[005] Wyświetlacz alfanumeryczny - wstęp

Co jest wspólną częścią większości projektów? Oczywiście oprócz samego mikrokontrolera ze świtą? Interfejs użytkownika, a więc jakieś przyciski lub pokrętła oraz – w prostych urządzeniach – diody świecące, w bardziej złożonych – wyświetlacze alfanumeryczne.

Wyświetlacz, który może prezentować litery, cyfry i różne znaki, jest urządzeniem bardzo uniwersalnym, ponieważ potrafi zaprezentować informację w sposób wyczerpujący i ograniczony w zasadzie tylko wyobraźnią projektanta. Z pewnością każdy zauważył, że większość wyświetlaczy oferuje podobny, charakterystyczny krój liter. Muszą one zatem pochodzą z jednej rodziny, niezależnie od tego, czy były instalowane w faxie, kuchence czy tokarce. I tak właśnie jest: na skutek wielu nieplanowanych wydarzeń, powstał standard. Koślawy, niewygodny, zadziwiający w niektórych szczegółach, lecz standard, a z takimi się nie dyskutuje.

Dawno, dawno temu, czyli na początku lat osiemdziesiątych, Hitachi opracował moduł wyświetlacza, umożliwiającego prezentację do 80 liter, cyfr i znaków graficznych o skromnym rozmiarze 5x8 pikseli. 240 wzorów zaprogramowano na stałe, a użytkownik mógł sobie zaprojektować jeszcze 8 własnych.

Gdy przypatrzyć się szczegółom, widać wiele niedoskonałości: w zestawie znaków brakowało przydatnych semigrafik na rzecz nieużytecznych. Osiem własnych to niewiele, a adresy pozycji nie stanowiły obszaru ciągłego.

Wyświetlacz podłączało się do mikroprocesora typową dla epoki magistralą ośmiobitową, która mogła także pracować w oryginalnym trybie czterobitowym. Sterowanie było przedziwne i opanowanie protokołu, zwłaszcza w assemblerze, stanowiło wyzwanie. Na szczęście to już nas dziś nie dotyczy.

Tak wygląda tył wyświetlacza z epoki. Z prawej strony tkwi wspomniany mikrokontroler, a z lewej widzimy dwa dodatkowe układy, niezbędne, gdy ilość znaków przekracza osiem.

Minęło 40 lat i HD44780, bo tak nazywa się ów standard, ma się dobrze, a nawet dużo lepiej niż w czasie, gdy powstawał. Nie będziemy się tutaj zajmować szczegółami dla nas nieistotnymi, lecz spróbujemy zrobić z tego standardu użytek konkretny.

Ponieważ bohaterem artykułu jest wyświetlacz odzyskany ze starej kasy fiskalnej, postanowiłem najpierw rozkręcić go i wyczyścić, a przy okazji pokazać jak taki wyświetlacz jest zbudowany.

Części jest niewiele. Kolejno: ekran lcd, w tym przypadku zawierający 32 pola znaków w dwóch rzędach, gumki przewodzące, element podświetlający – nie zawsze obecny i ramka spinającą całość. Blok podświetlacza zawiera wewnątrz pakiet ledów oraz rozpraszacz światła.

Z drugiej strony elementy wyglądają tak. Współczesne wyświetlacze mają zwykle te układy wyprodukowane już w technologii tańszej, w postaci struktur naniesionych bezpośrednio na płytkę. Jak widać, poza tymi układami nie ma tam już prawie nic.

Złóżmy całość z powrotem, a powyższe zdjęcie z nałożonymi kolejnymi etapami powinno to ułatwić. Najpierw mamy frontową część płytki drukowanej. Na nią należy przykleić – używając taśmy dwustronnej – blok podświetlacza. Następnie układamy gumki przewodzące, które połączą złocone wyprowadzenia na płytce z tymi, które znajdują się na krawędzi ekranu. W końcu układamy sam ekran, dbając by wszystko do siebie pasowało. Na końcu osadzamy ramkę.

Ramka posiada wypusty, które powinny trafić w szczeliny wycięte w płytce drukowanej. Gdy już wszystko będzie do siebie pasować, wypusty należy zagiąć jak na zdjęciu, w ten sposób, by ramka dociskała wyświetlacz do płytki w sposób pewny. Na końcu trzeba jeszcze przylutować wyprowadzenia podświetlacza do pól z lewej strony, opisanych jako A (anoda) i K (katoda).

W wyświetlaczach obowiązują dwa standardy wyprowadzeń: pionowy, dwurzędowy oraz poziomy. Zabawmy się tym drugim, bo będzie łatwiejszy w operowaniu. Najpierw określmy sobie wszystkie wyprowadzenia.

Pierwsze to ujemny biegun zasilania, czyli tak zwana masa. Drugie – dodatni i jeśli nie określono inaczej, jest to pięć woltów. Trzecie to dłuższa historia. Napięcie, które tutaj się dostarcza, określa kontrast liter. Zatem wstawiając potencjometr pomiędzy masę i napięcie zasilania, ze ślizgacza możemy czerpać dowolne napięcie, regulując tym wyrazistość obrazu. Nowe wyświetlacze pracują zwykle najlepiej, jeśli wystawimy tutaj zero woltów, czyli zewrzemy to wejście z wyprowadzeniem numer jeden, co też właśnie uczyniłem.

Czwarte, szóste i cztery ostatnie to wejścia sygnałowe, które podłączymy do mikrokontrolera. Trzeba jeszcze zewrzeć piąte wyprowadzenie do masy, a pozostałe zostawić wolne.

Z lewej strony, opisane jako 15 i 16, mamy jeszcze dwa wejścia. Nie ma standardu co do ich położenia i różnie z tym bywa. Tam dostarcza się napięcie dla diod podświetlających. Najczęściej łączy się 15 z pięcioma woltami, a 16 z masą.

Teraz już, w zależności od preferencji, możemy tutaj przylutować przewody do bezpośredniego połączenia wyświetlacza z Arduino lub goldpiny, dzięki którym będziemy mogli umieścić wyświetlacz na płytce stykowej i tam dopiero łączyć go z resztą systemu.

Podsumujmy sobie raz jeszcze: z wyświetlacza wychodzi 8 przewodów: masa, zasilanie i 6 sygnałowych. Masę podłączamy do nóżki opisanej jako GND, a zasilanie – do 5V Pozostałe linie możemy podłączyć do dowolnych pinów Arduino i w tym jest jego wielkość: każde praktycznie wyprowadzenie może pełnić cały szereg funkcji. Na potrzeby najbliższego projektu podłączmy wyświetlacz według następującego porządku:

• RS <> PIN 2

• EN <> PIN 3

• D4 <> PIN 4

• D5 <> PIN 5

• D6 <> PIN 6

• D7 <> PIN 7

W kolejnym artykule spróbujemy napisać pierwszy, już „prawdziwy” program, który będzie wyświetlał napisy.