キャラクタLCDを使って文字を表示する

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メインマイコンボード搭載ボードにあるキャラクタLCD(SC1602BS-B)を制御するプログラムを作成します．このLCDには2行16文字の英数記号文字を表示する能力を有しており，加えて安価であるため，組込みシステムではよく利用されます．ただこのモジュールはVccが5[V]であるため，端子電圧が3.3[V]のマイコンで制御しようとするとレベルシフタが必要です．TKM-HでもTI社製レベルシフタICを使って双方向レベル変換をしています ．

 

キャラクラLCD SC1602BS-B

  1. 端子

    SC1602BS-Bに備わる端子の役割を説明します．

    1. D0～7

      マイコンとLCDとの間でデータをやり取りするための端子です．8本ありますが，端子の少ないマイコンでも制御できるように，D4～D7だけでも制御できるようになっています．この場合，データを送受信するとき上位4ビットと下位4ビットに分けて送信します．ただし，TKM-Hでは，8本すべて繋げてありますのでこの手間はかかりません．

    2. RS

      このキャラクラLCDはいくつかのインストラクションコード，言い換えれば命令コマンドが存在し，それらをマイコンから受信し，フォントサイズを変えたり，文字を表示する位置を変えたりします．文字をLCDに表示するにはキャラクタコードをマイコンから送信し，表示している文字をマイコンで得るにはキャラクタコードをLCDから送信します．インストラクションとキャラクタコードを切り替える端子がRSです．ちなみに，RSはRegister Selectの略で，LCDの内部ではマイコンから送られてきたデータをインストラクションレジスタとデータレジスタのどちらに入れるか切り替えています．

    3. W/R

      多くのインストラクションコードはマイコンからLCDへ送りますが，一部は反対の場合があります．例えば，LCDに内蔵したパターンをマイコンへ送る場合です．このように，データバスの方向を変えるときW/R端子を切り替えます．

    4. E

      この端子はEnable Signalの略でマイコンから見たとき，出力端子となります．インストラクションコードをマイコンから送信する場合，この端子からの信号を立ち下げたときのデータバスからの信号をLCDは取り込みます．つまり，データバスの信号をLCDに取り込ませるタイミングといえます．

    5. VO

      LCDの文字のコントラストを調整するとき用います．具体的には，VOに印加される電圧とVDDとの比率で決まります．

    6. VDD

      プラス電源として5[V]を印加します．

    7. VSS

      グランドです．

  2. ブロック図

    SC1602BS-Bのブロック図のうち，ごく簡単たところだけ抜粋したものを下に示します．左側にあるのがRX62Nマイコン，右側にあるのがキャラクタLCD(SC1602BS-B)です．LCDには先ほど説明したインタフェースRS,R/W,E,D0～D7があり，マイコンの端子と接続されています．
    さて，下図を使って文字を出すまでの流れを簡単に説明します．インストラクションレジスタ(IR)とデータレジスタ(DR)がインタフェースと接続されており，ともに8ビット幅となっています．これらのレジスタに対して読み書きするかはRSにより決定します．具体的には，RS=0のときにはインストラクションレジスタと，RS=1のときにはデータレジスタと読み書きを行います．インストラクションレジスタに格納されるのは，次節で説明するインストラクション(平たく言えばLCDに対する命令)であり，これをインストラクションデコーダで意味を理解し命令を実行するのです．データレジスタに格納されるのはキャラクタコードや表示するパターンです．キャラクタコードとは文字に割り振られたID(=コード)であり，ASCIIコードを想像してもらえばわかりやすいと思います．SC1602BS-Bにはあらかじめ文字パターンを記憶しており，それぞれにキャラクタコードが割り振られています．こちらにキャラクタコードとそれに対応したパターンを置いておきます．さて，文字パターンがLCDに記憶されているといいましたが，これを記憶しているのがキャラクタジェネレータROM(CGROM)です．そして，ディスプレイデータRAM(DDRAM)にはキャラクタコードを格納し，LCDに表示するときにはCGROMから表示するパターンを参照するようになっています．
    先ほど示しましたキャラクタコード表の0x00～0x0FにはCGRAM(1)～(8)と書かれていると思います．これは，自作のパターンをキャラクタジェネレータRAM(CGRAM)に格納しておき，そのパターンを表示できることを示しています．CGRAMに自作パターンを格納するときもDRを利用します．DRにあるデータをCGRAMもしくはDDRAMのどちらに書き込むか決めるインストラクションがあります．これは次章で説明します．
    IRとDR以外に，アドレスカウンタ(AC)とビジーフラグをマイコンは取得することが可能です．これらを取得するためのインストラクションがあります．
    BlockDiagram

  3. インストラクションコードとキャラクタコード

    このLCDには下に示す表のインストラクションコードとキャラクタコードがあります．インストラクションコードを送るにはRSを0，キャラクタコードを送受するにはRSを1にします．

    コマンドの種類

    		 RS W/R D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 詳細
    表示クリア 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 全表示クリア後，カーソルをホーム位置(左上)へ戻す．

    カーソルホーム

    		 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X カーソルをホーム位置に戻す．シフトしていた表示も元に戻る．DDRAMの内容は変化しない．

    エントリモードセット

    		 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S データの書き込み及び読み出し時に，カーソルの進む方向，表示をシフトさせるかどうかの設定．
    表示オン，オフコントロール 0 0 0 0 0 0 1 D C B 全表示のオンオフ（D），カーソルのオンオフ（C），カーソル位置にある桁のブリンク（B）をセット．

    カーソル表示シフト

    		 0 0 0 0 0   1 S/C  R/L  X  X DDRAMの内容を変えずにカーソルの移動と表示シフトを行う．
    ファンクションセット 0 0  0 0 1 D/L N F  X  X インターフェースデータ長（D/L）行数（N），および文字フォント（F）を設定する．
    CGRAMアドレスセット 0 0  0  1 ACG CGRAMのアドレスをセット．以降送受するデータはCGRAMのデータ．
    DDRAMアドレスセット 0 0  1 ADD DDRAMのアドレスをセット．以降送受するデータはDDRAMのデータ．
    ビジーフラグ，アドレス読み出し 0 1 B/F AC モジュールが内部動作であることを示すB/FおよびACの内容を読み出す．
    CGRAM，DDRAMデータ書き込み 1 0 書き込みデータ(キャラクタコード) CGRAMまたはDDRAMにデータを書き込む．
    CGRAM，DDRAMデータ読み出し 1 1  読み込みデータ(キャラクタコード) CGRAMまたはDDRAMからデータを読み出す．
    ※XはDon't　Careを表します．

    省略名 0 1
     I/D 左側へ移動  右側へ移動 
    S 表示のシフトをしない 表示のシフトをする
    S/C  カーソルの移動 表示のシフト
    R/L 左シフト 右シフト
    D/L 4ビット 8ビット
    N 1桁 2桁
    F 5×7ドット 5×10ドット
    D ディスプレイをオフ ディスプレイをオン
    C カーソルをオフ カーソルをオン
    B カーソルにある文字を点滅させない カーソルに文字を点滅させる
    B/F インストラクション受付中 内部動作中
    ACG CGRAMのアドレス
    ADD DDRAMのアドレス
    AC アドレスカウンタ

    コマンドの種類には，インストラクションコード(RS=0)とキャラクタコード(RS=1)があります．さらに，インストラクションコードには，マイコンから送信するもの(W/R=0)と，LCDから送信するもの(W/R=1)の2種類があります．その多くは前者であり，表示する文字やその位置，カーソルの有無などを設定するときに用います．後者はLCDの内部状態をマイコンが取得するときに使用します．
    キャラクタコードもW/Rが0のときと1のときでデータの送信方向が変わります．例えば，「A(キャラクターコード0x41)」という文字をLCDの左上に表示したい場合，W/Rを0にしてマイコンからLCDへ送信する状態にした上で，DDRAMアドレスセットによりADD=0x00を送信した後，CGRAM，DDRAMデータ書き込みでキャラクタコード0x41を送信します．
    DDRAMのアドレスとパターンの表示位置との関係について説明します．まずは下の図をご覧ください．緑色の枠で囲った箇所がパターンの表示位置であり，各セルに書かれている数字がDDRAMのアドレスです．例えば，2行目左から3列にパターンを表示したい場合にはDDRAMアドレスを0x02にすればよいです．注意しなければならないことは，2行目の左端アドレスが0x40となっていることです．実はSC1602BS-Bには1行に40パターンを記憶するだけのDDRAMが用意されているため，2行目左端のアドレスが0x10ではなく0x40となっているのです．なお，0x10以上0x27以下および0x50以上0x67以下に記憶されたパターンは，カーソル表示シフト命令にあるS/Cを0(表示シフト)にすることで表示させることができます．
    DDRAMAddress