Alphanumerisches LCD

Notwendiges Wissen: [HW] lcd, [LIB] Alphanumeric LCD, [LIB] Delay, [PRT] Periodic interrupt

Das alphanumerische LCD ist ein Flüssigkristall-Display, welches zur Darstellung von Buchstaben und Ziffern dient. In einfachen LCD's werden flüssige Kristalle verwendet, welche zwischen transparenten Elektroden angeordnet sind und die Polarisation des durchstrahlenden Lichts im elektrischen Feld verändern. Auf den Elektroden befinden sich Polarisationsfilter, welche sicher stellen, das nur in eine Richtung polarisiertes Licht auf den Bildschirm trifft. Wenn der Flüssigkristall seine Polarisation durch das elektrische Feld ändert, erreicht das Licht den Bildschirm oder ein Segment des Bildschirms nicht und er bleibt schwarz.

Hauptmerkmal eines alphanumerischen LCD ist die Anordnung der Segmente. Der Bildschirm ist in verschiedene Anzeigen unterteilt. Jede Anzeige hat entweder genügend Segmente um Buchstaben oder Nummern anzuzeigen oder es wird eine Matrix aus Pixeln gebildet. Eine Matrix aus 5×7 Pixeln ist beispielsweise ausreichend, um alle Nummern und Buchstaben des lateinischen Alphabets darzustellen. Die Anzeigeelemente bestehen gewöhnlich aus 1 bis 4 Zeilen sowie 8 bis 32 Spalten. Zwischen den Elementen befinden sich kleine Abstände ähnlich wie bei Buchstaben im Text.

Darstellung eines Textes durch eine Pixelmatrix eines alphanumerischen LCD.

Neben dem Bildschirm hat das alphanumerische LCD auch einen Controller, welcher die Segmente des Bildschirms gemäß den Befehlen der Kommunikationsschnittstelle steuert. Ein Controller verfügt über eine vorprogrammiertes Set von Buchstaben mit einem eigenen Index für jeden Buchstaben, jede Nummer sowie jedes Symbol. Die Darstellung des Textes auf dem Bildschirm erfolgt, einfach gesagt, indem die Indizes zum Controller gesendet werden. Tatsächlich müssen jedoch weitere Kontrollbefehle übermittelt werden, bevor irgendetwas dargestellt werden kann. Da es viele verschiedene Ausführungen von LCDs gibt, die jeweils unterschiedlich gesteuert werden, ist es wichtig, sich mit dem Datenblatt jedes LCDs vertraut zu machen.

Alphanumerische LCDs besitzen normalerweise eine passive Matrix. Hier erfolgt die Erneuerung des elektrischen Feldes der Segmente turnusmäßig. Aus diesem Grund sind Bildschirme mit einer passiven Matrix langsamer und Darum sind die Bildschirme mit passiver Matrix langsamer und bieten weniger Kontrast, als Bildschrime mit aktiver Matrix. Bei Aktivmatrix-Bildschrimen wird die Ladung jedes einzelnen Segments durch einen eigenen Transistor gesteuert. Einige LCDs haben einen reflektierenden Hintergrund, andere haben Hintergrundbeleuchtungen und wieder andere sogar verschiedene Hintergrundbeleuchtungen. Die Segmente eines alphanumerischen LCDs haben jedoch immer nur eine Farbe. In der Regel sind sie schwarz, es gibt jedoch auch Bildschrime mit weißer oder farbiger Schrift.

Am digitalen I/O Modul des HomeLab ist ein alphanumerisches, 2×16 Zeichen großes, LCD WC 1602A angeschlossen. Zur Steuerung des Bildschirms gibt es einen 4-Bit Datenbus sowie 3 Kontroll-Pins. Da das Kommunikationsprotokoll des Bildschirms zu umfangreich ist, um es hier zu erläutern, enthält die HomeLab Library die entsprechenden Funktionen zur Nutzung des Displays.

Vor der Nutzung des Displays ist es notwendig, seine Einstellungen anzupassen. Hierzu dient die lcd_alpha_init Funktion, welche einen blinkenden Cursor auf dem Bildschirm erscheinen lässt. Hier gibt es nur eine aktive Position für den Cursor, an welcher der nächste Buchstabe eingegeben werden kann. Bevor also Text eingegeben wird, muss der Cursor an die gewünschte Position bewegt werden. Um die Position des Cursors zu verändern gibt es die Funktion lcd_alpha_goto_xy und für die Darstellung die Funktion lcd_alpha_write_string. Sämtliche Funktionen des alphanumerischen LCDs sind in der Library erklärt.

Der folgende Programm-Code zeigt wie das alphanumerische LCD als Uhr genutzt werden kann. Die Zeit beginnt bei 00:00:00 und nimmt etwa jede Sekunde zu. Da das Zählen der Zeit mit Hilfe einer Verzögerungsfunktion geschieht, ist das Ergebnis nicht sehr genau. Diese Ungenauigkeit wird im Rahmen der Aufgabe zu periodischen Unterbrechungen erklärt. Das Programm zählt die Sekunden und konvertiert diese in Minuten und Sekunden. Um Uhrzeit darzustellen wird die Standard-Funktion in C genutzt: sprintf.

//
// Beispiel zur Nutzung des alphanumerischen LCD des HomeLab.
// Die Startzeit zu Beginn des Programms wird auf dem LCD angezeigt.
//
#include <stdio.h>
#include <homelab/module/lcd_alpha.h>
#include <homelab/delay.h>
 
//
// Hauptprogramm.
//
int main(void)
{
    int seconds = 0;
    char text[16];
 
    // Einrichtung des LCD.
    lcd_alpha_init(LCD_ALPHA_DISP_ON);
 
    // Löschen des LCD.
    lcd_alpha_clear();
 
    // Name des Programms.
    lcd_alpha_write_string("The Time Counter");
 
    // Endlosschleife    
    while (true)
    {
        // Konvertieren der Sekunden in die Zeitanzeige:
        // hh:mm:ss
        sprintf(text, "%02d:%02d:%02d",
            (seconds / 3600) % 24,
            (seconds / 60) % 60,
             seconds % 60);
 
        // Anzeige der Zeit am Anfang der zweiten Reihe des LCD.
        lcd_alpha_goto_xy(0, 1);
        lcd_alpha_write_string(text);
 
        // Anstieg der Sekunden um 1.
        seconds++;
 
        // Hardwareverzögerung 1000 ms.
        hw_delay_ms(1000);
    }
}