LOAD = (US * us-1); // устанавливаем в регистр число от которого считать
	SysTick->VAL = 0; // обнуляем текущее значение регистра SYST_CVR
	SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // запускаем счетчик

	while(!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk)); // ждем установку флага COUNFLAG в регистре SYST_CSR

	SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk;	// скидываем бит COUNTFLAG
	SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // выключаем счетчик

}

void delay_ms(uint32_t ms){ // до 233 мс

	if(ms > MS_MAX_VALUE || ms ==0)
		return;

	SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;
	SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk;
	SysTick->LOAD = (MS * ms);
	SysTick->VAL = 0;
	SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

	while(!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk));

	SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk;
	SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;


}

void delay_s(uint32_t s){

	for(int i=0; i<s*5;i++) delay_ms(200);
}



Дисплей 2004A основан на контроллере фирмы HITACHI HD44780. Поэтому заглянем в даташит на данный контроллер. В таблице 6 есть система команд, а так же тайминги выполнения этих команд.

image

Перепишем нужные команды в макроопределения в заголовочном файле:


// display commands

#define CLEAR_DISPLAY 0x1
#define RETURN_HOME 0x2
#define ENTRY_MODE_SET 0x6 // mode cursor shift rihgt, display non shift
#define DISPLAY_ON 0xC // non cursor
#define DISPLAY_OFF 0x8
#define CURSOR_SHIFT_LEFT 0x10
#define CURSOR_SHIFT_RIGHT 0x14
#define DISPLAY_SHIFT_LEFT 0x18
#define DISPLAY_SHIFT_RIGHT 0x1C
#define DATA_BUS_4BIT_PAGE0 0x28
#define DATA_BUS_4BIT_PAGE1 0x2A
#define DATA_BUS_8BIT_PAGE0 0x38
#define SET_CGRAM_ADDRESS 0x40 // usage address |= SET_CGRAM_ADDRESS
#define SET_DDRAM_ADDRESS 0x80

Теперь необходимо настроить выводы контроллера для работы с дисплеем. Определяем положение битов в порте ODR контроллера. Следует обратить внимание на PIN_D4. У меня там прописан 10-й бит вместо 4. На моем контроллере не работает 4-й вывод. Не знаю с чем это связано, но в регистре ODR этот бит всегда единица, даже до начала инициализации тактирования контроллера. Не знаю с чем это связано, возможно камень не оригинальный.


// положение битов в порте ODR
#define PIN_RS 0x1
#define PIN_EN 0x2
#define PIN_D7 0x80
#define PIN_D6 0x40
#define PIN_D5 0x20
#define PIN_D4 0x400

Далее настраиваем управляющие регистры для выводов. Я решил это сделать в виде макросов препроцессора:


#define     LCD_PORT               	GPIOB
#define	LCD_ODR 				LCD_PORT->ODR

#define     LCD_PIN_RS()     		LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF0; \
							LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE0;    // PB0  выход тяни-толкай, частота 50 Мгц

#define     LCD_PIN_EN()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF1;\
						 LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE1;        // PB1

#define     LCD_PIN_D7()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF7;\
						 LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE7;          // PB7

#define     LCD_PIN_D6()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF6;\
						 LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE6;       // PB6

#define     LCD_PIN_D5()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF5;\
						 LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE5;         // PB5

#define     LCD_PIN_D4()            LCD_PORT->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF10;\
						 LCD_PORT->CRH |= GPIO_CRH_MODE10;         // PB10

#define     LCD_PIN_MASK   (PIN_RS | PIN_EN | PIN_D7 | PIN_D6 | PIN_D5 | PIN_D4) // 0b0000000011110011 маска пинов для экрана

В завершении заголовочного файла определяем функции работы с дисплеем:


void lcd_2004a_init (void); // инициализация ножек порта под экран
void sendByte(char byte, int isData);
void sendStr(char *str, int row ); // вывод строки

#endif /* LCD_LCD_20X4_2004A_LCD_20X4_H_ */

С заголовочным файлом закончили. Теперь напишем реализации функций в файле lcd_20x4.c
Первым делом нужно настроить выводы для работы с дисплеем. Это делает функция void lcd_2004a_init (void):


void lcdInit(void); // инициализация дисплея
void lcd_2004a_init(void){
//----------------------включаем тактирование порта----------------------------------------------------

	if(LCD_PORT == GPIOB) RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;
	else if (LCD_PORT == GPIOA) RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
	else return;

//--------------------- инициализация пинов для LCD-----------------------------------------------------

		LCD_PIN_RS();// макроопределения в заголовочном файле
		LCD_PIN_EN();
		LCD_PIN_D7();
		LCD_PIN_D6();
		LCD_PIN_D5();
		LCD_PIN_D4();

		lcdInit(); // функция инициализации дисплея

	return ;
}

Что касается функции lcdInit() — это функция инициализации дисплея. Напишем и ее. Она основана на блок-схеме инициализации дисплея из даташита:

image


//--------------------- инициализация дисплея-----------------------------------------------------------
void lcdInit(void){



			delay_ms(15); // ждем пока стабилизируется питание

			sendByte(0x33, 0); // шлем в одном байте два 0011
			delay_us(100);

			sendByte(0x32, 0); // шлем в одном байте  00110010
			delay_us(40);

			sendByte(DATA_BUS_4BIT_PAGE0, 0); // включаем режим 4 бит
			delay_us(40);
			sendByte(DISPLAY_OFF, 0); // выключаем дисплей
			delay_us(40);
			sendByte(CLEAR_DISPLAY, 0); // очищаем дисплей
			delay_ms(2);
			sendByte(ENTRY_MODE_SET, 0); //ставим режим смещение курсора экран не смещается
			delay_us(40);
			sendByte(DISPLAY_ON, 0);// включаем дисплей и убираем курсор
			delay_us(40);


	return ;
}

Функция инициализации использует функцию void sendByte(char byte, int isData). Напишем ее реализацию. Она основана на временной диаграмме из даташита:

image


void sendByte(char byte, int isData){

	//обнуляем все пины дисплея
	LCD_ODR &= ~LCD_PIN_MASK;

	if(isData == 1) LCD_ODR |= PIN_RS; // если данные поднимаем RS
		else LCD_ODR &= ~(PIN_RS);		   // иначе скидываем RS
      
	LCD_ODR |= PIN_EN; // поднимаем пин E

	// ставим старшую тетраду на порт

	if(byte & 0x80) LCD_ODR |= PIN_D7;
	if(byte & 0x40) LCD_ODR |= PIN_D6;
	if(byte & 0x20) LCD_ODR |= PIN_D5;
	if(byte & 0x10) LCD_ODR |= PIN_D4;
	
	LCD_ODR &= ~PIN_EN; // сбрасываем пин Е

	LCD_ODR &= ~(LCD_PIN_MASK & ~PIN_RS);//обнуляем все пины дисплея кроме RS

     	LCD_ODR |= PIN_EN;// поднимаем пин E

	// ставим младшую тетраду на порт
	if(byte & 0x8) LCD_ODR |= PIN_D7;
	if(byte & 0x4) LCD_ODR |= PIN_D6;
	if(byte & 0x2) LCD_ODR |= PIN_D5;
	if(byte & 0x1) LCD_ODR |= PIN_D4;
	
	LCD_ODR &= ~(PIN_EN);// сбрасываем пин Е
	delay_us(40);


	return;
}

Теперь мы умеем отсылать байт на дисплей по 4-битной шине. Этим байтом может быть как команда так и символ. Определяется передачей в функцию переменной isData. Пришло время научиться передавать строки.

Дисплей 2004A состоит из 4 строк по 20 символов, что отражается в названии. Дабы не усложнять функцию я не буду реализовывать обрезку строк до 20 символов. В функцию будем отправлять строку символов и строку в которой ее вывести.

Для отображения символа на экране нужно записать его в память DDRAM. Адресация DDRAM соответствует таблице:

image


void sendStr(char *str, int row ){

	char start_address;

	switch (row) {

	case 1:
		start_address = 0x0; // 1 строка
		break;

	case 2:
		start_address = 0x40; // 2 строка
		break;

	case 3:
		start_address = 0x14; // 3 строка
		break;

	case 4:
		start_address = 0x54; // 4 строка
		break;

	}

	sendByte((start_address |= SET_DDRAM_ADDRESS), 0); // ставим курсор на начало нужной строки  в DDRAM

	delay_ms(4);
	while(*str != '\0'){// пока не встретили конец строки

		sendByte(*str, 1);
		str++;
		

	}// while
}

Вот и все, библиотека для дисплея готова. Теперь настало время ее использовать. В функции main() пишем:


portInit();// инициализация портов под дисплей

	sendStr("    HELLO, HABR", 1);
	sendStr("     powered by", 2);
	sendStr("   STM32F103C8T6", 3);
	sendStr("Nibiru", 4);

И получаем результат:

image

P.S. В комментариях мне подсказали, чем заполнять пробелами строки для позиционирования лучше сразу указывать в какой позиции в строке выводить. В связи с этим я переписал функцию sendStr. Теперь она имеет вид:
void sendStr( char *str, int row , int position )
void sendStr( char *str, int row, int position ){

char start_address;

switch (row) {

case 1:
start_address = 0x0; // 1 строка
break;

case 2:
start_address = 0x40; // 2 строка
break;

case 3:
start_address = 0x14; // 3 строка
break;

case 4:
start_address = 0x54; // 4 строка
break;

}

start_address += position; // к началу строки прибавляем позицию в строке

sendByte((start_address |= SET_DDRAM_ADDRESS), 0); // ставим курсор на начало нужной строки в DDRAM

delay_ms(4);
while(*str != '\0'){

sendByte(*str, 1);
str++;

}// while
}

и принимает третий параметр int position — позиция вывода в строке. В листингах файлов эта функция исправлена. Так же перенес объявление функции void lcdInit(void) из интерфейсной части(.h) в файл реализации (.c), т.к. эта функция используется только внутри библиотеки и извне не должна быть видна.
В заключение приведу полный листинг файлов:

lcd_20x4.h

#ifndef LCD_LCD_20X4_2004A_LCD_20X4_H_
#define LCD_LCD_20X4_2004A_LCD_20X4_H_

#include "stm32f1xx.h"
#include "delay.h"

// display commands

#define CLEAR_DISPLAY 0x1
#define RETURN_HOME 0x2
#define ENTRY_MODE_SET 0x6 // mode cursor shift rihgt, display non shift
#define DISPLAY_ON 0xC // non cursor
#define DISPLAY_OFF 0x8
#define CURSOR_SHIFT_LEFT 0x10
#define CURSOR_SHIFT_RIGHT 0x14
#define DISPLAY_SHIFT_LEFT 0x18
#define DISPLAY_SHIFT_RIGHT 0x1C
#define DATA_BUS_4BIT_PAGE0 0x28
#define DATA_BUS_4BIT_PAGE1 0x2A
#define DATA_BUS_8BIT_PAGE0 0x38
#define SET_CGRAM_ADDRESS 0x40 // usage address |= SET_CGRAM_ADDRESS
#define SET_DDRAM_ADDRESS 0x80


// положение битов в порте ODR
#define PIN_RS 0x1
#define PIN_EN 0x2
#define PIN_D7 0x80
#define PIN_D6 0x40
#define PIN_D5 0x20
#define PIN_D4 0x400



#define     LCD_PORT               	GPIOB
#define		LCD_ODR 				LCD_PORT->ODR

#define     LCD_PIN_RS()     		LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF0; \
									LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE0;    // PB0  выход тяни-толкай, частота 50 Мгц

#define     LCD_PIN_EN()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF1;\
									LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE1;        // PB1

#define     LCD_PIN_D7()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF7;\
									LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE7;          // PB7

#define     LCD_PIN_D6()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF6;\
									LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE6;       // PB6

#define     LCD_PIN_D5()            LCD_PORT->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF5;\
									LCD_PORT->CRL |= GPIO_CRL_MODE5;         // PB5

#define     LCD_PIN_D4()            LCD_PORT->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF10;\
									LCD_PORT->CRH |= GPIO_CRH_MODE10;         // PB10

#define     LCD_PIN_MASK   (PIN_RS | PIN_EN | PIN_D7 | PIN_D6 | PIN_D5 | PIN_D4) // 0b0000000011110011 маска пинов для экрана

void lcd_2004a_init(void); // инициализация ножек порта под экран
void sendByte(char byte, int isData);
void sendStr( char *str, int row , int position ); // вывод строки

#endif /* LCD_LCD_20X4_2004A_LCD_20X4_H_ */


lcd_20x4.c

#include "lcd_20x4.h"
void lcdInit(void); // инициализация дисплея
// посылка байта в порт LCD

void sendByte(char byte, int isData){

	//обнуляем все пины дисплея
	LCD_ODR &= ~LCD_PIN_MASK;

	if(isData == 1) LCD_ODR |= PIN_RS; // если данные ставмим RS
		else LCD_ODR &= ~(PIN_RS);		   // иначе скидываем RS

	// ставим старшую тетраду на порт
	if(byte & 0x80) LCD_ODR |= PIN_D7;
	if(byte & 0x40) LCD_ODR |= PIN_D6;
	if(byte & 0x20) LCD_ODR |= PIN_D5;
	if(byte & 0x10) LCD_ODR |= PIN_D4;

	// поднимаем пин E
	LCD_ODR |= PIN_EN;
	LCD_ODR &= ~PIN_EN; // сбрасываем пин Е

	//обнуляем все пины дисплея кроме RS

	LCD_ODR &= ~(LCD_PIN_MASK & ~PIN_RS);

	// ставим младшую тетраду на порт
	if(byte & 0x8) LCD_ODR |= PIN_D7;
	if(byte & 0x4) LCD_ODR |= PIN_D6;
	if(byte & 0x2) LCD_ODR |= PIN_D5;
	if(byte & 0x1) LCD_ODR |= PIN_D4;

	// поднимаем пин E

	LCD_ODR |= PIN_EN;
	//delay_us(10);

	// сбрасываем пин Е

	LCD_ODR &= ~(PIN_EN);
	delay_us(40);


	return;
}

// функция тактирует порт под дисплей и задает пины на выход тяни толкай и частоту 50 Мгц

void lcd_2004a_init (void){

//----------------------включаем тактирование порта----------------------------------------------------

	if(LCD_PORT == GPIOB) RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;
	else if (LCD_PORT == GPIOA) RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
	else return;

//--------------------- инициализация пинов для LCD-----------------------------------------------------

		LCD_PIN_RS();
		LCD_PIN_EN();
		LCD_PIN_D7();
		LCD_PIN_D6();
		LCD_PIN_D5();
		LCD_PIN_D4();

		lcdInit();

	return ;
}

//--------------------- инициализация дисплея-----------------------------------------------------------
void lcdInit(void){

			delay_ms(15); // ждем пока стабилизируется питание

			sendByte(0x33, 0); // шлем в одном байте два 0011
			delay_us(100);

			sendByte(0x32, 0); // шлем в одном байте  00110010
			delay_us(40);

			sendByte(DATA_BUS_4BIT_PAGE0, 0); // включаем режим 4 бит
			delay_us(40);
			sendByte(DISPLAY_OFF, 0); // выключаем дисплей
			delay_us(40);
			sendByte(CLEAR_DISPLAY, 0); // очищаем дисплей
			delay_ms(2);
			sendByte(ENTRY_MODE_SET, 0); //ставим режим смещение курсора экран не смещается
			delay_us(40);
			sendByte(DISPLAY_ON, 0);// включаем дисплей и убираем курсор
			delay_us(40);


	return ;
}

void sendStr( char *str, int row , int position ){

	char start_address;

	switch (row) {

	case 1:
		start_address = 0x0; // 1 строка
		break;

	case 2:
		start_address = 0x40; // 2 строка
		break;

	case 3:
		start_address = 0x14; // 3 строка
		break;

	case 4:
		start_address = 0x54; // 4 строка
		break;

	}

	start_address += position; // к началу строки прибавляем позицию в строке

	sendByte((start_address |= SET_DDRAM_ADDRESS), 0); // ставим курсор на начало нужной строки  в DDRAM

	delay_ms(4);
	while(*str != '\0'){

		sendByte(*str, 1);
		str++;


	}// while
}


Теги:
Хабы:
Всего голосов 12: ↑9 и ↓3+9
Комментарии14

Публикации

Истории

Ближайшие события