HD44780-LC-Display am Atmel-AVR Mikrocontroller

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Carin Salzmann
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1 Fachbereich Elektrotechnik und Informatik Labor für Angewandte Informatik und Datenbanken Praktikum Automatisierung / Echtzeitregelung (BAU/BER) Prof.Dr.-Ing. Coersmeier HD44780-LC-Display am Atmel-AVR Mikrocontroller Name, Vorname Versuchstag Matrikelnummer Testat

LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite 2 1. Aufgabenstellung Teil 1 In diesem Versuchsteil soll ein mit einem Atmel AVR Mikrocontroller verbundenes 2x16-Zeichen LC-Display angesteuert werden.

Das Programm sollte so strukturiert sein, dass mehrfach benötigte Programmteile als Unterprogramme geschrieben sind. Diese Unterprogramme sollten von Ihrem Hauptprogramm aufgerufen werden. 1.

2 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite 2 1. Aufgabenstellung Teil 1 In diesem Versuchsteil soll ein mit einem Atmel AVR Mikrocontroller verbundenes 2x16-Zeichen LC-Display angesteuert werden. Um diese Funktion zu testen sollen Sie ein Programm schreiben, das auf dem Display den Gruppennamen und das aktuelle Datum ausgibt. Das Programm sollte so strukturiert sein, dass mehrfach benötigte Programmteile als Unterprogramme geschrieben sind. Diese Unterprogramme sollten von Ihrem Hauptprogramm aufgerufen werden Schaltplan Zur Durchführung des Versuches ist folgende Schaltung aufgebaut: 1.2. Vorbereitung Veranschaulichen Sie sich die Funktionen des HD44780-Displaycontrollers (ggf. mit Hilfe des Simulators) Kontrollieren Sie ob das Display im 4-Bit-Modus oder im 8-Bit-Modus angesteuert werden kann. Welcher Port wird für die Datenleitungen verwendet? Mit welchen Operationen kann ein zu übertragendes Byte in zwei 4-Bit Teile (Nibble) zerlegt werden? Welche Funktion hat der ENABLE-Anschluss des Displays? Welche Portleitungen sind an, RW und ENABLE angeschlossen? Bereiten Sie in groben Zügen das von Ihnen zu erstellende Programm vor. (mit Kommentaren!!!) Diese Vorbereitungsaufgaben sind zum Praktikumstermin von jedem Versuchsteilnehmer schriftlich vorzulegen! Bei Unklarheiten oder Problemen melden Sie sich rechtzeitig vor dem Versuchstermin!

LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite 3

Eingeben des vorbereiteten Programms (mit Kommentaren!

3 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite Versuchsdurchführung Besprechen Ihrer Vorbereitungsaufgaben Eingeben des vorbereiteten Programms (mit Kommentaren!!!) Übertragen auf das Testsystem Testen 1.4. Aufbau der Versuchsanordnung 2. LCD-Module mit Hitachi-HD44780-Controller

4 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite Anschlußbelegung Nr. Pin Funktion Nr. Pin Funktion 1 V SS Spannungsversorgung (0V) 8 I/O-Datenbit 1 2 V DD Spannungsversorgung (5V) 9 I/O-Datenbit 2 3 V EE LCD-Kontrasteinstellung 10 I/O-Datenbit 3 4 Register Select 11 I/O-Datenbit 4 5 Read / Write 12 I/O-Datenbit 5 6 E Enable 13 I/O-Datenbit 6 7 I/O-Datenbit 0 14 I/O-Datenbit Funktion der Anschlüsse V SS Betriebsspannung GND-Anschluß V DD Betriebsspannung 5-Volt Spannungsversorgung V EE LCD-Kontrast Spannung zur Kontrasteinstellung des LC-Displays Eingang Register Select 0 Zugriff auf Instruction Register (schreiben) Zugriff auf Busy-Flag und Address Counter (lesen) 1 Zugriff auf Data Register (lesen und schreiben) Eingang Read / Write Signal 0 Schreibzugriff 1 Lesezugriff E Eingang Data Read / Write Enable Signal -7 Ein-/Ausgang Die oberen 4 Bit des Datenbus. (Bidirektionale Tri-State Signale) kann auch als Busy-Flag Verwendung finden -3 Ein-/Ausgang Die unteren 4 Bit des Datenbus. (Bidirektional/Tri-State) Diese Anschlüsse werden im 4-Bit-Modus nicht benötigt Auswahl von Registern und Schreib/Lesezugriff Operation 0 0 Schreiben in das Instruction-Register und Ausführen von internen Operationen (Clear Display o.a.) 0 1 Lesen des Address Counter (-) und Busy-Flag () 1 0 Schreiben in das Data Register und Ausführen von internen Operationen (DD RAM DR oder CG RAM DR) 1 1 Lesen des Data Register und Ausführen von internen Operationen (DD RAM DR oder CG RAM DR) 2.4. Timing Mit Ausnahme des Enable-Signals gibt es keine obere Grenze für Wartezeiten. Ein Flankenwechsel des Enable Signals muß in max. 25ns erfolgen Es gibt zwei mögliche Methoden um ein korrektes Timing sicherzustellen: Vor jeder neuen Operation warten bis das Busy-Flag wieder den Zustand 0 hat Verwendung von Warteschleifen (Diese Variante kann einen Port einsparen) Da das Timing für diesen Versuch unkritisch ist verwenden wir hier die zweite Variante.

5 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite Befehlsliste Befehl Beschreibung Zeit Clear Display Display löschen und Cursor Home 1.7ms Return Home * Cursor Home 1.6ms Entry Mode Set I/ S Cursor Bewegungsrichtung und Display 40µs D Shift AN / AUS Display ON/OFF D C B ON / OFF für Display, Cursor und Cursor-Blinken 40µs Cursor und Display Shift S/C R/L * * Cursor bewegen und Display Shift ohne Änderung des DD-Ram 40µs Funktion setzen D N F * * Interfacelänge (4/8 Bit), Zeilenzahl 40µs L und Zeichensatz Auswahl CG-Ram Adr. Setzen A CG CG-Ram-Adresse setzen 40µs DD-Ram Adr A DD DD-Ram-Adresse setzen 40µs Setzen Busy-Flag / Adr. 0 1 BF A C Busy-Flag und Adr.Counter lesen 40µs Lesen Daten schreiben in 1 0 Write Data Daten in das CG oder DD-Ram 40µs CG oder DD schreiben Daten lesen aus CG oder DD 1 1 Read Data Daten aus dem CG oder DD-Ram lesen 40µs I/D=1: Increment I/D=0: Decrement DD-Ram Display-Data-Ram S=1: Display Shift CG-Ram Character Generator Ram S/C=1: Display Shift S/C=0 Cursor Move A DD DD-Ram-Adresse R/L=1: Shift rechts R/L=0: Shift links Entspricht Cursoradresse DL=1: 8-Bit Interface DL=0: 4-Bit Interface A CG CG-Ram-Adresse N=1: 2 Zeilen N=0: 1 Zeile A C Adress Counter für F=1: 5x10 Pixel F=0: 5x7 Pixel CG und DD Ram BF=1: Warten BF=0: Frei

6 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite Initialisierung für 4-Bit Interface 1. Power On 2. > 15ms warten * * * * 4. > 4.1ms warten * * * * 6. > 4.1ms warten * * * * 8. > 40µs warten Funktion setzen: 4 Bit, 2 Zeilen, 5x7 12. > 40µs warten Return Home 14. > 1.64ms warten C B Display an, C=Cursor, B=Blinken 16. > 40µs warten 17. Initialisierung beendet * * * * Umschalten auf 4 Bit Interface 10. > 40µs warten AB HIER: 4-Bit Interface 2.7. Adressierung des Display-RAM (DD-Ram) Das hier verwendete LCD-Modul hat 2 Zeilen mit jeweils 16 Zeichen. Zeile 1 wird adressiert von 00h to 0Fh (0 bis 15), Zeile 2 wird adressiert von 40h to 4Fh (64 bis 79). Zeile A 0B 0C 0D 0E 0F Zeile A 4B 4C 4D 4E 4F Unabhängig vom Aufbau des Displays sind immer 80 Byte DD-Ram vorhanden. Der zusätzliche Speicher kann durch Scrollen des Displays verwendet werden. Beim Schreiben eines Zeichens wird der Cursor automatisch auf die nächste Zelle gesetzt. Das gezielte Setzen der Schreibposition ist möglich über den Befehl DD-Ram-Adresse setzen Adresse Cursor setzen 2. > 1.64ms warten

LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite 7 2.8. Zeichentabelle Der Zeichensatz des LCD entspricht weitgehend dem Standard-ASCII-Zeichensatz.

7 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite Zeichentabelle Der Zeichensatz des LCD entspricht weitgehend dem Standard-ASCII-Zeichensatz. Zusätzlich zu der hier angegebenen Zeichentabelle ist auch die Definition von benutzerdefinierten Zeichen möglich. Der Compiler kann einfache ASCII-Zeichen in Hochkommata direkt einer Variablen zuweisen.

LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite 8 3. Das Atmel AVR Studio Die in diesem Versuch eingesetzten Mikrocontrollerkarten enthalten einen ATmega16 AVR Mikrocontroller der Firma Atmel.

8 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite 8 3. Das Atmel AVR Studio Die in diesem Versuch eingesetzten Mikrocontrollerkarten enthalten einen ATmega16 AVR Mikrocontroller der Firma Atmel. Zu diesen Mikrocontroller-Typen stellt der Hersteller eine Entwicklungsumgebung zur Verfügung, die auf den Praktikumsrechnern installiert ist. Der verwendete AVR-GCC-Compiler ist auf den Rechnern bereits im AVR Studio integriert. Starten Sie das AVR Studio in dem Sie auf das AVR Studio 4 Symbol auf dem Desktop klicken. Folgendes Fenster öffnet sich automatisch: Es ist ein Standardprojekt voreingestellt und Sie können direkt Ihren Code eingeben. Achtung! Ändern Sie keinesfalls die Projekteinstellungen! Um Ihr Projekt zu kompilieren klicken Sie auf den Button Projekt-kompilieren. Im Build-Fenster werden dabei Compilermeldungen angezeigt, die Ihnen Rückschlüsse auf eventuelle Programmierfehler erlauben. Als Ergebnis erhalten Sie eine Intel-HEX Datei, die in den Mikrocontroller programmiert werden kann.

LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite 9 3.1. Das Programmiertool Der Mikrocontroller wird im Rahmen dieses Praktikums mit einem Flash-Tool über eine ISP- Schnittstelle programmiert.

9 LC-Display am Atmel AVR-Mikrocontroller Seite Das Programmiertool Der Mikrocontroller wird im Rahmen dieses Praktikums mit einem Flash-Tool über eine ISP- Schnittstelle programmiert. Um die vom Compiler erzeugte Hex Datei in den Controller zu flashen, müssen Sie zunächst die Software AVRFlash starten. Kontrollieren Sie zunächst ob die Einstellungen im Flashtool mit den hier angezeigten übereinstimmen. Anschließend können Sie mit dem Button Load im Bereich Code die von Ihnen erzeugte Hex-Datei in das Programmiertool laden. Mit dem Button Write können Sie anschließend die Datei zum Controller übertragen. Nach erfolgreichem Programmiervorgang wird das Programm automatisch ausgeführt.

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