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:
PB0 — PB7 — выводы контроллера.
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.
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:
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.
Перепишем нужные команды в макроопределения в заголовочном файле:
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.
Далее настраиваем управляющие регистры для выводов. Я решил это сделать в виде макросов препроцессора:
В завершении заголовочного файла определяем функции работы с дисплеем:
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):
Что касается функции lcdInit() — это функция инициализации дисплея. Напишем и ее. Она основана на блок-схеме инициализации дисплея из даташита:
Функция инициализации использует функцию void sendByte(char byte, int isData). Напишем ее реализацию. Она основана на временной диаграмме из даташита:
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:
Вот и все, библиотека для дисплея готова. Теперь настало время ее использовать. В функции main() пишем:
И получаем результат:
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:
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:
Для начала необходимо подключить дисплей к контроллеру. Подключаем по схеме:
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.
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:
//--------------------- 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:
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:
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:
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
}
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
}