象とパグ、またはAttiny13AへのLCD接続

もう一度、Habrの読者を歓迎します！



ことわざ。

正直に言って、私が自分のプロジェクトで必要になるとさえ思わなかったときに、シフトレジスタの適用と使用のトピックに触れる、少し異なる内容の記事を書きたかったのです。

しかし、私は友人をマイクロコントローラプログラミングの分野に引き込むことにしました。マイクロコントローラプログラミングは、自分自身や他の多くの問題を容易に理解するでしょう。



彼の最初のアイデアは光の動的な設置を作成することだったので、私は彼にDigisparksと10ワットRGB LEDのスターターキットを注文しました。 しかし、問題は、彼らが待たなかったところから来ました。最初の問題は、ハードウェアPWMの欠如です。 そして2つ目-友人が複数のLEDを同時に制御したかった。

もちろん、解決策は簡単です。別のマイクロコントローラーを備えた、より高度なボードを使用してください。 しかし、そのようなボードは素晴らしい手段のために注文し、再び待つか、地元で購入する必要があり、その間、私は長い間研究してきた制御原理であるシフトレジスタを思い出しましたが、私はそれを回路で使用しませんでした。



彼はAtmel Studioに座って、74HC595を通じてマルチチャネルソフトPWMの記述を開始しました。 数日で、いくつかの制御モードが作成され、マルチチャネルPWM、BAMを編成するためのすべての基本機能、およびLEDレベルと7セグメントインジケーターを操作するためのメカニズムが実装されました。

実際、このテーマについては、添付のソースを使用して詳細な記事を書きたいと思いましたが、ボリュームが非常に大きくなり、記事が非常に広範囲になりました。 そして、以下で説明する最終的な実装の後、管理コンセプトを完全に修正する必要があり、このトピックに関するすべての開発が即座に陳腐化することになりました。

読者がそのような記事を受け取りたいという欲望を持っているならば、私はそうするでしょう。 そして、それなしで、 私たちは皆 、 私がどれほど怠けているか覚えています 。 :)



一般に、友人はArduino環境で使用するためのライブラリを受け取りましたが、私は退屈し、LCD（HD44780）を制御するために調査結果を適用することを考え始めました。

この作業の結果を今すぐデモンストレーションし、同時に知識とソースコードを共有したいと思います。



それでは、始めましょう：

誰もが知っているシフトレジスタ、マイクロコントローラー、および液晶画面とは何ですか。知らないが興味がある場合は、インターネットから簡単にこの知識を得ることができるので、最も基本的な知識は省略します。



動作には、オンデマンドでデータ出力を整理できるラッチが存在するため、シフトレジスタ74HC595が選択されました。 HD44780（4ビットモードでの動作用）およびATtiny13Aマイクロコントローラーと互換性のあるディスプレイ。

この選択は、より強力なマイクロコントローラーの不足によるものではなく、タスクの範囲、結論の数、メモリとRAMを狭めること、そして単にスポーツの目的のために行われました。

目的：パフォーマンス、使いやすさ、および全機能を犠牲にすることなく、特定の機器で実行できるコードの作成。



表示開始。

最初に整理する必要があるのは、許容可能な速度でシフトレジスタを介してデータを出力することでした。これは、Tinkiの3本の脚を使用して行われました。

この方法で記述された接続の画像：

次に、LCDで許容される形式でデータを表示する関数が作成されました。 この関数は、後続のすべての出力のベースとなる一種のカーネルまたはライブラリドライバーです。 データの断片化をニブル（ニブル）に整理し、シフトレジスタを介してLCDに送信し、メインデータ転送機能を呼び出す追加機能（補助機能）。



機能部分の実装。

作業のこの部分が完了してテストされるとすぐに、初期LCD初期化に必要なデバイスコントロールパネルで説明されているLCD制御機能の下位レベルと、LCDがオンにならない初期初期化機能自体の整理を開始しました。 。

また、1つの出力関数（上記のドライバー）のみがLCDにデータを送信するためのものであるため、他のすべての関数は、対応するパラメーターを転送することにより、呼び出しによって簡単に構成できます。 そのため、プログラムメモリを節約するために、他のすべての関数は#defineディレクティブを使用して定義できます。



この時点で、誰も使用しない初期化方法を見つけましたが、それはHITACHI company DSで詳細に説明されています（私の記憶がうまく機能している場合）。 これは、LCDのデータラインのビット深度を切り替えるために、最初の2つの命令が4ビットであることが必要であるということです。

さまざまなサイトを読んでLCD制御の問題を調べたとき、多くの人に知られている標準の初期化モードがそこに記述されていました。

その結果、他のメーカーのLCDを使用する際の問題を回避するために、2つの初期化関数が作成されました。 モードは、プログラムの先頭にあるディレクティブによって決定されます。

その後、LCD制御機能の基本セットを拡張する一連の機能が定義されました。これには、2種類のLCDデバイスのカーソル位置決め機能（1602および2004（タイプ切り替えはプログラムの先頭のディレクティブによって編成されます））および文字出力機能も含まれます：





次に、トップレベルの関数の補助セットを作成して、画面上の標準タイプのデータの出力を整理しました。たとえば、バイト、ワード、HEX形式のバイト、文字列などです。

数値データを出力するために、10および100による素早い除算の関数と、対応する除算（トリック）の残りを「レーキ」する補助マクロが記述されました。 したがって、uint16を出力するために5つの除算の代わりに、より少ない数の除算が必要です-8ではなく4、uint8では4ではなく2。 新しい文字を決定する機能、RAMの行のロシア語テキストをトランスコードする機能、テキストの変換によるプログラムメモリからの行の出力も書き込まれます。

このセットは次のとおりです。



バイトビットマップの出力とバイトビットマップのマスクされた出力を整理する2つの補助関数が、マスクで指定された特定のビットのステータスの監視を可能にするために、そこに行きました。 以下のビデオでは、これが実証されています。

ただし、実際のハードウェアで表示するには、文字コードを他の文字に変更するか、代替文字を作成して、そのコードを使用する必要があります。 これらの関数に関するコメントは、これを変更する場所を示しています。



さて、結論として、この「ビネグレット」全体は、最高の機能セットによって拡張されました。

画面上の特定の位置でデータの出力を整理します。 これは、＃defineディレクティブを介して同じ方法で行われました。





提示されたコードの抜粋は、コメント内のコードの詳細を示しているため、使用に問題はありません。 最適化の結果、かなり控えめなコードサイズでかなりリッチな出力を表示できるようになりましたが、その処理速度には感銘を受けませんでした。 また、スタックとネストレベルの使用を分析した後、出力カーネルの関数を書き換えて、2つのパラメーターを必要とする補助関数を削除することを決定しました。これにより、スタックが大幅にアンロードされ、コードが100バイト削減されましたが、出力はあまり高速化されませんでした。



ハードウェアのアップグレード。

そしてその瞬間、10年前にRCチェーンを使用してシフトレジスタへのデータ出力を編成したドイツ人の例を見つけました。 第一に、このメソッドの実装により、マイクロコントローラーの片方の脚を解放することができ、第二に、それが私を新しい考えに駆り立てました。

そのため、データ転送プロトコルを分析して、「E」-LCD信号の出力とシフトレジスタラッチの出力が一致していることに気付きました。

これは、シフトレジスタの1行を解放し、データ出力を2回高速化できることを意味します。

その後、RS-LCD出力もデータラインに転送され、シフトレジスタの別のラインを解放することができ、データ転送プロトコルはこの事実を考慮して書き直されました。

結果は、データとフラグ（コマンドまたは関数の出力）を受け取る単一のカーネル関数であり、それ自体がニブルを解析し、必要な遅延でデータ行に表示し、100バイトを超えません。

LCDデータバス（4ビット）は1つのシフトレジスタの出力の半分を占有し、後半はデモで示したものを示すために使用できます。



その後、DIHALTのウェブサイトeasyelectronics.ruでシフトレジスタのRCチェーンの使用に関する簡単な説明に出会い、そこにすべての資料を投稿したかったのですが、アカウントに正しくログインできませんでした。 または多分彼はサイトを混乱させた-メインおよびコミュニティサイト。 一般的に、私は非常に動揺しませんでした、とにかくこんにちは:)

そして、私が説明している分野の知識が不足していると感じる人のために、この欠点を取り除くためにこのリソースを訪れることをお勧めします。 DIHALTとコミュニティのメンバーは、問題のデバイスをすべて詳細に説明しています。



さらに、接続および使用情報。

私はコードを別のライブラリに持ち出しませんでした。生成されたコードは、LCDでのデータの表示に関連する開発のために簡単に変換されます。 欠点は、シフトレジスタ上にあるLCDデータバスを再構成できないことです。常に0〜3行を占有します（出力関数の左シフトコマンド「lsl」を右シフトコマンド「で置き換えることにより、シフトレジスタの出力を「ミラーリング」することは可能ですがrsl」は、シフトレジスタピンの割り当てを「反転」し、データバスはピン7〜4）にあります。 しかし、マイクロコントローラーの出力は、すべてのMKに対して任意に構成できますが、警告があります：行は同じポート上にある必要があります（この場合も、このオプションport = 0x16で、出力関数のポート番号の再割り当てが必要です）。

コードには、指定された領域だけでなく有用なトリッキーなトリックがいくつか含まれています（たとえば、残りを10と100で除算する）。

コードは、診断目的のために初期化されたハードウェアPWMを除いて、割り込みやその他の周辺機器を使用しません。その後、デモ例（ポートラインPB0-PWM、PB1-逆PWM、LEDの状態からの変更）のために残されました。 これにより、たとえば、ディスプレイのバックライトの明るさをプログラムで制御できます。

したがって、これは最小のLCDデータ出力ライブラリです（そしておそらくコードで最も速く、最も文書化されています:)

ハードウェアでのテストはありませんでしたが、RCチェーンのパラメーターの測定された偏差に基づいて、問題はないと思います。

このビジネスを鉄でチェックする勇敢な人がいるなら、私は非常に感謝します。

また、9.6 MHzおよび4.8 MHzのMK周波数で操作性がテストされていることに注意してください（後者の場合、RCチェーンの抵抗を9kに変更する必要があります）。

アイロンのコンデンサは100 pFである必要があります（10 pFはMKポートの脚の容量の許容範囲です）。



INIT3セクションは、MKパラメーターを事前に初期化し、デバイスの電源を入れた後に表示を開始するために個別に作成されました。次のようになります。





アプリケーションの例。

操作性、機能、処理速度を実証するために、すべての機能とはほど遠い機能を使用するデモモードが作成されましたが、そのセットを理解するのに十分です。

Proteusプログラムのビデオエミュレーションはこれを示しています。



私は声の演技をおizeびします。2番目のモニターの音を消すのを忘れてしまいました。視聴の邪魔にならないことを願っています。



いくつかの技術情報。

このデータから：



デモがメイン関数で480バイトを使用することは明らかです。 残りのコードは使用されるライブラリ関数、cp1251は文字変換テーブル（33 * 2）、HelloPGMは文字列定数 "Hello、Habr"、最後の4つのコードフラグメントはそれぞれ7バイトです（モードを出力するための文字列定数： "Red"、 "Green" 、「Blue」、「Yellow」の後にスペースが続く）がフラッシュメモリに保存されます。

1バイトのRAM-LEDフラグの状態変数を受け取ります。

ビデオでは、使用されるキャラクターは完全に再描画されたProteusライブラリに組み込まれています。 したがって、鉄では、画像は異なります。 :)

しかし、パフォーマンスは影響を受けません！



希望する人のためのパルス信号とデータパケットの時間パラメータ：



データ出力機能はジッタの完全な除去を考慮して最適化されているため、信号「0」と信号「1」の持続時間（最初の図）は時間的に完全に一致することがわかります。

2番目の図は、LCDへの1パケット（バイト）の転送を反映しています。データバスは4ビットであるため、この転送は2段階で実行され、その間にLCDがデータの最初の部分を「消化」できるように遅延があります。

出力関数を気にする人は、ここにあります：



（ここでは、Atmel MKにのみ特徴的な結論のあるトリックも使用しました）。



おわりに

誰かが私の作成をハードウェアで具体化することを決定し、起動に問題が発生した場合は、遅延して再生することをお勧めします（グローバルデータの説明セクションの#defineディレクティブで示されます）。 ヘルプが必要になります、記事へのコメントで質問を連絡してください、私はお手伝いさせていただきます。 私はほとんど追加するのを忘れていました：割り込みを使用するとき、あなたは自分で行にデータを出力する機能にバリアを提供する必要があります（機能の最後に、コメントの下にSREG（ステータスレジスタ）を保存および復元する例があります）。 そうしないと、データ転送機能中に割り込みを呼び出す問題が発生し、誤動作につながります（手順：cliとseiでは不十分です！）。



いつものように-追記：

私は、コードがデータ出力に関連する新しい開発にどの程度適応できるかを確認することにしました。最初に思いついたのは、ATtiny13Aに電圧計を実装することでした。



提示された実装の開発には30分しかかかりませんでしたが、そのほとんどが回路の設計に費やされました。

2チャンネルアンペア、ボルトメーター：

1チャンネル：0-60V、0-40A

2チャンネル：0-15V、0-10A

コードサイズ：760バイト

使用する周辺機器：ADC0、ADC1、ADC2、ADC3

リセット-禁止されています。すべてのPORTBが使用されます。



記事で不正確な記述が行われた可能性があります。同様に、限界コードで示されたプロファイリング結果で不正確な可能性があり、コードは数回書き換えられました。 コードの機能に関しては、すべての機能が何度もテストされたことを保証できます。

Atmel Studio 7.0のデモとProteus 8.3 sp2のプロジェクトのソースコードが添付されています。これ以上の変更は行われません。



いつものように、私は誰もが彼らの仕事で...そして他の努力で成功することを願っています！

もうすぐ春が来ます！



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