В настоящее время в самых распространенных мониторах используются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) или CRT (Cathode Ray Tube). Их главный конкурент — жидкокристаллические (LCD — Liquid-crystal display) мониторы на тонкопленочных транзисторах (TFT — Thin-film transistor). Технология производства этих мониторов более перспективна. Из табл. 1, в которой приведены сравнительные характеристики LCD- и ЭЛТ-мониторов, видны преимущества и недостатки LCD-мониторов на основе TFT по сравнению с ЭЛТ-мониторами.
LCD-мониторы на основе TFT
от 170 до 250 Кд/м 2
от 80 до 120 Кд/м 2
от 200:1 до 400:1
от 350:1 до 700:1
Угол обзора (по контрастности)
Угол обзора (по цвету)
Одно значение разрешения с фиксированным размером пикселей. Монитор можно использовать оптимально только с этим разрешением. В зависимости от поддерживаемых монитором функций масштабирования можно использовать более высокое или более низкое разрешение, но они не оптимальны, т.е. возможны искажения изображения
Текстовые LCD дисплей на контроллере HD44780, Уроки Arduino
Поддерживаются различные значения разрешения. При всех поддерживаемых значениях монитор можно использовать оптимально. Ограничение накладывается только приемлемостью кадровой частоты (отсутствием мерцания изображения)
Частота вертикальной развертки
Оптимальная частота 60 Гц, этого достаточно для отсутствия мерцания изображения
Только при частотах свыше 75 Гц отсутствует явно заметное мерцание изображения
Не сведение цветов
Зависит от конкретной модели
Как правило, есть, зависят от конкретной модели
Есть (довольно часто встречается)
Есть (очень редко встречается)
Аналоговый или цифровой
Масштабирование при разных значениях разрешения
Отсутствует или используются методы масштабирования, не требующие больших накладных расходов
Точность отображения цвета
Поддерживается True Color и имитируется требуемая цветовая температура
Поддерживается True Color и имеются специальные устройства калибровки цвета
Гамма-коррекция (подстройка цвета под особенности человеческого зрения)
Однородность яркости изображения
Часто изображение ярче по краям
Часто изображение ярче в центре
Чистота (качество) цвета
Нет на частоте кадровой развертки выше 60 Гц
Незаметно на частоте кадровой развертки выше 85 Гц
Изображение формируется пикселями, число которых зависит только от конкретного разрешения LCD-панели. Шаг пикселей зависит только от размера самих пикселей, но не от расстояния между ними. Каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким
Пиксели формируются группой точек (триады) или полосок. Шаг точки или линии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества ЭЛТ
Электромагнитное излучение и энергопотребление
Общие принципы работы с дисплеем 1602
Практически нет опасного уровня электромагнитных излучений. Потребление энергии примерно на 70% ниже, чем у ЭЛТ-мониторов с таким же размером экрана (от 25 до 40 Вт)
Всегда присутствует электромагнитное излучение, уровень которого зависит от соответствия ЭЛТ стандарту безопасности. Потребление энергии в рабочем состоянии на уровне 60-150 Вт
Плоский дизайн (занимает мало места), малая масса
Объемный дизайн (занимает много места), большая масса
Цифровой интерфейс, однако, большинство LCD-мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров
Основные преимущества LCD-мониторов, которые перевешивают их недостатки, следующие:
— отсутствие геометрических искажений;
— идеальное сведение основных цветов;
— отсутствие мерцания изображения;
— практически полное отсутствие вредных электромагнитных излучений.
В качестве примера реализации LCD-монитора на основе TFT рассмотрим мониторы Samsung SyncMaster 570S TFT/580S TFT. Их основные технические характеристики приведены в табл. 2.
TFT-LCD-панель, RGB вертикальные полосы, размер видимой области 15 дюймов, размер пикселя 0,297 ґ 0,297 мм
Диапазон частот синхронизации
Частота строк: 30 61 кГц
Частота кадров: 50 75 Гц
Аналоговые, 0,714В±5%, положительной полярности, импеданс 75 Ом
Раздельные для НSYNC и VSYNC, полный синхросигнал (по каналу GREEN)
Полоса пропускания видеотракта
Размер видимой области экрана (по горизонтали/по вертикали)
Источник переменного тока 90 264 В, 50 60 Гц или источник постоянного тока 12 В, 3 А
Структурная схема мониторов приведена на рис. 1, схема соединений — на рис. 2, принципиальная схема — на рис. 3, а осциллограммы сигналов в контрольных точках схемы — на рис. 4. В результате сравнения структурных схем LCD-TFT и ЭЛТ-мониторов (см. рис.
1 и [1]), можно сделать вывод, что их схемотехника принципиально отличается и у первого она значительно проще. Отсутствие источников высокого напряжения и их потребителей в схеме LCD-TFT-монитора значительно повышает его надежность и безопасность для здоровья по сравнению с ЭЛТ-монитором. В состав схемы монитора входят следующие узлы:
— источник питания (ИП);
— микропроцессор (МП) и энергонезависимая память;
— синхроселектор и схема синхронизации;
— аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
— схема масштабирования и LCD-контроллер;
ИП (рис. 3.1) формирует стабилизированные напряжения +12, +5 и +3,3 B, необходимые для работы всех узлов монитора.
В свою очередь, на ИП от сетевого адаптера AC/DC поступает нестабилизированное постоянное напряжение +12 В. Кроме того, в конструкции LCD-панели имеется импульсный преобразователь, формирующий из постоянных напряжений +12 и +5 В переменное напряжение 500 В частотой 48 кГц для питания двух ламп подсветки LCD-панели (на принципиальной схеме отсутствует). ИП построен на основе интегральных стабилизаторов напряжения IC101 (+5 В), IC103 (+3,3 В) и IC104 (+5 В).
Для реализации определенной логики работы узлов монитора напряжения +12, +5 и +3,3 В подаются на схему через электронные ключи IC102 и IС901. Напряжение +12 В коммутируется ключом IC901, который управляется сигналом SW_REG_ENB, поступающим с выв. 6 IС401 (рис. 3.3). Напряжения +5 и +3,3 В коммутируются ключом IC102, управляемым сигналами SW_REG_ENB и PANEL_EN, приходящими с IС401 (выв.
6 и 5).
Если синхроимпульсы поступают от персонального компьютера (ПК) по каналу зеленого цветового сигнала PC_GREEN, cинхроселектор IC105 выделяет полный синхросигнал SOG_CSYNC (осц. 7 на рис. 4) и подает его на вход микроконтроллера МП — выв. 22 IC401. МП формирует из него строчные и кадровые синхроимпульсы M_HSYNC и М_VSYNC (выв. 21, 20), которые используются схемой синхронизации IC303 (рис.
3.1) для формирования сигналов управления схемой масштабирования IC301 (рис. 3.2).
Система управления монитором реализована на основе микропроцессора IC401 типа ST72E75_3 (рис. 3.3). Работа МП синхронизируется внутренним генератором, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором Х401 (24 МГц), подключенным к выв. 32 и 33 микросхемы.
Для сброса всех узлов МП в исходное состояние используется схема сброса IC402, формирующая импульс отрицательной полярности, поступающий на выв. 40 МП после подачи на него питания. В зависимости от наличия и частоты синхросигналов, поступающих на вход МП (выв. 15, 24), он формирует выходные сигналы управления ИП, схемой синхронизации, АЦП и схемой масштабирования.
Регулировка параметров изображения осуществляется системой экранного меню (OSD). Для доступа и управления системой OSD служат кнопки, расположенные на передней панели монитора. В составе МП имеются два цифровых интерфейса. Первый интерфейс (IC401, выв. 29, 30) используется для управления по шине I 2 C АЦП и схемой OSD (IC201, выв.
39, 42). По второму интерфейсу (IC401, выв. 27, 28) МП передает данные на компьютер для реализации стандарта Plug http://www.remserv.ru/cgi/magazine/issue/48/org/1019″ target=»_blank»]www.remserv.ru[/mask_link]
Универсальная схема подключения ЖК-дисплея HD44780
Предложена простая схема, которая позволяет подключать любые ЖК-индикаторы на базе контроллера HD44780 с параллельной шиной управления в 4- и 8-битовых режимах. Семисегментные и знакосинтезирующие производства ООО «МЭЛТ» и любые зарубежные LCD160x подключаются одинаково. Вместо чтения сигнала готовности используется временная задержка для выполнения индикатором операции записи во внутренние регистры.
Технические решения, положенные в основу разработки, защищены патентами РФ №2390048, №2547217 на изобретение, они будут рассмотрены подробно. Подразумевается, что читатель представляет себе принципы управления ЖКИ и последовательной передачи данных.
Выбор команды или данных при записи в регистр индикатора осуществляется логическим уровнем, подаваемым на сигнальный вход A0. При «0» информационное слово на шине данных интерпретируется контроллером как команда, при «1» — как данные. В предлагаемой схеме этот выбор производится установкой/сбросом линии последовательных данных SD интерфейса сразу после окончания записи в сдвиговый регистр. Этим завершается подготовка на шине индикатора управляющего слова.
Остается, согласно техдокументации на прибор, подать импульс на вход разрешения записи (E), который формирует цепь VD1, R2, C2. Любой импульс на линии CLK заряжает конденсатор C2. Таким образом, с началом записи в сдвиговый регистр, устанавливается высокий уровень на входе разрешения индикатора (в согласии с документацией) и поддерживается в течение всего цикла. По завершению последнего тактового импульса, в текущем обращении, конденсатор начинает разряжаться через R2. При достижении напряжением половины напряжения питания, информация защелкивается в регистре драйвера индикатора (не соответствует документации на индикатор, но в согласии с физикой работы полупроводниковых приборов). Маленький нюанс…
Этот алгоритм надежно работает, когда высокий уровень на входе разрешения установлен до начала изменения данных на шине индикатора. Поэтому логика программы формирует тактовых импульсов на один больше, чем требуется (только для знакосинтезирующих дисплеев). Самый первый из них информационно пуст, но именно он «взводит» разрешение. Учитывая минимальное время выполнения операции логикой индикатора с контроллером HD44780 (40мкС), время разряда конденсатора до порогового уровня (~14-20мкС) не сильно уменьшает общее быстродействие.
Для примера, время опроса 4-х кнопок и записи байта в 8-и битовом режиме, при тактовой частоте МК 8МГц, составляет всего 34мкС. Байт, в 4-битовом режиме, пишется за 88мкС. Это время включает и сканирование. Для семисегментных MT-10T7/8/9 программная часть чуть проще, сканирование кнопок и вывод 10-и знаков на индикатор занимает около 600uS (тактовая частота МК 8МГц).
Предлагаемое решение имеет существенный недостаток. Поскольку временной интервал записи в регистры ЖКИ формируется с помощью (аналоговой) цепи (R2, C2), схема становится критичной к частоте тактирования управляющего контроллера. Компенсация этой зависимости предусмотрена для индикаторов типа MT-10. В программе необходимо выбрать константу Dly_wr, соответствующую диапазону частоты.
Работоспособность схемы не проверялась на частотах ниже 4-х и выше 20MHz, однако на низких частотах, теоретически, не существует ограничений. Знакосинтезирующие индикаторы MT проверялись на частоте микроконтроллера 8МГц. Другие частоты потребуют коррекции программных задержек. Все испытания проводились с микроконтроллерами ATTINY (13, 24, 25, 261).
Кроме управления индикаторным модулем, описываемое схемное решение позволяет генерировать звуковые сигналы, правда с некоторыми ограничениями. Канал звука содержит n-канальный MOSFET транзистор и пьезоизлучатель. Обновление данных в индикаторе и звуковые сигналы близки по спектру, поэтому для каждого конкретного устройства, где планируется применить это решение, требуется выбрать номинал конденсатора C4 для максимального подавления сигнала с частотой передачи данных по шине, но слабые щелчки в моменты обращения к индикатору все же слышны. Учитывая небольшие затраты на канал звука и преимущества, которые он предоставляет в информационном плане, с этими недостатками можно мириться.
В состав модуля дополнительно включена схема сканирования матрицы кнопок. Подпрограмма опроса организует «бегущую единицу» на выходах регистра сдвига, которая поочередно открывает ключи аналогового коммутатора, к которым, в свою очередь, подключены кнопки. Состояние шины SD интерфейса, во время логической «1» на шине CLK, считывается микроконтроллером.
Емкость шины SD, заряженная до 5В при подготовке опроса, разряжается, если кнопка нажата. Нажимать можно по одной и группами, логика программы формирует позиционный код независимо для каждой кнопки. Демонстрационная программа для индикаторов МТ-10 выводит скан-код в первую позицию, сопровождая любое нажатие коротким звуковым сигналом. При необходимости, количество кнопок можно удвоить, если добавить второй коммутатор.
Еще одним недостатком является необходимость обновления индикатора при сканировании кнопок. Завершение опроса формирует импульс записи в индикатор и может испортить записанные ранее данные. Хотя этот вопрос до конца пока не исследован (неизвестно, как ведет себя адресный счетчик МТ-10 при переполнении), все же рекомендуется так строить программу, чтобы обойти этот момент. В демонстрационной программе период опроса и обновления содержимого памяти индикатора выбран порядка 300 мС и неудобств в пользовании кнопками нет.
Демонстрационные программы для семисегментных индикаторов MT-10T7/8/9 и знакосинтезирующих MT-XX при работе в 4-х и 8-и битовых режимах написаны на языке ассемблера для микроконтроллеров фирмы ATMEL серии TINY и компилировались конкретно для tiny2313. Демки демонстрируют только возможности управления индикаторами, сервис кнопок и звукового канала по последовательному двухпроводному интерфейсу. Автор предпочитает называть его DDI — The interface of distant devices (интерфейс удаленных устройств).
Исходный текст легко перекомпилировать на любой микроконтроллер ATMEL, т.к. таймеры, прерывания и специальные возможности не используются. Достаточно «голого» микроконтроллера, к двум портам которого подключена схема сопряжения.
Объем кода, отвечающий непосредственно за обслуживание индикатора получился чрезвычайно компактным и не будет помехой даже при реализации на МК с малой памятью. Вот, что записано в комментариях к самой первой рабочей программе для знакосинтезирующих (она была, сами понимаете, без излишеств): init+service+dly (24+38+14)=76byte. С тех пор код маленько вырос, но в две сотни байт, даже со звуком, уложится. Прошивка демы «тянет» 250 байт для MT-10Tx, а там перекодировка, в отличие от MT-16. Правда, у последних свои особенности.
Несколько комментарий к осцилограммам. Первая осциллограмма иллюстрирует процесс с ЖКИ MT-10T. Первые четыре фронта CLK это запись 1 в младший разряд сдвигового регистра («бегущая 1»). Следующие четыре импульса CLK это сдвиг единицы и чтение состояния кнопок. Обратите внимание на спад вершин импульсов шины SD, они скошены. Это порт микроконтроллера переключен на вход.
Кнопки отпущены, читается их инверсное значение. Код нажатия 0000. Потом переход к программе записи информации и занесение нулевого адреса в адресный регистр (SD=A0). Далее (CLK=0) формируется спадающий фронт разрешения записи. Центральная вертикальная линия на половине напряжения питания.
Момент фиксации. Следом идет запись первого полубайта в регистр данных индикатора.
На второй картинке полный цикл обновления данных. 20 полубайт с SD=1 (A0). Состояние кнопок в регистре (sc_key), индикатор обновлен.
Третья относится к знакосинтезирующим индикаторам в байтовом режиме. Вес нажатой кнопки 4. Выводится код символа, по завершению устанавливается SD. Полубайтовый режим не имеет отличий в осцилограммах, поэтому не приводится.
Интересное наблюдение (см. последняя осциллограмма)… Разрешение записи на индикатор подано, на A0 (SD) и шине данных изменяется информация, т.к. идет непрерывная запись в сдвиговый регистр, а на экран будет выведен нужный символ, код которого содержится в последних 8 битах, записанных в регистр. Это указывает, что драйвер индикатора не имеет в составе счетчика бит. Информация в индикаторе сохранится только та, которая находится на шине индикатора в момент спада импульса разрешения. Такая организация контроллера ЖКИ позволяет делать то, что описано в данной статье, напоминая нам известную притчу про гланды. Кстати, это было рабочее название статьи, а пациент жив и доволен.
- Радиолоцман №12, 2016
- http://vbb.su/?p=66
Источник: radioded.ru
Итак, подключаем дисплей WH0802A-YGH-CT к микроконтроллеру
WH0802A – двухстрочный символьный дисплей на 8 знакомест со встроенным управляющим контроллером KS0066.
Разбираем назначение выводов дисплея.
У некоторых дисплеев есть два дополнительных вывода – выводы подсветки +LED и –LED. Причем если выводы есть – это еще не означает что есть и подсветка. Как и наоборот. У моего дисплея подсветка есть, а выводов управления нет.
По умолчанию подсветка у дисплея WH0802A-YGH-CT отключена. Чтобы ее включить, нужно проделать парочку нехитрых манипуляций, а именно – установить две перемычки и впаять токоограничительный резистор (смотри на фотке RK, JF и RA соответственно).
Схема подключения дисплея
Это типовая схема включения символьных LCD. Схему управления подсветкой дисплея мы задействовать не будем, но я ее на всякий случай нарисовал.
Начальный код
Подав питание на схему, нужно покрутить регулятор контраста (резистор R1). Если на экранчике появилась верхняя строка, значит, он живой и самое время приступать к написанию кода. На начальном этапе мы будем использовать 8-ми разрядную шину. Чтобы получить первые результаты, нам понадобится написать две функции – функцию записи данных и функцию записи команд. Отличаются они всего одной строчкой – когда записываются данные, сигнал RS должен быть 1, когда записывается команда, RS должен быть 0. Функции чтения мы пока использовать не будем, поэтому сигнал R/W будет всегда 0.
Цикл записи для 8-ми разрядной шины выглядит следующим образом:
1. Установить RS (0 — команда, 1 – данные)
2. Вывести значение байта данных на шину DB7…DB0
3. Установить E=1
4. Программная задержка 1
5. Установить E=0
6. Программная задержка 2
Контроллер символьного ЖК-дисплея, не обладает бесконечным быстродействием, поэтому между некоторыми операциями используются программные задержки. Первая нужна для удержания на некоторое время строб сигнала, вторая, для того чтобы контроллер успел записать данные или выполнить команду. Величины задержек всегда приводятся в описании на контроллер дисплея и нужно всегда выдерживать хотя бы их минимальное значение, в противном случае неизбежны сбои в работе контроллера.
Вообще у контроллера дисплея есть так называемый флаг занятости – BF. Если флаг в 1 – контроллер занят, если в 0 – свободен. Вместо второй программной задержки можно читать флаг занятости и проверять, когда контроллер дисплея освободится. Но поскольку мы хотим быстро получить первые результаты, с флагом занятости будем разбираться потом.
//подключаем символьный ЖК-дисплей к AVR
#include
#include
//порт к которому подключена шина данных ЖКД
#define PORT_DATA PORTD
#define PIN_DATA PIND
#define DDRX_DATA DDRD
//порт к которому подключены управляющие выводы
#define PORT_SIG PORTB
#define PIN_SIG PINB
#define DDRX_SIG DDRB
//номера выводов микроконтроллера
//к которым подключены управляющие выводы ЖКД
#define RS 5
#define RW 6
#define EN 7
//макросы для работы с битами
#define ClearBit(reg, bit) reg <(bit)))
#define SetBit(reg, bit) reg |= (1<<(bit))
#define F_CPU 8000000
#define _delay_us(us) __delay_cycles ((F_CPU / 1000000) * (us));
#define _delay_ms(ms) __delay_cycles ((F_CPU / 1000) * (ms));
//функция записи команды
void LcdWriteCom( unsigned char data)
ClearBit(PORT_SIG, RS); // устанавливаем RS в 0
PORT_DATA = data; // выводим данные на шину
SetBit(PORT_SIG, EN); // устанавливаем Е в 1
_delay_us (2);
ClearBit(PORT_SIG, EN); // устанавливаем Е в 0
_delay_us(40);
//функция записи данных
void LcdWriteData( unsigned char data)
SetBit(PORT_SIG, RS); //устанавливаем RS в 1
PORT_DATA = data; //выводим данные на шину
SetBit(PORT_SIG, EN); //устанавливаем Е в 1
_delay_us (2);
ClearBit(PORT_SIG, EN); // устанавливаем Е в 0
_delay_us(40);
>
int main( void )
while (1);
return 0;
>
Здесь нет сложных мест, все должно быть понятно. Идем дальше.
Любой ЖК-дисплей перед использованием нужно инициализировать. Процесс инициализации обычно описан в datasheet`е на контроллер дисплея. Но даже если там и нет информации, последовательность, скорее всего, будет такая.
1. Подаем питание
2. Ждем >40 мс
3. Подаем команду Function set
DL – бит установки разрядности шины
0 – 4 разрядная шина, 1 – 8 разрядная шина
N – бит установки количества строк дисплея
0 – однострочный режим, 1 – двухстрочный режим
F – бит установки шрифта
0 – формат 5*8, 1 – формат 5*11
* — не важно что будет в этих битах
4. Подаем команду Display ON/OFF
D – бит включения/выключения дисплея
0 – дисплей выключен, 1 – дисплей включен
C – бит включения/выключения курсора
0 – курсор выключен, 1 – курсор включен
B – бит включения мерцания
0 – мерцающий курсор включен, 1 – мерцающий курсор выключен
5. Подаем команду Clear Display
6. Ждем > 1,5 ms
7. Подаем команду Entry Mode Set
I/D – порядок увеличения/уменьшения адреса DDRAM(ОЗУ данных дисплея)
0 – курсор движется влево, адрес уменьшается на 1, 1 – курсор движется вправо, адрес увеличивается на 1
SH – порядок сдвига всего дисплея
0 – сдвига нет, 1 – сдвиг происходит согласно сигналу I/D – если он 0 – дисплей сдвигается вправо, 1 – дисплей сдвигается влево
Для нашего примера функция инициализации будет выглядеть так
Источник: chipenable.ru