こんにちは、Habr！ ドライバを使用したLCDモジュールの管理に関する記事を翻訳しましたが、自分のビデオRAMがないため、同じトピックに関する別の出版物を翻訳することにしました。 ここでは、モジュールはすでにシンプルで、モノクロですが、「復活」させるのもおもしろいです。

ドライバーあり、コントローラーなしのLCDコントロール

著者が使用するディスプレイは、古いテープライブラリから取得されます。 コントローラーは生き残りませんでしたが、「263645-001」に関連するものを検索すると、FPGAがあることがわかりました。 ArduinoなどからこのようなLCDモジュールを直接制御すると考えられています。 不可能です。中間リンクが必要です。SEDxxxxxシリーズコントローラは、ブレッドボードと「友好的」ではなく、モジュール自体よりも多くの入力があります。 しかし、これはそうではありません。 以下に、4つの同様のプロジェクトを示します。

ATmega8515で
その上に
写真上
ESP32で

そして、一般的にいくつかは8ビットAVR VGAモニターを制御します...

一般的に、作者は成功しました。MITライセンスのソフトウェアはこちらです。

静止画

すべてが機能することを確認するには、最初にマイクロコントローラのフラッシュメモリからシングルビットラスターイメージを出力する必要があります。 負の電圧を得るには、3つの「クローン」を取り、分圧器からの電圧をトリミング抵抗としてV0端子に印加しました。 そして、この画面にはLennaがいます：



作者は、写真をどのように裏返したかを理解できません（ケーブルがどちら側にあるかを見てください）。 いずれにせよ、GitHubのプロジェクトページにこの例があります。

テキストモード

しかし、ビデオROMはほとんど役に立たず、ArduinoにはビデオRAM用に9600バイトはありません。 テキストモードは、キャラクタージェネレーターのROMとビデオRAMを組み合わせたものが、グラフィックモードのビデオRAMよりも小さくなります。 カザフスタン共和国と「スペシャリスト」の支持者は、この問題についてやり続けることができます。



AVRアセンブリ言語の短い例：

... lpm r24, Z ;---------- (CL2 rising edge) out %[data_port], r24 ld r30, X+ swap r24; (CL2 rising edge) out %[data_port], r24 lpm r24, Z ;---------- (CL2 rising edge) out %[data_port], r24 ... 

必要なハードウェア

F-51543NFU-LW-ADN / PWB51543C-2-V0モジュールについて、著者は以下を適用しました。

16 MHzのクロック周波数のAVR上のArduino（Uno、Leonardo、およびProMicroに類似したクローンでテスト済み）。

負電圧のソース。 著者にとって、これは入力と出力の絶縁を備えた不安定なDC-DCコンバーターA0524S-1Wです。 MC34063のコンバーターも適しています（このチップは非常に簡単に見つかります-シガーライター用の最も安いUSB充電器を分解するだけです）またはMAX749。 安定化は必要ありません。ここで使用されるモジュールのこの入力での許容電圧の範囲は非常に広いです。 公称値は​​マイナス24 V、最大値は共通線に対してマイナス30、VddとVeeの間は35です。 消費電流は6 mAです。

ロジックレベル制御を備えた2つのNチャネルMOSFET。 著者はIRL530nを使用しました。もちろん、供給量は大きいですが、燃え尽きることはありません。 1つのトランジスタはバックライトを制御し、もう1つのトランジスタは負の電圧源を制御します。

入力V0に電圧を供給するための250kΩトリミング抵抗。 可動接点で+25°Cの温度で-16.8 Vになるように設定します。 これはデータシートからのものであるため、もちろん、そのような精度は必要ありません。

いくつかの10キロオームのプルダウン抵抗。

レイアウトとジャンパー。

今何をしますか？ QRウォッチ？ コテに聞く：



Koteは、コントローラーを使用して一般的なLCDのシミュレーションを実装することを提案しています。 そのため、HD44780のディスプレイで機能する別の「思考」を、このArduinoに接続することができます。

フォント-RAM

EGAとVGAの例を取り上げます-そこで、テキストモードで作業しているとき、それはまさにそれでした。 ここでは64文字しかありませんでしたが、グラフィックモードとは異なり、少なくともすべてがRAMに入れられました。 確かに、イベントのメインサイクルは遅くなりましたが、タイルグラフィックを試すことができます。

グラフィックモードとハーフトーン

AVR上のArduinoにはそれほど多くのRAMはありません。それがポイントです。 メガでも。 ピクセルあたり1ビットでも320x240-すでに9600バイトです。 2倍必要なのは4つのハーフトーンだけです。 たとえば、SQIモードの23LC512などの外部RAMを使用すると、DMAに似たものを実装することができますが、ESP32ですべてを再作成するほうが簡単で収益性が高くなります。

そのようなディスプレイをUSB経由でPCに接続したいだけなら、ATmega32u4を使用して試してみてください-輝度のグラデーションにも十分なリソースがあります（FRCを使用して、以前の翻訳で説明しています）。 しかし、インターフェイスコンバーターとして使用される「メガ」ではなく、毎秒5.4メガビットの速度でオンザフライでLCDをスキャンするPCを使用します。

モジュールがまだテープライブラリにあったとき、GUIと明るさのグラデーションがありました-すべてがそこにありました。

更新されます。 それまでの間...



これはフォトモンタージュではなく、PCからの制御の結果です。 そして、Hackaday.ioからGitHubに切り替えます。README.mdにはまだ多くの興味深いことがあります。

そのようなモジュールを制御するための信号

FLM-最初の行マーカー-最初の行マーカー。FRAME、VSYNCなどとも呼ばれます。
CL1-行ラッチパルス-ライン書き込みパルスとも呼ばれます。 LOAD、HSYNCなど
CL2-ピクセルシフトクロック-ピクセル変更パルス。 CP（ピクセルの変更）など
M-交流電圧によってピクセルが制御される交流信号は、BIAS（バイアス）などとも呼ばれます。

D0-D3は4ビットのパラレルデータバスです。

共通線、バックライト電源（例：VLED±）、モジュール電源（VEEおよびV0）のリード

データシートを無視しないでください。 モジュールは別の負電圧を必要とするか、正であることが判明するか、コンバータが組み込まれている場合があります。 ロジックは異なる場合があります。たとえば、CL1のユニットではCL2に反応がありません。 別のバックライト（LEDの代わりにCCFL（慎重にインバーターが「噛む」））があるか、ボードにピン配列がないため、データシートなしではわかりません。 ランダムに接続することはできません。

何をすべきか

文字列を4ビット単位で送信すると、ラインCL2で減少が記録されます。 行を渡した後、CL1行の不況を書き留めます（そう、結局のところ、モジュール内に少しのRAMがあります-1行です）。 次の行が自動的に選択されます。 フレーム全体を送信した後、FLM信号を使用して最初に戻ります。 LC79401のデータシートに例があります。 十分な速度で記録し、パルスをCL1に均等に印加します。 コントローラーは少しheしました-画面がtheく点滅しました。

各フレームの後に、入力Mの論理レベルを反対に変更し、ピクセルが交流電圧によって制御されるようにします。 そうしないと、ディスプレイが劣化します。


この操作をマイクロコントローラーに信頼することはできませんが、カウント可能なトリガーを配置します。 FLMへの入り口、Mへの出口-一般に、理解できます。

フラッシュメモリから画像を出力する例（記事の冒頭を参照）は、このリポジトリで呼び出されますclglcd_simple

すでに述べたように、AVR上のArduinoのRAMで同じことを行うことは不可能です-したがって、十分ではありません...

そして再び-テキストモード

データシートによれば、4ビットバスでデータを送信し、最大6 MHzの周波数でCL2を「プル」できます。 したがって、ラインを迅速かつ迅速に転送し、マイクロコントローラーが他のタスクを少し解決し、タイマーがそれを「伝える」と、CL1を「引き」、サイクルを繰り返します。

320ピクセルの水平解像度の文字を生成する場合、これはすべて20μsで実行できます（320ピクセル/ 4ビット= 80パルス、周波数4 MHzでCL2を「プル」）。 残りのタスクでは、39.5μsが残ります。 CL1は59.5μsごとに「ジャーク」し、70 Hzのフレームレートを取得します。 さて、割り込みなどを処理する他の手順があります。一般に、マイクロコントローラーは時間の45％でディスプレイの制御に忙しくなります。 「全体」45または「合計」45？ おそらく2番目：ビデオRAMのデータの上書きは十分に高速です。

マイクロコントローラーがインジケーターの管理に費やす時間を短縮し、他のタスクにより多く費やしたいですか？ フレームレートを50 Hzに下げ、マイクロコントローラーを20 MHzにオーバークロックできます。 これらのいずれの方法でも、割り込みルーチン間でより多くのクロックサイクルが発生します。

出力比較タイマーは、デューティサイクルが50％の4クロックパルスごとにCL2ラインを切り替えます。 同時に、データはPORTBポートの出力に到着し、モジュールの4ビットデータバスに接続され、レベルがCL2に上昇した瞬間に変化が生じ、下降時には変化しないようにします。 もちろん、これはアセンブラーなしでは実行できません。

 ... lpm r24, Z ;---------- (CL2 rising edge) out %[data_port], r24 ld r30, X+ swap r24; (CL2 rising edge) out %[data_port], r24 lpm r24, Z ;---------- (CL2 rising edge) out %[data_port], r24 ... 

8サイクル-4つのニブルが送信されます。 正確に何を送信するかは、対応するビデオRAMセル内のシンボル、このシンボルに対応するピクセルをキャラクタージェネレーターROMから転送する必要があるもの、およびこのROMの対応するセルに格納するものによって異なります。

ここで最も不便なのは、正確に80パルス後にタイマーを停止する必要があることです。 32u4のTimer4などの一部のタイマーはできません。

著者は、CL1ラインに供給される信号を取得するために、タイマーと高速PWMの両方を対象としたマイクロコントローラーの異なる出力を適用しました。 これらのどれがここで適用されるかは理解できます。 952小節ごとに切り替わります。 または、クロック分周器の後に8をカウントすると、119パルスごとにカウントされます。 この時点で、割り込み処理ルーチンが開始し、マイクロコントローラーが制御ラインに新しいデータを送信するように強制します。このデータは、CL1への次のパルスで必要になります。 さて、Mラインのレベルは半分の周波数で変化します。 また、LCDは劣化しません。 すべての信号は次のようになります。



文字ジェネレータは256文字で構成されます-866、KOI-8R、または1251に十分です。40xN文字がビデオRAMに配置されます。Nは文字の高さに応じた行数です。 シンボルの幅は常に8ピクセルで、高さは6、8、10、12、15、16です。それが小さいほど、キャラクタージェネレーターに必要なROMが少なくなり、ビデオRAMが増えます。 8x8フォント（30行あたり40文字）では、1200バイトのRAMと2048バイトのROMが必要です。 8x16フォント（このモジュールで最適に見える）では、RAMに600バイト、ROM 4096が必要です。トランスレーターから：フォントを8x8の形式で保存し、プログラムで垂直方向に半分に拡大し、600バイトのRAMと2048 ROMを使用できます。 複数のフォントをROMに保存するには、フォントの開始アドレスを定数ではなく変数に保持する必要がありますが、ディスプレイへのピクセルの転送中に割り込み処理手順によって直接このアドレスを直接変更しない限り、一度に複数のフォントでテキストを印刷することはできません。

フォントは次のように保存されます。最初は256文字すべての一番上の行、次に1行下などです。 リポジトリのmiscフォルダーにはPythonスクリプトがあり、必要な形式のPROGMEM配列を使用してTTFフォントをclglcd_font.hヘッダーファイルに自動的に変換します。 CC-BY-SA 4.0のクラシックピクセルフォントはこちらにあります 。

そして再び-EGAとVGAを例に取ります

しかし、今回は詳細があります。 上記のように、RAM内の文字ジェネレーターは合計64文字を収容し、0〜nまたは255-n〜255の数字で識別できます。これらは同じ方法で格納されます。すべての文字の先頭行、次のように。 このすべてが、文字が256ではなく64であるという事実を考慮して調整されます。8x16ピクセルの文字の場合、16 * 64 = 1024バイトが必要です。 リポジトリには、RAM内の文字ジェネレーターを使用した例があります。

両方の文字ジェネレーター-ROMで256文字、RAMで64文字を同時に使用する場合、RAMが少なくなるだけでなく、モジュールのラインのデータ転送速度も低下することを受け入れる必要があります-8クロックサイクルの代わりに、2つのニブルには12が必要になりますつまり、20μsではなく30であり、45％の代わりにLCDを制御するのに60時間がかかります。

ハーフトーングラフィックス

上記のように、この場合、マイクロコントローラーは単にインターフェイスコンバーターとして機能します。 ATmega32u4が必要になります 。何をすべきかはここで説明されています 。 モジュールは、PC上のプログラムのフリーズにより劣化する可能性があることに注意してください。

それで、この4線式ループとは何ですか-抵抗センサーから、それは判明しました。

接続先

上記のように、負の電圧が必要です。これは、最初の実験で3つの「クローン」から削除してから、たとえばMAX749でコンバータを組み立てることができます。 電力制御信号とDISPOFF信号（これは逆信号で、モジュールは1つでオンになります）が抵抗をプルダウンします。 マイクロコントローラーのフラッシュおよびリセット中に、論理ユニットの外観が受け入れられなくなります。

電圧+ 5Vの後に負の電圧を印加し、DISPOFFラインに論理ユニットを追加します-データがすでに制御ラインに存在する場合：データバス上の少なくとも1つのユニット、CL1上のユニット。 そうしないと、モジュールが失敗する可能性があります。

入力D0〜D3は、マイクロコントローラの同じポート（Px4〜Px7など）の出力に接続できますが、出力Px0〜Px3はGPIOとして使用できません。 タイマー、シリアルインターフェイスなどの出力として使用するなど、他の機能を割り当てることができます。 これらを入力として使用する場合は、注意してください：ビルトインプルアップ抵抗は、無効になっていない場合は任意に切り替えることができます（PUD-プルアップ無効）。

入力M-比較タイマーまたはPWMの出力。

入力CL1-同じタイマーの別の出力。

入力CL2-別の比較タイマーの出力へ。

FLM-任意のデジタル出力。

DISPOFF-他のデジタル出力へ。

残りは、モジュールの起動方法によって異なります。 著者は、バックライトとVeeを別々に制御することを好みます。

ファームウェアの使用方法

clglcd.hおよびclglcd.cppファイルをスケッチに入れます

clglcd_config.hファイルのバックアップコピーを作成し、接続先や必要な機能（RAM内のキャラクタージェネレーターなど）を考慮して編集します。 注意、コードはArduinoピンの名前ではなく、データシートによるとマイクロコントローラーピンの名前を示しています。 比較テイマーの出力の名前は次のように解読されます。たとえば、2、BはOC2Bであり、Arduino UnoのPD3に対応します。 この例は、作成者が獲得した接続オプションを示しています。

miscフォルダー内のPythonスクリプトを使用して、フォントファイルclglcd_font.hを生成します（上記を参照）。

ディスプレイを初期化、オン、オフする方法の例を参照してください。 確認のために表示するテキストを画面配列に入れます。

スケッチをコンパイルして塗りつぶします。 正しい信号がディスプレイに送られることをロジックアナライザーで確認し、すべての供給電圧が正常であることを電圧計で確認します。 その後、ディスプレイを接続してください。

何かを行うコードをスケッチに追加します。たとえば、シリアルポートでテキストを受信して​​表示します。

表示の中断

ディスプレイは絶えず更新される必要があります。これは、割り込み処理手順が行うことです。 中断が30マイクロ秒を超えて停止すると、ディスプレイが点滅し、FLMライン上のユニットで60マイクロ秒を超えると、失敗する場合があります。 割り込みを長時間停止する必要がある場合は、最初にDISPOFF信号でディスプレイをオフにします（繰り返しますが、これは逆信号です。モジュールは1つオンになります）。 もちろん、湿度と温度のセンサーからのデータを処理する必要があるたびに2秒間オフになると、それを好む人はほとんどいませんが、モジュールを台無しにするよりはましです。 さらに良いのは、残りを別のマイクロコントローラーに充電することです。 1線プロトコルおよびアドレスLEDで動作するデバイスと同じマイクロコントローラーによる情報交換は、特に受け入れられません。 Arduino Pro Microクローンは、2つ購入できるほど安価です。

コミュニケーション

ただし、ハードウェアで実装されたインターフェイスは完全に機能します。シリアルポート、I ² Cバス、マスターモードのSPIです。 スレーブ内-マスターが25〜35μsの周期的なスレーブの「ロールオフ」を許可する場合のみ。 もちろん、ディスプレイを接続した後、何本の「足」が空いているかに依存します。

32u4のUSBは、管理エンドポイントをあまり頻繁にポーリングしない場合（低速の割り込みルーチンコード）に正常に機能します。 CDCドライバーとそのAPIは十分に高速でした。

次に、GitHubのREADME.mdファイルで、Hackaday.ioのプロジェクトページと同様に、同様のプロジェクトのリストが繰り返されます

ご清聴ありがとうございました！