Подключение жидкокристаллического дисплея к микроконтроллеру AVR ATmega32: схема и описание программы

Для того, чтобы обеспечить хорошую коммуникацию между миром машин и миром людей, необходим жидкокристаллический дисплей. Как правило, он является важным компонентом различных встраиваемых систем. Все дисплеи, большие они или маленькие, функционируют согласно следующим основным принципам. Рассмотрим дисплеи 16×1 и 16×2. Дисплей 16×1 позволяет отобразить 16 символов в одной строке. Дисплей 16×2 позволяет отображать 32 символа – 16 символов на первой строке и 16 символов на второй. Для того чтобы научиться работать с дисплеем необходимо понять, что каждый символ занимает на дисплее 5×10=50 пикселов. То есть чтобы отобразить один символ на экране дисплея, все эти пикселы должны работать одновременно. Но эти проблемы нас не будут волновать поскольку в составе дисплея, который мы будем использовать, присутствует контроллер HD44780, который берет всю работу по контролю этих пикселов на себя.

Необходимые компоненты

Аппаратное обеспечение

Микроконтроллер ATmega32 (семейство AVR).
Программатор AVR-ISP (купить на AliExpress), USBASP (купить на AliExpress) или другой подобный.
JHD_162ALCD (жидкокристаллический дисплей 16×2) (купить на AliExpress).
Конденсатор 10 мкФ.
Источник питания с напряжением 5 Вольт.

Программное обеспечение

Atmel Studio версии 6.1 (или выше).
Progisp или flash magic (необязательно).

Работа схемы

Схема устройства приведена на следующем рисунке.

На схеме показано, что порты микроконтроллера AVR ATmega32 подсоединены к портам данных жидкокристаллического дисплея (ЖК). При этом необходимо помнить о том, что необходимо деактивировать интерфейс JTAG в PORTC ATmega32 при помощи изменения фьюзов (fuse bytes) чтобы иметь возможность использовать порты PORTC в качестве обычных портов ввода/вывода. У ЖК дисплея 16×2 всего 16 контактов если в нем присутствует черный цвет. Если же черного цвета нет, то у ЖК дисплея будет 14 контактов. 2 контакта, отвечающих за черный цвет, можно проигнорировать. Таким образом, среди оставшихся 14 контактов имеем 8 контактов данных (7-14 или D0-D7), 2 контакта для подачи питающего напряжения (1&2 или VSS&VDD или gnd&+5v), 3-й контакт для контроля контраста (насколько «жирно» будут выглядеть символы на экране), 3 контакта контроля (RS&RW&E).

На представленной схеме использовано только 2 контакта контроля, что обеспечивает дополнительную гибкость схеме. Контакт контраста и контакт READ/WRITE используются редко, поэтому в нашем случае они могут быть просто замкнуты на землю, что гарантирует ЖК дисплею максимальный контраст и переключает его в режим чтения (READ). Нам необходимо всего лишь управлять контактами ENABLE и RS чтобы передавать на дисплей символы и данные.

Необходимые соединения между микроконтроллером ATmega32 и 16×2 ЖК дисплеем следующие:
PIN1 или VSS – земля (ground)
PIN2 или VDD или VCC – питание +5 В
PIN3 или VEE — земля (обеспечивает максимальный контраст символов)
PIN4 или RS (Register Selection) — PD6 микроконтроллера
PIN5 или RW (Read/Write) — земля (переводит ЖК дисплей в режим чтения)
PIN6 или E (Enable) — PD5 микроконтроллера
PIN7 или D0 — PA0 микроконтроллера
PIN8 или D1 — PA1
PIN9 или D2 — PA2
PIN10 или D3 — PA3
PIN11 или D4 — PA4
PIN12 или D5 — PA5
PIN13 или D6 — PA6
PIN14 или D7 — PA7

В представленной схеме мы использовали 8-битную связь с ЖК (D0-D7), хотя это не обязательно и мы могли ограничиться 4-битной связью (D4-D7) – но в этом случае программа была бы немного сложнее, что было бы не очень хорошо для начинающих.

Таким образом, мы соединили 10 контактов ЖК дисплея с микроконтроллером, из которых 8 контактов используются для передачи данных, а 2 контакта – для управления.

Принципы управления жидкокристаллическим дисплеем

Итак, мы определились с тем, что будем использовать 10 контактов ЖК дисплея: 8 контактов для передачи данных и 2 контакта для управления.

2 контакта управления будут использоваться следующим образом:

1. Контакт RS (Register selection – выбор регистра) будет использоваться для того, чтобы сообщить ЖК дисплею о том будем ли мы пересылать ему данные или команду.

К примеру:

В представленной таблице (верхней) значение порта данных ЖК дисплея (D7-D0), равное «0b0010 1000» (двоичный код) или «0x28» (шестнадцатеричный код) указывает на то, что ЖК дисплей должен отобразить на своем экране символ «(«. В таблице 2 (нижней) то же самое значение «0x28» указывает ЖК дисплею что он должен переключиться в режим: 4 бита, 2 строки, 5х7 точек. Таким образом, одно и то же значение порта данных (D7-D0) может использоваться для двух целей – и выбор одной из этих целей осуществляется с помощью регистра выбора RS. Если на контакте RS низкое напряжение – это свидетельствует ЖК дисплею о том, что мы будем передавать команду. Если на контакте RS высокое напряжение, то ЖК дисплей понимает что мы будем передавать данные. Соответственно, ЖК дисплей конфигурирует свой порт данных в зависимости от состояния регистра (контакта) RS.

2. Контакт E (Enable — доступен) устанавливает готовность порта данных к приему информации. Если напряжение на этом контакте изменяется с высокого на низкое – это свидетельствует о том, что ЖК дисплей принял данные и отображает на экране соответствующий результат. Таким образом, на этот контакт подается высокое напряжение перед началом передачи данных и низкое напряжение когда процесс передачи данных завершен.

Объяснение работы программы

После того как вы соединили аппаратные компоненты схемы между собой, запустили программу Atmel studio и начали в ней новый проект для написания программы, сейчас самое время открыть окно программирования и начать написание программы. Программа должны делать следующие вещи.

Сначала мы сообщаем микроконтроллеру ATmega32 какие порты ЖК дисплея мы собираемся использовать для передачи данных и команд управления. Затем мы сообщаем микроконтроллеру когда мы будем посылать данные ЖК дисплею устанавливая соответствующие значения контактов RS и E дисплея.

Короткое объяснение принципов работы программы:

На контакт E подается высокое напряжение (сообщаем ЖК дисплею что он будет принимать данные), а на контакт RS подается низкое напряжение (сообщаем ЖК дисплею о том, что будет передаваться команда).
Передаем значение 0x01 на порт данных – команда очистки экрана.
На контакт E подается высокое напряжение (сообщаем ЖК дисплею что он будет принимать данные), на контакт RS также подается высокое напряжение (сообщаем ЖК дисплею о том, что будут передаваться данные).
Передаем строку символов – по одному символу, один за другим.
На контакт E подается низкое напряжение – сообщаем ЖК дисплею о том, что мы закончили передачу данных.
После этой последней команды ЖК дисплей заканчивает процессы связи (передачи/приема данных), обрабатывает полученные данные и высвечивает полученную строку символов на экране.

В представленном сценарии работы программы мы передаем поочередно символы на ЖК дисплей – один за другим. Символы передаются на ЖК дсиплей в ASCII коде (American standard Code for Information Interchange — Американский стандартный код обмена информацией).

На следующем рисунке представлена таблица ASCII кодов. К примеру, чтобы ЖК дисплей отобразил символ “@” мы должны передать ему в шестнадцатеричном коде код “64”. Если мы передадим на ЖК дисплей значение ‘0x62’, то он отобразит на экране символ ‘>’. Таким образом, передавая необходимые ASCII коды на ЖК дисплей, мы заставим отображать его те символы, которые нам нужны.

Ниже представлен код программы на языке С с необходимыми пояснениями.

// код программы для взаимодействия жидкокристаллического дисплея с микроконтроллером ATmega32
#include <avr/io.h>
#define F_CPU 1000000UL
#include <util/delay.h>
#define RS 6
#define E  5
void send_a_command (unsigned char command);
void send_a_character(unsigned char character);
int main(void)
{
    DDRA = 0xFF;
    DDRD = 0xFF;
    _delay_ms(50);
    send_a_command(0x01);// команда очистить экран
    send_a_command(0x38);// устанавливаем режим 16*2 в ЖК дисплее
    send_a_command(0x0E);// включить экран и курсор
    
     send_a_character (0x44); // ASCII код для символа 'D'
     send_a_character (0x49); // ASCII код для символа 'I'
     send_a_character (0x4C); // ASCII код для символа 'L'
     send_a_character (0x49); // ASCII код для символа 'I'
     send_a_character (0x50); // ASCII код для символа 'P'
    
}
void send_a_command (unsigned char command)
{
    PORTA=command;
    PORTD&= ~(1<<RS);
    PORTD|= (1<<E);
    _delay_ms(50);
    PORTD&= ~(1<<E);
    PORTA =0;
}
void send_a_character (unsigned char character)
{
    PORTA=character;
    PORTD|= (1<<RS);
    PORTD|= (1<<E);
    _delay_ms(50);
    PORTD&= ~(1<<E);
    PORTA =0;
}

// код программы для взаимодействия жидкокристаллического дисплея с микроконтроллером ATmega32

#include <avr/io.h>

#define F_CPU 1000000UL

#include <util/delay.h>

#define RS 6

#define E 5

void send_a_command (unsigned char command);

void send_a_character(unsigned char character);

int main(void)

{

DDRA = 0xFF;

DDRD = 0xFF;

_delay_ms(50);

send_a_command(0x01);// команда очистить экран

send_a_command(0x38);// устанавливаем режим 16*2 в ЖК дисплее

send_a_command(0x0E);// включить экран и курсор

send_a_character (0x44); // ASCII код для символа 'D'

send_a_character (0x49); // ASCII код для символа 'I'

send_a_character (0x4C); // ASCII код для символа 'L'

send_a_character (0x49); // ASCII код для символа 'I'

send_a_character (0x50); // ASCII код для символа 'P'

}

void send_a_command (unsigned char command)

{

PORTA=command;

PORTD&= ~(1<<RS);

PORTD|= (1<<E);

_delay_ms(50);

PORTD&= ~(1<<E);

PORTA =0;

}

void send_a_character (unsigned char character)

{

PORTA=character;

PORTD|= (1<<RS);

PORTD|= (1<<E);

_delay_ms(50);

PORTD&= ~(1<<E);

PORTA =0;

}

Видео, демонстрирующее работу схемы

Примечание: к этой записи прикреплена форма для оценки. Чтобы оценить её, зайдите на сайт.

9 ответов к “Подключение жидкокристаллического (ЖК) дисплея к микроконтроллеру ATmega32”

Здравствуйте, есть вопрос. В принципе все понятно, верхнюю строчку LCD (1 Line)освоил, а как теперь спуститься вниз, на (2 Line)? Надеюсь понятно написал:)

Ответить

Что надо изменить в коде под 4 бит?

Дмитрий, для 4 битного режима уже не помню что нужно изменить. Возможно,когда вернусь из отпуска,смогу помочь в этом вопросе если для вас это будет ещё актуально

Да, актуально как никогда)

Дмитрий,посмотрите здесь ниже мой комментарий от 14.03.2020, там есть ссылка на статью про амперметр на авр, в ней приведена команда на перевод строки для ЖК дисплея

Спасибо, нашел в статье как переключиться на 2 (Line). А вот 4 битный режим для меня сейчас как никогда актуален.

К сожалению, с 4 битным режимом не могу пока помочь. Если подождете до 7 октября, когда я из отпуска приеду, то тогда могу попробовать помочь

Замечательная статья! Немного практики. Хотелось бы сделать вывод определенных словосочетаний при срабатывании датчика, концевика и т.п. Набор из 10-20 разных сообщений.
С Уважением Владимир

Был в отпуске, поэтому не заметил ваш комментарий. Срабатывание датчика легко проверить с помощью проверки состояния контакта, примеры проверки состояния контактов по нажатию кнопок рассмотрены в этой статье, а вывод целой строки символов на экран ЖК дисплея — в данной статье, функция void send_a_string(char *string_of_characters), в самом конце исходного кода программы

Необходимые компоненты

Аппаратное обеспечение

Программное обеспечение

Работа схемы

Принципы управления жидкокристаллическим дисплеем

Объяснение работы программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

9 ответов к “Подключение жидкокристаллического (ЖК) дисплея к микроконтроллеру ATmega32”

Добавить комментарий Отменить ответ

Добавить комментарий