Ekraan

Vajalikud teadmised: [HW] Kasutajaliidese moodul, [LIB] Alfabeetiline LCD, [LIB] Graafiline LCD,
[LIB] Viide

Graafilise LCD element

Graafilise LCD pikslitest moodustatud pilt

Mikrokontrolleritega kasutatavad LCD ekraanid võib jaotada üldistatult kaheks: teksti LCD ehk alfabeetiline LCD ja graafiline LCD. Alfabeetiline LCD on vedelkristall-ekraan (inglise keeles liquid crystal display), mis on ette nähtud tähtede ja numbrite kuvamiseks. Inglise keeles nimetatakse seda kui alphanumeric LCD. Lihtsamates vedelkristall-ekraanides kasutatakse läbipaisvate elektroodide vahele paigutatud vedelat kristalli, mis muudab elektriväljas läbiva valguse polarisatsiooni. Elektroode katavad veel polarisatsioonifiltrid, mis tagavad, et kogu ekraani saab läbida vaid ühtpidi polariseeritud valgus. Kui vedelkristall elektrivälja mõjul polarisatsiooni muudab, siis valgus ekraani või selle osa (segmenti) läbida ei saa ning see paistab tumedana.

Põhiline iseloomustaja on alfabeetilise LCD juures tema segmentide paigutus. Ekraan on jagatud paljudeks indikaatoriteks. Igal indikaatoril on kas piisavalt palju segmente tähtede ja numbrite kuvamiseks või moodustub see väikeste ruudukujuliste segmentide (pikslite) maatriksist. Näiteks 5×7 pikslisest maatriksist piisab kõigi numbrite, ladina tähestiku ja täppidega tähtede kuvamiseks. Indikaatoreid on tavaliselt 1-4 rida ja 8-32 tulpa. Igal indikaatoril on väike vahe sees, täpselt nagu tekstis tähtedelgi.

Alfabeetiline LCD ekraan koosneb peale ekraani enda veel ka kontrollerist, mis vastavalt sideliidesest tulevatele käskudele juhib ekraani segmente. Kontrollerisse on eelnevalt sisse programmeeritud tähekaart, kus igal tähel, numbril või märgil on oma järjekorranumber ehk indeks. Ekraanil teksti kuvamine toimub põhimõtteliselt LCD kontrollerile tähtede indekseid saates. Tegelikkuses tuleb LCD kontrolleritele ka mitmeid juhtkäske saata, enne kui midagi kuvama hakatakse. Iga konkreetse LCD ekraani kasutamiseks tuleb tutvuda enne selle andmelehega, kuna neid on väga erinevaid ning ühtlasi ka nende juhtimine toimub erinevalt.

Graafiline LCD on vedelkristall-ekraan, millega saab peale teksti ka kujundeid kuvada. Selle ehitus sarnaneb alfabeetilisele LCD-le ja põhiline erinevus seisneb selles, et graafilisel ekraanil on kõik pikslid jaotatud üle ekraani ühe suure maatriksina. Kui tegu on monokromaatilise graafilise LCD ekraaniga, siis piksel on üks pisike ruudukujuline segment. Värvilistel ekraanidel moodustab üks piksel kolmest alampikslist, millest igaüks laseb läbi värvifiltri kas punast, rohelist või sinist valgust. Kuna alampikslid on lähestikku, paistavad need kui üks piksel.

Monokromaatilised graafilised ekraanid on tavaliselt passiivmaatriksiga, suured värvilised ekraanid, kaasa arvatud arvutiekraanid, on aktiivmaatriksiga. Kogu tausta- ja pikslite värvi puudutav info on graafilistel LCD-del sarnane alfabeetiliste LCD omadustega ja sarnaselt alfabeetiliste ekraanidega on ka graafilistel ekraanidel eraldi kontroller, mis hoolitseb sideliidese kaudu info vastuvõtmise ja segmentide elektrivälja tekitamise eest.

Kodulabori III seeria Kasutajaliidese moodulile on paigaldatud 128 x 160 piksliga 1,8 tolline täisvärviline TFT LCD ekraan. Ekraani juhib Sitronixi ST7735 LCD kontroller, mida juhtakse üle SPI siini. Lisaks on juhitav ekraani taustavalgus, kuid ilma taustavalguseta ei ole võimalik ekraani kasutada. Ekraaniga suhtlemine pole kuigi keeruline, kuid funktsioonide suure arvu tõttu pole siinkohal seda lahti seletatud. Kodulabori teegis on olemas funktsioonid selle kasutamiseks.

Erinevalt Kodulabor III-st on Kodulabor II varustatud monokromaatilise graafilise 84 x 48 piksli LCD ekraaniga, mis on tundud ka vanemate Nokia mobiiltelefonide pealt. Ekraani küljes on Philipsi PCD8544 kontroller, millega saab suhelda läbi SPI-taolise järjestikliidese. Eraldi juhitav on veel ekraanimooduli taustvalgustus.

Graafilise LCD kasutamiseks tuleb esmalt ekraan algväärtustada funktsiooniga lcd_gfx_init. Teeki on sisse kirjutatud tähekaart kogu ladina tähestiku, numbrite ja üldkasutatavate märkidega. Tähe või teksti kuvamiseks tuleb eelnevalt lcd_gfx_goto_char_xy funktsiooniga määrata selle asukoht. Tähe kuvamiseks on lcd_gfx_write_char ja teksti kuvamiseks lcd_gfx_write_string funktsioon. Muid funktsioone näeb juba teegi dokumentatsioonist. Järgnevalt on toodud näide aja loenduri kohta. Programm loendab sekundeid (ligikaudu), minuteid ja tunde. Aja tekstiks teisendamiseks on kasutusel sprintf funktsioon.

// Kodulabori graafilise LCD kasutamise näide
#include <stdio.h>
#include <homelab/module/lcd_gfx.h>
#include <homelab/delay.h>
 
// Põhiprogramm
int main(void)
{
  int seconds = 0;
  char text[16];
 
  // LCD ekraani algseadistamine
  lcd_gfx_init();
  // Ekraani puhastamine
  lcd_gfx_clear();
  // Taustavalgustuse tööle lülitamine
  lcd_gfx_backlight(true);	
  // Programmi nime kuvamine
  lcd_gfx_goto_char_xy(1, 1);
  lcd_gfx_write_string("Aja loendur");
 
  // Lõputu tsükkel	
  while (1)  {
   // Sekundite teisendamine kellaaja kujule hh:mm:ss
   sprintf(text, "%02d:%02d:%02d", 
               (seconds / 3600) % 24, (seconds / 60) % 60, seconds % 60);
 
   // Kellaaja teksti kuvamine
   lcd_gfx_goto_char_xy(3, 3);
   lcd_gfx_write_string(text);
 
   // Sekundi suurendamine 1 võrra
   seconds++;
   // Riistvaraline paus 1000 millisekundit
   hw_delay_ms(1000);
   }
}