Atmel AVR Mikrocontroller mit OpenSuse: Ansteuerung von LCD-Displays

LCD-Displays gibt es in großer Mannigfaltigkeit. Üblich ist, dass die Displays bereits einen Controller enthalten, der die Pixel ansteuert. Auch in diesem Bereich hat eine Art Standardisierung stattgefunden, so dass nur gegen wenige Controllertypen programmiert werden muss. Ein sehr gebräuchlicher Controller ist der HD44780.

LCD-Display Seiko L2432 mit 2 Zeilen zu 24 Zeichen

Auf dem Display sitzt ein Controller HD44780, also absoluter "Standard".
Das Display hat 2 Zeilen zu 24 Zeichen.

Vorderseite des Seiko L2432.

Unterseite des Seiko L2432, rechts der Controller HD44780. Ganz rechts der 14-polige Konnektor, an den ein Flachbandkabel angelötet wurde.
Das Display wird über einen Connector mit 14 Pins angeschlossen. Sogar die Pin-Belegung des Connectors ist quasi-standardisiert.

Pin
 Function
1
 GND
2
 V+, normalerweise +5V
3
 VLC, Kontrastreglung
4
 RS - Register Set
5
 RW - Read/Write
6
 E - Enable
7
 DB0
8
 DB1
9
 DB2
10
 DB3
11
 DB4
12
 DB5
13
 DB6
14
 DB7
15
 (A - Anode for Backlight) optional
16
 (K - Kathode for Backlight) optional

In Rot sind die für die 4-Bit-Ansteuerung notwendigen Pins gekennzeichnet. Diese müssen mit freien Ports des AVRs (bzw. V+ und GND) verbunden werden.

Neben der Datenleitungen (8 Datenbits D0..D7 bzw. 4 Datenbits D4..D7 im 4-Bit-Modus, Controllerauswahl, R/W, RS, Enable sowie GND und Vcc), muss unbedingt auch -wenn vorhanden- die Kontrastregelung angeschlossen werden. Das gezeigte Display benötigt beispielsweise eine Spannung, die irgendwo zwischen 0 und 5V liegt. Wird keine passende Regelspannung für den Kontrast eingestellt, ist absolut nichts zu sehen und man kann nicht erkennen, ob das Display überhaupt funktioniert! Die Kontrastspannung wird über einen Trimmer angeschlossen von typischerweise 10 KOhm, so dass man auf unterschiedliche Lichtverhältnisse reagieren kann.

Als Open Source gibt es eine Bibliothek für den AVR-Controller (LCD Library von Peter Fleury), welche LCDs ansteuern kann. Sie nutzt die 4-Bit-Ansteuerung (oder einen Memory-Mapped-Mode, der bei bestimmten AVRs möglich ist). Je nach Controller wird ein 8-Bit-Modus, ein 4-Bit-Modus oder beides unterstützt. Der 4-Bit-Modus hat den Vorteil, dass am AVR weniger Pins benötigt werden.

Hinweis: Im 4-Bit-Modus werden die Datenleitungen D4..D7 eines LCD-Moduls/Controllers genutzt. Auch wenn in der Peter-Fleury-Bibliothek immer von D0..D3 (=die logischen Datenleitungen des 4-Bit-Modes) die Rede ist, gemeint sind im 4-Bit-Modus immer D4..D7 (=die physikalischen Datenleitungen des LCD-Moduls).

Im folgenden ist die Nutzung der Funktionen dargestellt (Codeauszug, kompletten Source Code gibts weiter unten):

         ...
         #include "lcd.h"

         ...
        /* clear display and home cursor */
        lcd_clrscr();

        /* put string to display (line 1) with linefeed */
        lcd_puts("LCD Test Line 1\n");

        /* cursor is now on second line, write second line */
        lcd_puts("Line 2");

        /* move cursor to position 8 on line 2 */
        lcd_gotoxy(7,1);

        /* write single char to display */
        lcd_putc(':');

        DO("wait for key\n\r");
        /* wait until push button PD2 (INT0) is pressed */
        wait_until_key_pressed();
        DO("after key\n\r");

        /*
         * Test 2: use lcd_command() to turn on cursor
         */

        /* turn on cursor */
        lcd_command(LCD_DISP_ON_CURSOR);
        ...

Die Bibliothek muss im Makefile als zusätzliche Bibliothek eingetragen werden. Die Funktionsprototypen stehen alle im Header „lcd.h“, den man im eigenen Programm eintragen muss.


Seiko L2432 angeschlossen und erste Datenausgabe mit der LCD Bibliothek von Peter Fleury.

Die Bibliothek ist auch konfigurierbar, es gibt z.B. Controller, die mehr als zwei Zeilen beherrschen, dies kann in der Bibliothek eingestellt werden. Die Spezifika des Displays (Anzahl zeilen, Anzahl Zeichen, ..) und die Anschlußbelegung am AVR muß in "lcd.h" eingetragen werden.

Im Code findet sich übrigens auch der Makroaufruf DO(„text“), dies ist ein Debug-Makro ("DEBUG OUT") von mir, welchen Daten via RS232 ausgibt. Damit kann man erkennen, was der Controller gerade tut. Wie die RS232-Schnittstelle angesprochen wird, wird weiter unten in meinem Text besprochen.

LCD-Displays Wintek WD-C2704M-1HNN mit 4 Zeilen zu 27 Zeichen

Das Display hat 4 Zeilen zu 27 Zeichen. Auf dem Display sitzen zwei Controller, kompatibel zum HD44780. Einer ist für die oberen zwei Zeilen, der andere für die unteren zwei Zeilen verantwortlich. Beide Controller teilen sich alle I/O-Leitungen. Statt einem E(nable)-Pin gibt es zwei Enable-Pins E1 und E2 für die Auswahl zwischen den beiden Controllern.

Die Bibliothek von Peter Fleury unterstützt allerdings nur Displays mit einem Controller. Ich habe das Problem dadurch gelöst, dass ich in alle Funktionen der Bibliothek wo notwendig zwischen beiden Controllern unterschieden habe. So wird z.B. aus der Funktion lcd_clrscr(void) eine Funktion lcd_clrscr(int controllerId), der die Werte LCD_CRTLR_1 und LCD_CRTLR_2 übergeben werden können.

Die Pin-Belegung des Moduls ist in folgender Tabelle dargestellt. Die oben erwähnte "Quasi-Standardisierung"ist hier leicht verändert, da 2 Enable-Pins existieren.

Pin
 Function
1
 GND
2
 V+, normalerweise +5V
3
 VLC, Kontrastreglung (0..4V)
4
 RS - Register Set
5
 RW - Read/Write
6
 E1 - Enable Controller 1
7
 E2 - Enable Controller 2
8
 DB0
9
 DB1
10
 DB2
11
 DB3
12
 DB4
13
 DB5
14
 DB6
15
 DB7
16-21
 Key Input for Input Keys

In Rot sind die für die 4-Bit-Ansteuerung notwendigen Pins gekennzeichnet. Diese müssen mit freien Ports des AVRs (bzw. V+ und GND) verbunden werden.

Im folgenden ist die Nutzung der modifizierten Funktionen dargestellt (Codeauszug, kompletten Source Code gibts weiter unten):

         ...
         #include "lcd.h"

         ...
        /* clear display and home cursor */
        lcd_clrscr(LCD_CRTLR_1);
        lcd_clrscr(LCD_CRTLR_2);

        /* put string to display (line 1) with linefeed */
        lcd_puts(LCD_CRTLR_1, "LCD Test Line 1\n");

        /* cursor is now on second line, write second line */
        lcd_puts(LCD_CRTLR_1, "Line 2");

        /* move cursor to position 8 on line 2 */
        lcd_gotoxy(LCD_CRTLR_1, 7,1);

        /* write single char to display */
        lcd_putc(LCD_CRTLR_1,':');

        DO("wait for key\n\r");
        /* wait until push button PD2 (INT0) is pressed */
        wait_until_key_pressed();
        DO("after key\n\r");

        /*
         * Test 2: use lcd_command() to turn on cursor
         */

        /* turn on cursor */
        lcd_command(LCD_CRTLR_1, LCD_DISP_ON_CURSOR);
        ...

Für LCDs mit nur einem Controller ist die Bibliothek natürlich so wie sie ist zu benutzen.

Im Bild ist der Anschluss des LCDs an das einfache AVR-Board zu erkennen.

Experimentalaufbau - die Display-Schutzfolie wurde auf dem Display belassen, daher die schlechte Ablesbarkeit.


Hier der Source-Code zum Display: lcd_2controller.zip

Erschöpfende Infos zur LCD-Ansteuerung unter http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_LCD

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