Introduzione alla progettazione di sistemi embedded a microcontrollore Note su Display a cristalli liquidi e il controller/driver HD44780 prof. Stefano Salvatori A.A. 2015/2016 Eccetto dove diversamente specificato, i contenuti di questo documento sono rilasciati sotto Licenza Creative Commons Attribuzione 3.0 Italia. S. Salvatori maggio 2016 (1 di 35)
Sommario Cristalli liquidi Principio di funzionamento degli LCD Note sugli LCD a matrice di punti Il controller/driver HD44780 S. Salvatori maggio 2016 (2 di 35)
Display a cristalli liquidi I display a cristalli liquidi si trovano ormai in molti degli apparati elettronici che utilizziamo ogni giorno S. Salvatori maggio 2016 (3 di 35)
Cristalli liquidi I cristalli liquidi, o meglio le fasi liquidocristalline, sono uno stato della materia (detto anche stato mesomorfico) intermedio fra quello di un solido cristallino e quello di un liquido isotropo. (da Enc. Treccani) Osservando il cristallo liquido al microscopio con luce polarizzata possiamo osservare come sono orientate le molecole. S. Salvatori maggio 2016 (4 di 35)
Cristalli liquidi Nematico: le molecole possono presentarsi orientate tutte parallelamente le une alle altre; La fase smettica è invece caratterizzata da una struttura stratificata la cui distanza caratteristica può misurarsi con la diffrazione a raggi X; Alcuni cristalli liquidi presentano chiralità, le molecole hanno allora un orientamento che non conserva la simmetria in cui si può avere sovrapposizione con l'immagine speculare. S. Salvatori maggio 2016 (5 di 35)
Cristalli liquidi Nella tecnologia dei display a cristalli liquidi si usano sostanze nematiche. Una caratteristica importante dei c.l. è che l'orientamento delle molecole può essere variato grazie all'applicazione di un campo elettrico. Nei c.l. twisted nematics (TN) le molecole possono disporsi seguendo una rotazione. L'applicazione di un campo elettrico tende invece a orientare le molecole eliminando tale rotazione. In questo modo è possibile impedire o meno il passaggio di luce polarizzata attraverso il materiale. S. Salvatori maggio 2016 (6 di 35)
Cristalli liquidi S. Salvatori maggio 2016 (7 di 35)
LCD: principio di funzionamento Un campo elettrico elimina la rotazione delle molecole La luce non viene trasmessa Le molecole del cristallo liquido possono essere forzate a ruotare di 90 Il cristallo liquido ruota la polarizzazione della luce trasmessa S. Salvatori maggio 2016 (8 di 35)
LCD: principio di funzionamento 400 μm S. Salvatori maggio 2016 (9 di 35)
LCD alfanumerici a matrice di punti S. Salvatori maggio 2016 (10 di 35)
Esempi S. Salvatori maggio 2016 (11 di 35)
Interfacciamento PWR contrasto controllo DATA In alcuni modelli la Vo dev'essere negativa 10 20 k S. Salvatori maggio 2016 (12 di 35)
Interfacciamento 2 1 16 15 dati Comunicazione di tipo parallelo S. Salvatori maggio 2016 (13 di 35)
Il controller/driver HD4478 S. Salvatori maggio 2016 (14 di 35)
Schema a blocci dell'hd44780 S. Salvatori maggio 2016 (15 di 35)
Schema a blocci dell'hd44780 IR: instruction register, in cui memorizzare il codice dell'istruzione da eseguire (displ. clear, cursor shift,...) S. Salvatori maggio 2016 (16 di 35)
Schema a blocci dell'hd44780 DR: data register, in cui viene temporaneamente memorizzato il dato da trasferire nella memoria del display S. Salvatori maggio 2016 (17 di 35)
Schema a blocci dell'hd44780 BF: busy flag, se '1' indica che l'hd44780 sta svolgendo un'operazione interna e l'eventuale istruzione inviata non viene eseguita S. Salvatori maggio 2016 (18 di 35)
Schema a blocci dell'hd44780 AC: address counter, assegna l'indirizzo alla memoria display S. Salvatori maggio 2016 (19 di 35)
Schema a blocci dell'hd44780 S. Salvatori maggio 2016 (20 di 35)
Schemi possibili S. Salvatori maggio 2016 (21 di 35)
Operazione di scrittura a 8 bit S. Salvatori maggio 2016 (22 di 35)
Operazione di scrittura a 4 bit S. Salvatori maggio 2016 (23 di 35)
Memoria display DDRAM: display data RAM, 80x8 bit, immagazzina i dati visualizzati come codici a 8-bit Display a 1 linea: N=0 Display a 2 linee: N=1 S. Salvatori maggio 2016 (24 di 35)
Esempio 1 linea 8 caratteri Scorrimento a sinistra: Scorrimento a destra: S. Salvatori maggio 2016 (25 di 35)
Esempio 2 linea 8 caratteri Scorrimento a sinistra: Scorrimento a destra: S. Salvatori maggio 2016 (26 di 35)
Font 5x8 o 5x10 S. Salvatori maggio 2016 (27 di 35)
Set di caratteri Character generator ROM: CGROM ROM code: A00 S. Salvatori maggio 2016 (28 di 35)
Set di caratteri Character generator ROM: CGROM ROM code: A02 S. Salvatori maggio 2016 (29 di 35)
Set di caratteri Character generator RAM: CGRAM S. Salvatori maggio 2016 (30 di 35)
Power-on-reset All'accensione del controller viene generato un reset: Clear Funzioni: DL = 1 : interf. A 8-bit N = 0 : display a 1 linea F = 0 : font a matrice 5x8 Controllo: D = 0 : display off C = 0 : cursore off B = 0 : no blinking Modalità: I/D = 1 : incremento S = 0 : no shift S. Salvatori maggio 2016 (31 di 35)
Istruzioni S. Salvatori maggio 2016 (32 di 35)
Istruzioni S. Salvatori maggio 2016 (33 di 35)
Inizializzazione sw N: 1 o 2 linee; F: font I/D: incr/decr S: shift S. Salvatori maggio 2016 (34 di 35)
Riferimenti Fujitsu, Fundamentals of Liquid Crystal Displays How They Work and What They Do, White Paper, http://www.fujitsu.com/downloads/micro/fma/pdf/lcd_backg rounder.pdf HD44780U (LCD-II), Dot Matrix Liquid Crystal Display Controller/driver, datasheet, Hitachi, 1999 DM0811, LCD Dot Matrix Display Module, datasheet, Sanyo, 1996 S. Salvatori, Introduzione alla progettazione con gli LPC2000, par 3.6, pp.130-157. S. Salvatori maggio 2016 (35 di 35)