Программирование дисплея на контроллере ST7920

Хочу рассказать о программировании дисплея на контроллере ST7920 с использованием ATtiny2313 контроллера.

Этот дисплей имеет 2 режима работы:

• Графический
• Текстовый

И имеет 3 режима подключения:

1. Подключение по 8 битной шине
2. Подключение по 4 битной шине
3. Подключения по SPI (3 или 2 битной шине)

В данном посте я расскажу о:

• Работе в текстовом режиме
• Подключения и программирование по 8 битной шине
• Подключения и программирование по SPI

Для того что бы подключить дисплей к контроллеру нам понадобится:

1. Дисплей на контроллере ST7920
2. 2 подстрочных резистора на 320 Ом.
3. Для 8 битного режима резистор на 4.7 кОм (или больше)
4. Контроллер ATtiny2313
5. Источник питание на 5В.

Схема подключения

Подключение по 8 битной шине данных

Распиновка контактов:
GND — Земля
VCC — +5В
V0 — Настройка контрастности
RS — Определяет режим передачи данных (1 — это данные, 0 — это команда)
RW — Запись или чтения (1 — чтения, 0 — запись)
E — Строб
D0-D7 — Шина данных
PSB — Определяет какой протокол передачи данных будет использоваться ( 1 — 8/4 бит шина, 0 — SPI)
BLA — Анод подсветки (+)
BLK — Катод подсветки (-)

Подключение по SPI

Распиновка контактов:
GND — Земля
VCC — +5В
V0 — Настройка контрастности
RS — (CS) Разрешает и запрещает дисплею принимать данные (1 — Запрещает, 0 — Разрешает)
RW — (SID) Шина данных
E — (SCLK) Строб
PSB — Определяет какой протокол передачи данных будет использоваться ( 1 — 8/4 бит шина, 0 — SPI)
BLA — Анод подсветки (+)
BLK — Катод подсветки (-)

Подстроечные резисторы

RP1 — Регулятор контрастности
RP2 — Регулятор яркости

Описание протоколов программирования дисплея

8 битный режим

И так, с начало я расскажу о том как в общих чертах происходит работа с дисплеем.
Для того что бы работать с дисплеем нам нужно отправлять команды и данные на дисплей.
К командам относится: Включения/выключение дисплея, отображение курсора, перемещение курсора и т.д. К данным относятся например символы которые вы хотите видеть на дисплее.

Давайте рассмотрим пример того как производится инициализация для 8 битного режима.
Давайте рассмотрим пример того как производится инициализация:

• Задержка в 50 мкс.
• Отправляем команду установки 8 битного режима.
• Задержка 120 мкс.
• Отправляем команду включения дисплея ( в ней же указывается, включить ли курсор, и мигать ли курсором)
• Задержка в 50 мкс.
• Повторно отправляем функцию установки 8 битного режима
• Задержка 120 мкс.
• Отправляем команду отчистить экран
• Задержка 20 мкс.
• Устанавливаем ENTRY MODE (эта команда говорит о том в какую сторону сдвигать курсор после написания символа, нам соответственно нужно вправо)

Вот и все, после выполнения этих действий, если вы указали в команде включения дисплея отображать курсор, на экране вы увидите курсор.

Рассмотрим как отправить одну команду на дисплей в 8 битном режиме:

• Устанавливаем низкий уровень E
• Устанавливаем низкий уровень RS
• Устанавливаем низкий уровень RW
• Задержка 1 мкс.
• Устанавливаем высокий уровень E
• Отправляем в порт данных байт команды
• Задержка 1 мкс.
• Устанавливаем низкий уровень E
• Задержка 50 мкс.

Для отправки одного байта данных выполняется абсолютно то же самое, только в начале устанавливается высокий
уровень RS.
RS = 0 Команда
RS = 1 Данные

Вот как отправляется один байт данных:

• Устанавливаем низкий уровень E
• Устанавливаем высокий уровень RS
• Устанавливаем низкий уровень RW
• Задержка 1 мкс.
• Устанавливаем высокий уровень E
• Отправляем в порт данных байт команды
• Задержка 1 мкс.
• Устанавливаем низкий уровень E
• Задержка 50 мкс.

Давайте рассмотрим код отправки команды
Для начала установим константы что бы было удобнее:

.equ PCom = PORTD ; Управляющий порт к которому подключены RS, RW, E
.equ PW = PORTB   ; Порт данных 
.equ RS = 2       ; Контакт порта PCom к которому подключен RS
.equ E = 0          ; Контакт порта PCom к которому подключен E
.equ RW = 1       ; Контакт порта PCom к которому подключен RW
.def Data = R18   ; Регистр используется для записи данных в порт

Функция отправки команды:

;Перед вызовом функции в регистр Data нужно установить необходимую команду
LCD12864_CommandOut:                ;Вывод команды на дисплей.
       cbi  PCom,  E                ; Устанавливаем  низкий уровень E
       cbi  PCom,  RS               ; Устанавливаем низкий  уровень RS
       cbi  PCom,  RW		  ; Устанавливаем низкий уровень RW
       LCD8_MACRO_DELAY 1, 1	  ; Задержка 1 мкс.
       sbi  PCom,  E                ; Устанавливаем высокий  уровень E
       out  PW,    Data             ; Отправляем в порт данных байт команды 
       LCD8_MACRO_DELAY 1, 1	  ; Задержка 1 мкс.
       cbi  PCom,  E                ;  Устанавливаем низкий уровень E
       LCD8_MACRO_DELAY 1, 50	  ; Задержка 50 мкс.
       Ret

Функция отправки данных:

;Перед вызовом функции в регистр Data нужно установить необходимую команду
LCD12864_DataOut:                ;Вывод данных на дисплей.
       sbi  PCom,  E                ; Устанавливаем  высокий уровень E
       cbi  PCom,  RS               ; Устанавливаем низкий  уровень RS
       cbi  PCom,  RW		  ; Устанавливаем низкий уровень RW
       LCD8_MACRO_DELAY 1, 1	  ; Задержка 1 мкс.
       sbi  PCom,  E                ; Устанавливаем высокий  уровень E
       out  PW,    Data             ; Отправляем в порт данных байт команды 
       LCD8_MACRO_DELAY 1, 1	  ; Задержка 1 мкс.
       cbi  PCom,  E                ;  Устанавливаем низкий уровень E
       LCD8_MACRO_DELAY 1, 50	  ; Задержка 50 мкс.
       Ret

В коде был использован макрос LCD8_MACRO_DELAY, вот его код

; Пример макроса функции задержки в микросекундах
.MACRO LCD8_MACRO_DELAY ; 1 параметр количество задержек, 2 параметр, количество микросекунд в задержки
       ldi  Temp,  @0               
       ldi  Temp1, @1
     rcall  LCD12864_Delay
.ENDM

;Пример функции задержки для контроллера на 4 МГц.
;Функция имеет 2 параметра:
;R16 – Количество микросекунд
;R17 – Количество циклов по R16 микросекунд.
LCD12864_Delay:
	push  R16     ;Сохраняем младшую задержку в ОЗУ.
ES0:
	dec  R16       ;- задержка.
	cpi  R16,  0   ;Закончилась?
    brne  ES0      ;Нет - еще раз.
	
	pop  R16      ;Да? Восстановить задержку.
	dec  R17      ;Отнять от "количества задержек" разряда.
	cpi  R17, 0   ;Количество задержек = 0?
    brne  LCD12864_Delay               
    ret

Теперь рассмотрим команды инициализации дисплея в текстовом, 8 битном режиме:

Команда FUNCTION SET: 0 0 1 DL 0 RE 0 0
DL:

• Если установлено 1 то устанавливаем 8 бит передачу данных
• Если установлено 0 то устанавливается 4 бита передача данных

RE:

• Если установлено 1 то устанавливается набор расширенных команд
• Если установлено 0 то устанавливается набор базовых команд

Следующая команда это DISPLAY STATUS: 0 0 0 0 1 D C B
D:

• Если установлено 1 то дисплей включен
• Если установлено 0 то дисплей выключен

С:

• Если установлено 1 то курсор включен
• Если установлено 0 то курсор выключен

B:

• Если установлено 1 то курсор будет мигать
• Если установлено 0 то курсор не будет мигать

Следующая команда простая CLEAR – отчистка экрана: 0 0 0 0 0 0 0 1

И последняя команда это ENTRY MODE SET – установка направления движения курсора: 0 0 0 0 0 1 I/D S

• Если I/D = 1 то курсор сдвигается вправо
• Если I/D = 0 то курсор сдвигается влево

На основе этих четырех функций можно написать функцию инициализации дисплея:

LCD12864_Init:                      ;Инициализация дисплея.
	 LCD8_MACRO_DELAY 1, 50	; Задержка в 50 мкс.
	 Ldi Data, 0b00110000
	 rcall LCD12864_CommandOut  ; Отправляем команду установки 8 битного режима.
	 LCD8_MACRO_DELAY 1, 120    ; Задержка в 120 мкс.
	 Ldi Data, 0b00001111
	 rcall LCD12864_CommandOut ; Отправляем команду включения дисплея, включить курсор, мигать курсором
         LCD8_MACRO_DELAY 1, 50    ; Задержка в 50 мкс.
	 Ldi Data, 0b00110000
	 rcall LCD12864_CommandOut  ; Отправляем команду установки 8 битного режима.
	 LCD8_MACRO_DELAY 1, 120    ; Задержка в 120 мкс.
	 Ldi Data, 0b00000001
	 rcall LCD12864_CommandOut  ; Отправляем команду отчистить экран
         LCD8_MACRO_DELAY 1, 20      ; Задержка в 20 мкс.
	 Ldi Data, 0b00000110
	 rcall LCD12864_CommandOut   ; установка направления движения курсора вправо
	 LCD8_MACRO_DELAY 1, 50      ; Задержка в 50 мкс.
    ret

После выполнения инициализации на экране вы должны увидеть мигающий курсор.

Режим SPI

Теперь о функции приема передачи команды/данных по SPI.
В этом режиме участвуют 2 линии:

• SID это контакт передачи данных, на дисплее он же RW
• SCLK – это линия строб, на дисплее он же E

В SPI режиме передача одной команды или 1 байта данных происходит при передачи 24 бит
Протокол передачи данных таков:

• Передаем 4 единицы подряд
• Передаем 1 бит RW – чтения или запись
• Передаем 1 бит RS – Команда или данные
• Передаем 0
• Передаем 4 бита старшей половины байта данных
• Передаем 4 нуля
• Передаем 4 бита младшей половины байта данных
• Передаем 4 нуля подряд

На этом передача одного байта завершена.

После каждого переданного бита делается строб, то есть:

• Задержка 1 мкс.
• Устанавливаем высокий уровень SCLK
• Задержка 1 мкс.
• Устанавливаем низкий уровень SCLK
• Задержка 1 мкс.

Рассмотрим функцию передачи команды/данных в режиме SPI, но сперва объявим константы:

.equ PCom = PORTD ; Управляющий порт к которому подключены SID и SCLK 
.equ SID = 1 ; RW Шина данных
.equ SCLK = 0; E Строб
.def Data = R18   ; Регистр используется для записи данных в порт

А теперь сама функция:

/*************************************
Функции отправки команды и данных по последовательному порту
	LCD12864_CommandOut - Отправляет команду
	LCD12864_DataOut    - Отправляет данные

	Команда или данные должны находится в регистре Data
**************************************/
LCD12864_CommandOut:
	ldi r20, 0
	rjmp command
LCD12864_DataOut:
	ldi r20, 1	 
command:	      
	LCD8_MACRO_DELAY 1, 1
	sbi PCom, SID ; Устанавливаем SID В 1
    ; Шлем 4 единицы
	rcall strob ; 1
	rcall strob ; 1
	rcall strob ; 1
	rcall strob ; 1
	rcall strob ; 1
    ; Устанавливаем rw на запись
	cbi PCom, SID  ; rw = 0
	rcall strob

    ; Выберем, команда или данные и отправим ее.
	cbi PCom, SID  ; rs = 0
    cpi r20, 0
	breq command1
	sbi PCom, SID  ; rs = 1
command1:
	rcall strob

    ; Отправляем 0
	cbi PCom, SID  ; 0  
	rcall strob

    ; Началась отправка байта
	ldi r20, 8    ; Счетчик бит
for_send_data:
	cpi r20, 0  ; Смотрим не закончились ли биты?
	breq  stop_send_data ; Если закончились то переходим к отправки последних нулей
	cpi r20, 4    ; Смотрим, если было отправлено 4 бита то выполняем отправку 4 нулей.
	brne  no_strob ; Иначе переходим к отправки следующего бита

    ; Отправка 4 нуля
	cbi PCom, SID
	rcall strob
	rcall strob
	rcall strob
	rcall strob

    ;Отправка следующего бита
no_strob:
	dec r20 ; Уменьшаем счетчик бит
	rol		Data ; Сдвигаем регистр с данными на 1 влево
	brcs  send_bit_1 ; Если сдвинутый регистр был 1, то флаг C был поднят, а значит переходим на отправку бита 1
    ; Если флаг С не был поднят, отправляем 0
	cbi PCom, SID ; Данные 0 бит
	rcall strob
	rjmp for_send_data
    ;Отправляем бит 1
send_bit_1:
	sbi PCom, SID ; Данные 1 бит
	rcall strob
	rjmp for_send_data
stop_send_data:

    ; Отправка байта закончилась, отправляем 4 нуля
	cbi PCom, SID 
	rcall strob
	rcall strob
	rcall strob
	rcall strob
	cbi PCom, SID 
	ret

Функция строб:

strob:
	LCD8_MACRO_DELAY 1, 1 ; Задержка в 1 мкс
	sbi PCom, SCLK	                   ; Устанавливаем высокий уровень SCLK
	LCD8_MACRO_DELAY 1, 1 ; Задержка в 1 мкс
	cbi PCom, SCLK                     ; Устанавливаем низкий уровень SCLK
	LCD8_MACRO_DELAY 1, 1 ; Задержка в 1 мкс
	ret
.endif
;******************************************************

Текстовый режим

Теперь после того как вы научились инициализировать дисплей вы можете выводить любые символы на экран, например вывести букву A:

     ldi  Data,  'A'
     rcall  LCD12864_DataOut

И на дисплее вы увидите букву A.

И так, теперь о том как устроенно адресное пространство в текстовом режиме:
Экран делится на 8 столбцов и 4 строки, в каждый столбец вы можете записать по 2 обычных символа или 1 иероглиф.
Адресное пространство находится от 0 до 31.

Как видите первая строчка это адреса от 0 до 7
Вторая же строчка от 16 до 23
Третья строчка от 8 до 15
То есть если вы напишете 16 букв подряд с адреса 0, то они будут в первой строчке,
но если вы напишите 17 символов, то последний символ будет не на второй строчке, а на третей!

Есть специальная функция установки адреса курсора: 1 AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0
С помощью этой команды можно поставить курсор в нужное место вписав за место AC0-AC6 адрес от 0 до 31.

Графический режим

И напоследок, для тех кто хочет использовать графический режим, есть такая статья: LCD 12864 на контроллере ST7920. Параллельный режим (8 бит)

Библиотека для работы с ST7920

Ссылка на файл библиотеки

Автор: teimur

Источник