CAP 19 APPLICAZIONE TERMINALE DI VISUALIZZAZIONE CON MODULO LCD

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1 CAP A APPLICAZIONE TERMINALE DI VISUALIZZAZIONE CON MODULO LCD La tavola mostra lo schema elettrico di un terminale di visualizzazione intelligente. L apparecchiatura può essere realizzata con un qualsiasi microcalcolatore PIC, semplice, come il PICFA o più evoluto, come il PICF o il PICF. Lo schema proposto è quello più semplice e può essere realizzato anche con una breadboard. Se si utilizza un PIC evoluto si può realizzare l interfaccia seriale con l USART. La visualizzazione viene effettuata con un modulo LCD dotato di due linee a caratteri, mentre i dati da visualizzare sono ricevuti da un altra apparecchiatura mediante un collegamento seriale RS. Il terminale può essere connesso alla porta seriale del PC e con un programma di comunicazione seriale integrato nel pacchetto Windows Hyperterminal (o simili) si possono inviare messaggi che il display LCD visualizza. TAVOLA Terminale di visualizzazione con modulo LCD. +V U + C 0µ F +V D + C0 0µ F C+ C- C+ VCC V+ V- C + 0µ F D + C 0µ F C- J 0 TI TI RO RO GND TO TO RI RI MAX C +V +V RS FEMMINA AL PC C B J PROGRAMMER PRG_CK PRG_DATA +V C pf R 0k Y MHz C pf U PICFA MCLR OSC/CLKIN OSC/CLKOUT VDD VSS RA0 RA RA RA RA/TOCK RB0/INT RB RB RB RB RB RB RB 0 PRG_CK PRG_DATA 0 U LCD DB0 DB DB DB DB DB DB DB RS R/W E VDD LCD L+ L- GND +V REGOLAZIONE CONTRASTO +V R k B U 0 +V A + +V GND J VI VO C C GND C C 00µ F + 00nF 00nF + µ F A Title TERMINALE DI VISUALIZZAZIONE INTELLIGENTE ALIMENTAZIONE Size Document Number Rev A TAV.. Saturday, August 0, 00 Date: Sheet of CAP - Microcalcolatori

2 Modulo LCD Il modulo LCD viene pilotato mediante un collegamento che utilizza un protocollo di comunicazione ideato dall Hitachi, che è diventato uno standard industriale seguito da quasi tutti i costruttori di moduli LCD (Fig. ). Fig. Modulo LCD. Le linee di interfaccia disponibili sul modo LCD sono elencate nella tabella. Le informazioni che si possono inviare al modulo LCD possono essere comandi e dati vengono trasferiti mediante un bus dati bidirezionale a Tabella Segnali del modulo LCD PIN NOME SIGLA DESCRIZIONE GND ground riferimento di massa VDD power supply tensione di alimentazione + V LCD liquid crystal driving voltage regola il contrasto del display si deve applicare una tensione compresa fra 0 e + V RS register select RS = 0 invia un comando RS = invia un dato R/W read/write R/W = 0 invia il dato al display R/W = legge un dato dal display E enable E = 0 disabilitato E = abilita il display ad accettare dati e istruzioni dal bus dati DB0 data bus 0 linea di comunicazione bidirezionale DB data bus linea di comunicazione bidirezionale DB data bus linea di comunicazione bidirezionale 0 DB data bus linea di comunicazione bidirezionale DB data bus linea di comunicazione bidirezionale DB data bus linea di comunicazione bidirezionale DB data bus linea di comunicazione bidirezionale DB data bus linea di comunicazione bidirezionale Vol. - MODULO K

3 o a fili e il tipo di informazione trasferita dipende dallo stato della linea di controllo RS. Se questa linea è posta al livello logico basso sul bus dati è presente un comando, se è posta al livello logico alto è un comando. I comandi servono per configurare il modo di funzionamento dell LCD e per comandare operazioni come cancellare le linee, spostare il cursore da una linea all altra ecc. La linea di lettura e scrittura, R/W, orienta il bus dati in modo tale che sia possibile inviare informazioni al modulo LCD e riceverne. La linea di abilitazione abilita il modulo LCD a leggere il comando o il dato inviato sul bus dati. Osserviamo che nello schema il modulo LCD è connesso mediante linee (e non ), per cui è necessario predisporre questa modalità di funzionamento quando il modulo viene inizializzato. I dati, inoltre, vanno trasferiti con la tecnica del multiplexing, con due operazioni di scrittura successive che richiedono di inviare per primi i bit meno significativi del carattere, e poi i successivi. La figura mostra la gestione, da parte del programma assembler, della visualizzazione sul display LCD di un messaggio memorizzato nel programma. Fig. Listato del programma di gestione. Gestione modulo LCD list P=F RADIX DEC INCLUDE "PF.INC" ERRORLEVEL -0 _CONFIG 0xFF Linee di controllo del modulo LCD RS_LCD EQU RS - Register Select ENABLE_LCD EQU Enable linea dati del modulo LCD DB_LCD EQU linea dati DB del modulo LCD DB_LCD EQU linea dati DB del modulo LCD DB_LCD EQU linea dati DB del modulo LCD DB_LCD EQU linea dati DB del modulo LCD Variabili REG_LCD_L EQU 0x0 REG_LCD_H EQU 0x CNT_DELAY_L EQU 0x contatore del timer CNT_DELAY_H EQU 0x CAP - Microcalcolatori

4 A inizializzazione dei port INIT_PORT macro BSF STATUS, RP0 Banco MOVLW b'0' RA0 uscita, RA ingresso, RA- non usati MOVWF TRISA MOVLW b'000000' RB0- ingressi, RB- uscite MOVWF TRISB BCF STATUS, RP0 Banco HOME_LCD macro MOVWF H'0' CALL GOTO_R_C WRITE_LCD macro CHR MOVLW CHR CALL INVIA_DATO inizializzazione del modulo LCD valore iniziale dei livelli logici dei segnali di controllo e dei dati del modulo LCD INIT_LCD macro BCF PORTB,DB_LCD DB =0 BCF PORTB,DB_LCD DB =0 BCF PORTB,DB_LCD DB =0 BCF PORTB,DB_LCD DB =0 BCF PORTB,ENABLE_LCD E=0 il modulo non è abilitato BCF PORTB,RS_LCD RS=0 invio di un comando Endm sequenza di impulsi di inizializzazione INVIA_ENABLE macro BSF PORTB,ENABLE_LCD DELAY_ms BCF PORTB,ENABLE_LCD DELAY_ms BSF PORTB,ENABLE_LCD DELAY_ms BCF PORTB,ENABLE_LCD DELAY_ms BSF PORTB,ENABLE_LCD DELAY_ms BCF PORTB,ENABLE_LCD DELAY_ms Vol. - MODULO K

5 impulso di abilitazione ENABLE_PULSE BSF DELAY_ms BCF DELAY_ms macro PORTB,ENABLE_LCD PORTB,ENABLE_LCD ritardo di ms DELAY_ms macro MOVLW CALL DELAYnMS ritardo di ms DELAY_ms macro MOVLW CALL DELAYnMS ritardo di ms DELAY_ms macro MOVLW CALL DELAYnMS CMD_DATA macro MOVLW H'' CALL INVIA_COMANDO CMD_ENTRY_SET macro MOVLW H'0' CALL INVIA_COMANDO CMD_SET_PARAMETER macro MOVLW H'0E' CALL INVIA_COMANDO vettore del reset ORG 0x00 Start INIT_PORT inizializza i port del micro INIT_LCD resetta i bit del micro collegati al modulo LCD CALL START_LCD invia i comandi di inizializzazione al modulo LCD CAP - Microcalcolatori

6 A HOME_LCD porto il cursore nella prima riga prima colonna WRITE_LCD 'T' scrive il messaggio TEMPERATURA WRITE_LCD 'E' WRITE_LCD 'M' WRITE_LCD 'P' WRITE_LCD 'E' WRITE_LCD 'R' WRITE_LCD 'A' WRITE_LCD 'T' WRITE_LCD 'U' WRITE_LCD 'R' WRITE_LCD 'A' LOOP_MAIN GOTO LOOP_MAIN il programma si arresta e aspetta il segnale di reset Sottoprogramma DELAY ingresso: W ritardo in ms (clock = MHz) DELAYnMS MOVWF CNT_DELAY_H CLRF CNT_DELAY_L LOOP_D NOP µs x = 0 µs DECFSZ CNT_DELAY_L,F GOTO LOOP_D NOP µs DECFSZ CNT_DELAY_H,F µs GOTO LOOP_D W X( 0+) = 0 x w µs Invia un byte al modulo LCD INVIA_BYTE MOVWF REG_LCD_L BCF PORTB,DB_LCD invio i bit più significativi BCF PORTB,DB_LCD del carattere BCF PORTB,DB_LCD BCF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, BSF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, BSF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, BSF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, ENABLE_PULSE un impulso di enable BSF PORTB,DB_LCD BCF PORTB,DB_LCD invio i bit meno significativi BCF PORTB,DB_LCD del carattere Vol. - MODULO K

7 BCF PORTB,DB_LCD BCF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, BSF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, BSF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, BSF PORTB,DB_LCD BTFSC REG_LCD_L, BSF PORTB,DB_LCD ENABLE_PULSE un impulso di enable Send a data to LCD INVIA_DATO BSF PORTB,RS_LCD CALL INVIA_BYTE Send a command to LCD INVIA_COMANDO BCF PORTB,RS_LCD CALL INVIA_BYTE *******************************************************************************, Start LCD predispone il modulo alla ricezione dei dati START_LCD MOVLW D'0' CALL DELAYnMS BCF PORTB,RS_LCD BSF PORTB,DB_LCD BSF PORTB,DB_LCD BCF PORTB,DB_LCD BCF PORTB,DB_LCD INVIA_ENABLE BCF PORTB,DB_LCD BSF PORTB,DB_LCD BCF PORTB,DB_LCD BCF PORTB,DB_LCD ENABLE_PULSE CMD_DATA CMD_ENTRY_SET CMD_SET_PARAMETER CALL CLEAR_LCD modo invia comandi comando '00' invia la sequenza di impulsi di abilitazione comando '000' un impulso di enable BUS A comando di impostazione della configurazione del modulo display acceso cursore attivo lampeggio spento CAP - Microcalcolatori

8 A Clear LCD CLEAR_LCD MOVLW H'0' pulisce lo schermo CALL INVIA_COMANDO DELAY_ms MOVLW H'0' indirizzo RAM prima cifra CALL INVIA_COMANDO Posiziona il cursore in una riga e una colonna del modulo LCD GOTO_R_C MOVWF REG_LCD_L MOVLW B'000000' MOVWF REG_LCD_H MOVF REG_LCD_L,W ANDLW B'000' IORWF REG_LCD_H,F BTFSC REG_LCD_L, BSF REG_LCD_H, MOVF REG_LCD_H,W CALL INVIA_COMANDO END Il programma principale, dopo aver inizializzato correttamente i port A e B del microcontrollore, inizializza il modulo LCD cancellando lo schermo e posizionando il cursore sulla prima riga nella posizione del primo carattere, invia quindi la stringa di caratteri TEMPERATURA, che compare sul display LCD. Il programma si arresta e, per ottenere una nuova elaborazione, dev essere resettato, per esempio togliendo e riapplicando l alimentazione (si usa la funzione POR). Il programma principale è stato scritto utilizzando sia macro che sottoprogrammi in modo da facilitarne la lettura e l interpretazione se si scelgono con cura i nomi delle macro, il programma sorgente in assembler sembra scritto con un linguaggio ad alto livello. ORG 0x00 INIT_LCD CALL START_LCD HOME_LCD WRITE_LCD T WRITE_LCD E WRITE_LCD M WRITE_LCD P WRITE_LCD E WRITE_LCD R Vol. - MODULO K

9 WRITE_LCD A WRITE_LCD T WRITE_LCD U WRITE_LCD R WRITE_LCD A LOOP_MAIN GOTO LOOP_MAIN Il codice oggetto generato dalla compilazione assembler del programma scritto con questa tecnica è compatto e di veloce esecuzione, e sfrutta tutte le caratteristiche della programmazione a basso livello aumentandone il livello di astrazione e aiutando il programmatore nel suo non facile compito. Il programma sorgente della figura è ampiamente commentato, e quindi basta leggerlo con attenzione per comprendere come sono stati utilizzati i comandi che permettono di gestire la visualizzazione dei caratteri sul modulo LCD. DTE Data terminal equipment DCE Data communication equipment Interfaccia RS Lo standard RS definisce le specifiche per la trasmissione seriale tra due dispositivi denominati DTE e DCE. Il DTE è un dispositivo che trasmette e riceve i dati, mentre il DCE gestisce la comunicazione. Per realizzare una connessione tra due apparecchiature, per esempio due computer distanti l uno dall altro, è necessario collegare il primo computer (DTE) con un modem (DCE) e, attraverso la linea telefonica, collegarsi con un altro modem (DCE) e, attraverso quest ultimo, con il secondo computer (Fig. ). Il dato generato dal primo computer viene trasmesso al modem con una connessione RS, ritrasmesso sulla linea telefonica e ricevuto da un modem che lo ritrasmette, utilizzando un collegamento RS, a un altro computer. Fig. Connessione tra due computer wide per scambiare informazioni. DTE DCE area DCE netwok DTE terminale modem modem computer Quando i due computer sono vicini non è necessario interporre i due modem: basta realizzare la connessione (Fig. ) con un cavo null modem (o cavo invertente), ovvero un cavo che effettua lo scambio diretto dei segnali dai due DTE, come se tra loro ci fossero effettivamente i DCE. La linea di trasmissione Transmit data (TXD), presente sul pin del connettore DB maschio della porta seriale del PC, viene connessa alla linea Receive data (RXD) presente sul pin della porta seriale del PC. Le masse (GND), presenti sul pin di entrambi i PC, sono connesse fra loro. L interfaccia RS è un protocollo hardware realizzato con il componente MAX, prodotto dalla Maxim, che converte i segnali RS dai ± V, necessari per trasmettere e ricevere dati sulla porta seriale, al segnale TTL gestibile dal microcalcolatore (da 0 a + V). La comunicazione seriale utilizza una sola linea e può essere realizzata in modo sincrono e asincrono. Il protocollo implementato nel PC è quello della tra- CAP - Microcalcolatori

10 smissione seriale asincrona, e quindi si utilizzerà questo protocollo per implementare l applicazione proposta. Fig. Collegamento null modem inverso. J TxD GND J connettore DB maschio connettore DB maschio Il DTE trasmettitore, per comunicare, non può semplicemente inviare il dato sulla linea per riceverlo, il DTE ricevente dev essere in grado di riconoscere i bit trasmessi, e pertanto deve leggerli alla stessa velocità con cui sono stati trasmessi. Le velocità di trasmissione ammesse dal protocollo e più utilizzate sono: 00, 00, 00, 00, 00 baud. L uguaglianza della velocità di trasmissione non è però sufficiente. è anche necessario che il DTE ricevente capisca che la trasmissione sta per iniziare, in modo da preparasi a ricevere il dato tramesso. Questa funzione viene realizzata aggiungendo al dato da trasmettere un bit, detto di start, che viene trasmesso per primo permettendo così al DTE ricevente di sincronizzarsi con quello trasmittente. Alla fine viene aggiunto un bit di stop per concludere la trasmissione. Prima di concludere la trasmissione è possibile aggiungere un bit detto di parità, che permette al DTE ricevente di controllare se il dato trasmesso è stato alterato dalla trasmissione nel nostro progetto, per non appesantire l elaborazione del programma, non utilizziamo il bit di parità. La figura mostra la forma del segnale generato dal protocollo. Fig. Formato del dato trasmesso sul collegamento RS. + V '0' µ s t '' V + V '' DI START 0 DI STOP '0' 0 V t Il terminale di visualizzazione che si vuole realizzare non agisce però come un terminale DTE, ma come un terminale DCE (come il modem), per cui il cavo da realizzare è un null modem diretto (Fig. ). La trasmissione viene effettuata a una velocità di 00 baud (bit/s), dato formato da bit, bit di stop, nessuna parità. Alla velocità di 00 baud ogni bit dura /00 = 0,0 ms = 0 ms. 0 Vol. - MODULO K

11 Fig. Collegamento null modem diretto. J RxD TxD GND J connettore DB maschio connettore DB femmina Per collaudare l interfaccia RS della scheda del terminale proponiamo un esercitazione molto semplice: il microcalcolatore si pone in attesa sulla linea di ricezione e attende l arrivo di una transizione negativa che indica l invio del bit di start. Rilevata la transizione, attende per un intervallo di tempo pari a una volta e mezza il tempo imposto dalla velocità di trasmissione prescelta (00 baud nel nostro caso) e legge, a intervalli di 0 ms, gli bit del dato trasmesso utilizzando un registro a scorrimento (shift register) per immagazzinarlo. Il carattere ricevuto viene confrontatato con il codice ASCII corrispondente alla lettera A se coincide, il programma, attraverso l interfaccia RS, invia il carattere S, altrimenti il carattere N. Dopodiché il programma si pone nuovamente nello stato di ricezione, in attesa di un nuovo carattere. La figura mostra il listato del programma sorgente che realizza il protocollo di trasmissione e di ricezione dei dati. La tecnica di scrittura del programma sorgente è quella utilizzata per il programma di gestione del modulo LCD e utilizza macro e sottoprogrammi. Fig. Listato del programma di trasmissione e ricezione. Gestione COMUNICAZIONE SERIALE il programma confronta il carattere ricevuto con la lettera A se è uguale trasmette la lettera S, altrimenti N poi attende una nuova trasmissione list P=FA RADIX DEC INCLUDE "PFA.INC" ERRORLEVEL -0 _CONFIG 0xFF Linee di controllo dell'interfaccia RS TX EQU 0 dato da trasmettere (linea RA0) RX EQU dato da ricevere (linea RA) Area di memoria RAM COUNT EQU 0x0C variabile di conteggio per il ritardo COUNTER EQU 0x0D variabile di conteggio dei bit da trasmettere o da ricevere REG_DATA EQU 0x0E variabile temporanea CAP - Microcalcolatori

12 Inizializzazione dei port INIT_PORT macro BSF STATUS, RP0 Banco MOVLW b'0' RA0 uscita, RA ingresso, RA- non usati MOVWF TRISA MOVLW b'000000' RB0- ingressi, RB- uscite MOVWF TRISB BCF STATUS, RP0 Banco Sottoprogramma DELAY DIV_ introduce un ritardo di µs (/00 bit /s) (clock = MHz) DELAY DIV_ macro MOVLW D'' µs MOVWF COUNT µs LOOP DECFSZ COUNT,F GOTO LOOP x = µs NOP NOP + + = µs programma principale vettore di Reset ******************************************************************************* ORG 0x00 Start INIT_PORT inizializza i port del micro WAIT_RX BTFSC PORTA,RX attende il bit di start, rivela una transizione negativa GOTO WAIT_RX CALL RX_CHAR leggo il carattere e lo memorizzo in REG_DATA MOVLW H'' 'A' SUBWF REG_DATA,W BTFSS STATUS,Z salta se è il carattere 'A' GOTO TX_N TX_S MOVLW H'' rispondo 'S' GOTO INVIA_DATO TX_N MOVLW H'E' rispondo 'N', non è il carattere 'A' INVIA_DATO CALL TX_CHAR GOTO WAIT_RX Sottoprogramma DELAY_ introduce un ritardo di 0 µs (/00 bit /s) (clock = MHz) DELAY_ MOVLW D'' µs MOVWF COUNT µs Vol. - MODULO K

13 LOOP_ DECFSZ COUNT,F GOTO LOOP_ x = µs NOP NOP () = 0 µs + µs (CALL) Trasmette un carattere mediante l'interfaccia RS Input: il dato da trasmettere si trova nell'accumulatore W 00 baud, dato da bit, i bit di stop, nessuna parità TX_CHAR MOVWF REG_DATA MOVLW conta i bit del dato da ricevere MOVWF COUNTER BCF PORTA,TX invio del bit di START CALL DELAY_ 0 µs trasmissione del dato LOOP_TX BTFSS REG_DATA,0 GOTO TX_0 BSF PORTA,TX invio un GOTO INVIA TX_0 BCF PORTA,TX invio uno 0 INVIA RRF REG_DATA,F CALL DELAY_ DECFSZ COUNTER,F ho trasmesso gli bit del dato GOTO LOOP_TX BSF PORTA,TX bit di STOP CALL DELAY_ 0 µs Riceve un carattere mediante l'interfaccia RS 00 baud, dato da bit, i bit di stop, nessuna parità RX_CHAR CLRF REG_DATA MOVLW conta i bit del dato da ricevere MOVWF COUNTER CALL DELAY_ DELAY DIV_ attende, bit (il bit di START e metà del bit del dato) LOOP_RX BTFSS PORTA,RX GOTO RX_0 NOP BSF STATUS,C ha ricevuto un GOTO SHIFT RX_0 BCF STATUS,C ha ricevuto uno 0 SHIFT NOP RRF REG_DATA,F memorizza mediante una rotazione verso destra il valore del flag C CALL DELAY_ attende l'invio del prossimo bit 0 µs DECFSZ COUNTER,F GOTO LOOP_RX ho ricevuto bit END CAP - Microcalcolatori

14 L intervallo di tempo di 0 ms è stato ottenuto valutando attentamente i tempi di ciclo impiegati da ogni istruzione, tenendo conto sia dei ritardi introdotti dalla chiamata del sottoprogramma sia dei tempi di ripristino del contatore di programma al termine della sua esecuzione. Il tempo è calcolato nell ipotesi che il ciclo di un istruzione sia eseguito in un microsecondo, e quindi per una frequenza di oscillazione di MHz. Se si impiega una differente frequenza di oscillazione, il sottoprogramma che genera il ritardo di 0 ms dev essere riscritto. Il programma sorgente presentato nella figura è ampiamente commentato, e quindi la sua lettura è sufficiente per estrarre dal testo i sottoprogrammi e le macro che permettono di utilizzarlo nella realizzazione di apparecchiature più complesse. Prima di essere installato nel PIC, il programma è stato completamente simulato con MPLab IDE, utilizzando sia l editor degli stimoli sia forzando, durante l elaborazione, lo stato delle variabili (Fig. ). Fig. Simulatore MPLab IDE: applicazione degli stimoli. ESERCIZI. Il circuito proposto nella tavola utilizza il microcontrollore PICFA. Riprogetta il circuito adattandolo al PICF ricordandoti del problema legato alla disabilitazione del modo LVP e della differente frequenza del clock di sistema.. Utilizza i due programmi proposti per realizzare un terminale completo che visualizza i dati ricevuti dal PC. I dati trasmessi possono essere sia caratteri che comandi.. Modifica il programma realizzando i cicli di ritardo con il timer 0.. Aggiungi un segnale di clock sul terminale RB0 e trasforma l apparecchiatura in un contatore.. Utilizzando i timer interni, trasforma l apparecchiatura in un tachimetro.. Utilizzando un convertitore analogico-digitale hardware, trasforma il visualizzatore in un ohmetro.. Ripeti l esercizio utilizzando il convertitore A/D integrato nel PICF. Vol. - MODULO K