Wyświetlacze graficzne LCD ze sterownikiem KS0108 - sterowanie w języku C od podstaw. cz. 2.pdf - LCD, GLCD - roman61

KURS

Wyświetlacze graﬁczne LCD ze

sterownikiem KS0108 – sterowanie

w języku C od podstaw, część 2

W najróżniejszych urządzeniach zbudowanych w oparciu

o mikrokontrolery, do prezentacji danych wyjściowych wykorzystywane

są wyświetlacze LCD. Najczęściej są to wyświetlacze alfanumeryczne

ze sterownikiem HD44780 ze względu na stosunkowo niską

cenę oraz łatwe sterowanie. Możliwości prezentacji danych na

wyświetlaczach alfanumerycznych są niewielkie w porównaniu

z wyświetlaczami graﬁcznymi. Wartykule zajmiemy się obsługą

w języku C wyświetlacza graﬁcznego ze sterownikiem KS0108.

Wyświetlanie ciągu znaków

z pamięci programu

Ponieważ przechowywanie w pa-

mięci RAM stałych napisów powo-

duje znaczne zużycie stosunkowo

niewielkiej pamięci, wygodniej jest

niezmienne ciągi znaków przecho-

wywać w pamięci programu. Ze

względu na specyﬁczny odczyt pa-

mięci programu, w kompilatorze

avr–gcc do tego celu służy oddziel-

na funkcja.

void lcdWriteStringPgm(prog_char *

{

char c; // pomocnicza zmienna

while(c = pgm_read_byte(s++)) //

wykonuj dopóki znak wskazywany przez

s jest

// rożny od zera

lcdWriteChar(c); // zapis znaku

}

W pierwszej części artykułu za-

poznaliśmy się z ogólnymi zasadami

sterowania wyświetlaczem graﬁcz-

nym i sposobami dołączenia go do

mikrokontrolera. Poniżej pokażemy,

w jaki sposób na ekranie wyświetla-

cza graﬁcznego można wyświetlać

teksty, a także – co nas może na-

wet bardziej interesuje – graﬁkę.

bezpośrednio do plików źródłowych

języka C oraz asemblera.

Wyświetlenie znaku

Wyświetlenie znaku polega na

zapisaniu do wyświetlacza 5 kolej-

nych bajtów tworzących dany znak.

Pierwszy znak w tablicy (spacja)

ma indeks 0, podczas gdy w tabli-

cy ASCII ten znak posiada kod 32.

Przyjęto tak, żeby nie marnować

miejsca na niewyświetlane znaki

w pamięci programu (pierwsze 32

znaki tablicy ASCII). Należy więc

od kodu znaku przekazanego do

funkcji jako parametr odjąć liczbę

32.

void lcdWriteChar(char x)

{

char i;

x–= 32; // konwersja kodu znaku

for(i = 0; i < 5; i++)

lcdWriteData(pgm_read_byte(font5x7

+ (5 * x) + i)); // zapis do wyświe-

tlacza

// 5 kolejnych bajtów tworzących

znak

lcdWriteData(0); // odstęp między

znakami

}

Ustawienie współrzędnych

tekstowych

W trybie tekstowym wygodniej-

sze jest posługiwanie się współrzęd-

nymi odpowiadającymi położeniu

znaków na wyświetlaczu. Jak wie-

my każdy znak składa się z sześciu

pionowych części, zamiana współ-

rzędnych tekstowych na graﬁczne

sprowadza się więc do pomnożenia

przez 6 poziomej współrzędnej tek-

stowej.

void lcdLocate(unsigned char x,

unsigned char y)

{

lcdGoTo(x * 6, y);

}

Tryb tekstowy

Wyświetlacze zbudowane w opar-

ciu o kontroler KS0108 nie posiada-

ją generatora znaków, wyświetlanie

tekstu wymaga więc zdeﬁniowania

własnej tablicy czcionek, która bę-

dzie przechowywana w pamięci pro-

gramu mikrokontrolera. Tablica ta

znajduje się w pliku font.h.

Każdy znak jest określony pię-

cioma bajtami danych (typowa

czcionka 5x8 pikseli). Kolejność baj-

tów w tablicy odpowiada kolejności

poszczególnych pionowych fragmen-

tów znaku. Przykładowy wygląd li-

tery A przedstawiono na rys. 4 . Do

projektowania własnych czcionek

można wykorzystać program ze

strony http://radzio.dxp.pl/font/. Pro-

gram ten umożliwia eksport danych

Wyświetlanie

ciągu znaków

Parametrem

funkcji jest wskaź-

nik do typowego

dla języka C ciągu

znaków zakończo-

nego zerem (znaj-

dującego się w pa-

mięci danych).

void lcdWriteStrin-

g(char * s)

{

while(*s) // wy-

konuj dopóki znak

wskazywany przez s

jest różny od zera

lcdWriteCha-

r(*s++); // zapis

znaku

}

Rys. 4. Przykładowy kształt litery A

Fot. 5. Przykładowy tekst umieszczony na wyświetlaczu

graficznym

Elektronika Praktyczna 2/2007

KURS

Przykładowy tekst umieszczony

na wyświetlaczu za pomocą zapre-

zentowanych funkcji przedstawia

fot. 5 .

void lcdClrPixe-

l(unsigned char x,

unsigned char y)

{

unsigned char temp;

// zmienna pomoc-

nicza

lcdGoTo(x, y/8); //

ustawienie współ-

rzędnych

temp = lcdReadDa-

ta(); //

lcdGoTo(x, y/8); //

ustawienie współ-

rzędnych

temp = lcdReadDa-

ta(); // odczyt

aktualnego stanu

pikseli

lcdGoTo(x, y/8); //

ponowne ustawienie

współrzędnych

lcdWriteData(temp &

~(1 << (y % 8)));

// zapis odpowied-

nio zmodyﬁkowanej

wartości

}

Tryb graﬁczny

Głównym zadaniem wyświetla-

cza graﬁcznego jest (jak sama na-

zwa wskazuje) wyświetlanie graﬁki.

Przedstawię teraz kilka podstawo-

wych procedur graﬁcznych.

Zapalanie piksela

Włączenie piksela polega na

ustawieniu odpowiadającego mu

bitu w pamięci wyświetlacza. Nie-

stety możemy odczytywać i zapisy-

wać tylko cały bajt, dlatego pro-

cedura włączenia piksela przebiega

następująco:

– ustawiamy współrzędne: pozio-

mą oraz podzieloną przez 8

pionową (ponieważ dostęp do

pamięci odbywa się całymi baj-

tami),

– odczytujemy z wyświetlacza ak-

tualny stan pikseli (operację od-

czytu należy wykonać dwukrot-

nie),

– modyﬁkujemy odczytany bajt

poprzez wykonanie na nim

operacji sumy logicznej z bitem

o wartości 1 przesuniętym w le-

wo o resztę z dzielenia współ-

rzędnej pionowej przez 8 (po-

łożenie bitu w obrębie wybranej

strony),

– zapisujemy tak zmodyﬁkowany

bajt danych pod odpowiedni

adres pamięci wyświetlacza.

void lcdSetPixel(unsigned char x,

unsigned char y)

{

unsigned char temp; // zmienna po-

mocnicza

lcdGoTo(x, y/8); // ustawienie

współrzędnych

temp = lcdReadData(); // odczyt da-

nych z wyświetlacza

lcdGoTo(x, y/8); // ustawienie

współrzędnych

temp = lcdReadData(); // odczyt ak-

tualnego stanu pikseli

lcdGoTo(x, y/8); // ponowne ustawie-

nie współrzędnych

lcdWriteData(temp | (1 << (y % 8)));

// zapis odpowiedno zmodyﬁkowanej

wartości

}

Gaszenie piksela

Procedura gaszenia piksela prze-

biega podobnie jak jego zapalanie.

Jedyną różnicą jest sposób mody-

ﬁkacji odczytanego aktualnego sta-

nu pikseli: zamiast sumy logicznej

wykonywany jest iloczyn logiczny

z zanegowaną wartością przesunię-

cia w lewo bitu o wartości 1 o resz-

tę z dzielenia przez 8 współrzędnej

pionowej.

Fot. 6. Efekt działania funkcji lcdLine

Rysowanie linii

Funkcja przyjmuje 4 argumen-

ty: współrzędne x i y początku

oraz współrzędne x i y końca linii.

Funkcja rysowania linii bazuje na

algorytmie Brensenham’a. Szczegó-

łowy opis algorytmu Brensenham’a

do rysowania linii można znaleźć

w [1].

void lcdLine(int X1, int Y1,int

X2,int Y2)

{

int CurrentX, CurrentY, Xinc, Yinc,

Dx, Dy, TwoDx, TwoDy,

TwoDxAccumulatedError, TwoDyAccu-

mulatedError;

Dx = (X2–X1); // obliczenie składo-

wej poziomej

Dy = (Y2–Y1); // obliczenie składo-

wej pionowej

TwoDx = Dx + Dx; // podwojona skła-

dowa pozioma

TwoDy = Dy + Dy; // podwojona skła-

dowa pionowa

CurrentX = X1; // zaczynamy od X1

CurrentY = Y1; // oraz Y1

Xinc = 1; // ustalamy krok zwiększa-

nia pozycji w poziomie

Yinc = 1; // ustalamy krok zwiększa-

nia pozycji w pionie

if(Dx < 0) // jesli składowa pozioma

jest ujemna

{

Xinc = –1; // to będziemy się "co-

fać" (krok ujemny)

Dx = –Dx; // zmieniamy znak skła-

dowej na dodatni

TwoDx = –TwoDx; // jak również po-

dwojonej składowej

}

if (Dy < 0) // jeśli składowa piono-

wa jest ujemna

{

Yinc = –1; // to będziemy się "co-

fać" (krok ujemny)

Dy = –Dy; // zmieniamy znak skła-

dowej na dodatki

TwoDy = –TwoDy; // jak równiez po-

dwojonej składowej

}

lcdSetPixel(X1,Y1); // stawiamy

pierwszy krok (zapalamy pierwszy

piksel)

if ((Dx != 0) || (Dy != 0)) //

sprawdzamy czy linia składa się

z więcej niż jednego

// punktu ;)

{

// sprawdzamy czy składowa pionowa

jest mniejsza lub równa składowej

poziomej

if (Dy <= Dx) // jeśli tak, to

idziemy "po iksach"

{

TwoDxAccumulatedError = 0; //

zerujemy zmienną

do // ruszamy w drogę

{

CurrentX += Xinc; // do aktu-

alnej pozycji dodajemy krok

TwoDxAccumulatedError += Two-

Dy; // a tu dodajemy podwojoną skła-

dową //pionową

if(TwoDxAccumulatedError > Dx)

// jeśli TwoDxAccumulatedError jest

większy //od Dx

{

CurrentY += Yinc; // zwięk-

szamy aktualną pozycję w pionie

TwoDxAccumulatedError –=

TwoDx; // i odejmujemy TwoDx

}

lcdSetPixel(CurrentX,Curren-

tY);// stawiamy następny krok (zapa-

lamy piksel)

}while (CurrentX != X2); //

idziemy tak długo, aż osiągniemy

punkt docelowy

}

else // w przeciwnym razie idzie-

my "po igrekach"

{

TwoDyAccumulatedError = 0;

{

CurrentY += Yinc;

TwoDyAccumulatedError +=

TwoDx;

if(TwoDyAccumulatedError>Dy)

{

CurrentX += Xinc;

TwoDyAccumulatedError –=

TwoDy;

}

lcdSetPixel(CurrentX,Cur-

rentY);

}while (CurrentY != Y2);

}

Efekt działania funkcji lcdLine

przedstawiono na fot. 6 .

Rysowanie prostokąta

Funkcja przyjmuje 4 argumen-

ty: współrzędne x oraz y lewego

górnego rogu prostokąta oraz wy-

sokość i szerokość prostokąta. Po-

nieważ prostokąt może się składać

tylko z linii pionowych i poziomych

do jego narysowania nie wykorzy-

100

Elektronika Praktyczna 2/2007

KURS

Fot. 7. Efekt działania funkcji lcdRectangle

{

lcdGoTo(x,j); //

ustawienie współ-

rzędnych

// pętla wykona

się tyle razy,

ile punktów jest

w linii

for(i = 0; i <=

b; i++)

{

lcdWriteData-

(0xFF); // zapis

strony

}

// dorysowujemy

pozostałe linie

for(i = 0; i <=

mod8; i++)

{

// pętla wykona

się tyle razy,

ile punktów jest

w linii

for(j = 0; j <=

b; j++)

lcdSetPixel(x +

j, y + i + (a – mod8));

}

jącą wyświetlenie na wyświetlaczu

obrazu w postaci bitmapy. Pozwoli

to na przygotowanie obrazu w do-

wolnym edytorze graﬁcznym na

komputerze i jego łatwe wyświetlenie

na wyświetlaczu. Bitmapa w pamięci

mikrokontrolera musi zajmować ko-

lejne komórki pamięci, zgodnie z ko-

lejnością ich wyświetlania na wy-

świetlaczu. Format komputerowego

pliku BMP posiada nieco inną or-

ganizację danych, utrudniającą pro-

ste wyświetlenie obrazu na wyświe-

tlaczu LCD. Przygotowanie bitmapy

do wyświetlenia będzie wymagało

wykorzystania prostego program dla

komputera PC, dokonującego kon-

wersji pliku BMP na postać źródło-

wą języka C (wygenerowana zosta-

nie tablica zawierająca kolejne bajty

przeznaczone do wyświetlenia). Pro-

gram ten można pobrać ze strony

http://radzio.dxp.pl/asystentlcd/. Do-

datkowo w programie tym można

zaprojektować ikony o rozmiarze 8x8

oraz 16x16 pikseli (oczywiście pro-

gram generuje tablicę z danymi go-

tową do wklejenia do programu dla

mikrokontrolera).

Funkcja wyświetlająca bitmapę

przyjmuje 5 argumentów: wskaźnik

do tablicy z bitmapą znajdującą się

w pamięci Flash, współrzędne pod

którymi bitmapa ma zostać wyświe-

tlona oraz jej rozmiar. Współrzędna

pionowa przyjmuje wartości 0...7

(numer strony). Wysokość bitmapy

może przyjmować wartości będące

wielokrotnością liczby 8. Natomiast

współrzędna pozioma i szerokość

bitmapy mogą przyjmować dowolne

wartości (mieszczące się oczywiście

na wyświetlaczu).

void lcdBitmap(char * bmp, unsigned

char x, unsigned char y, unsigned

char dx, unsigned char dy)

stamy funkcji rysowania linii przed-

stawionej powyżej, tylko zrobimy to

w znacznie prostszy sposób.

void lcdRectangle(unsigned char x,

unsigned char y, unsigned char b,

unsigned char a)

{

unsigned char j; // zmienna pomoc-

nicza

// rysowanie linii pionowych

(boki)

for (j = 0; j < a; j++) {

lcdSetPixel(x, y + j); // linia

lewa

lcdSetPixel(x + b – 1, y + j);

// linia prawa

}

// rysowanie linii poziomych (pod-

stawy)

for (j = 0; j < b; j++) {

lcdSetPixel(x + j, y); // linia

górna

lcdSetPixel(x + j, y + a – 1);

// linia dolna

}

Rysowanie okręgu

Funkcja przyjmuje 3 argumenty:

współrzędne x i y środka okręgu oraz

jego promień. Funkcja bazuje na al-

gorytmie Brensenham’a. Szczegółowy

opis algorytmu zawarty jest w [2].

void lcdCircle(unsigned char cx,

unsigned char cy ,unsigned char ra-

dius)

{

int x, y, xchange, ychange, radiu-

sError;

x = radius;

y = 0;

xchange = 1 – 2*radius;

ychange = 1;

radiusError = 0;

while(x >= y)

{

lcdSetPixel(cx+x, cy+y);

lcdSetPixel(cx–x, cy+y);

lcdSetPixel(cx–x, cy–y);

lcdSetPixel(cx+x, cy–y);

lcdSetPixel(cx+y, cy+x);

lcdSetPixel(cx–y, cy+x);

lcdSetPixel(cx–y, cy–x);

lcdSetPixel(cx+y, cy–x);

y++;

radiusError += ychange;

ychange += 2;

if (2*radiusError + xchange > 0)

{

x––;

radiusError += xchange;

xchange += 2;

}

Efekt działania funkcji lcdRectan-

gle przedstawiono na fot. 7 . Obraz

jest rozciągnięty w pionie, ponieważ

wyświetlacz JM12864A posiada pro-

stokątne piksele.

Rysowanie wypełnionego

prostokąta

Funkcja przyjmuje 4 parametry

podobnie jak funkcja poprzednia.

Rysowany jest wypełniony prosto-

kąt. W celu przyśpieszenia funkcji

prostokąt nie jest rysowany piksel

po pikselu. Całkowicie zajęte stro-

ny są wypełniane bajtami o warto-

ści 255, natomiast pozostałe linie,

które nie zajmują pełnej strony są

dorysowywane w tradycyjny sposób.

void lcdFillRectangle(unsigned char

x, unsigned char y, unsigned char b,

unsigned char a)

{

unsigned char i, j;

// zmienna przechowująca ilość stron

zajętych przez prostokąt

unsigned char div8 = a / 8;

// zmienna przechowujaća ilość pozo-

stałych linii (nie tworzących pełnej

strony)

unsigned char mod8 = a % 8;

// pętla wykona się tyle razy, ile

stron zajmuje prostokąt

for(j = 0; j < div8; j++)

Efekt działania

funkcji lcdCircle

przedstawiono na

fot. 8 .

Wyświetlanie

bitmapy

Rysowanie więk-

szych obrazków

piksel po pikselu

byłoby zadaniem

bardzo czasochłon-

nym i skompliko-

wanym, dlatego też

zajmiemy się teraz

funkcją umożliwia-

Fot. 8. Efekt działania funkcji lcdCircle

Elektronika Praktyczna 2/2007

101

KURS

Fot. 9. Efekt działania funkcji lcdBitmap

Fot. 10. Przykład praktycznego wykorzystania wy-

świetlacza graficznego do obsługi analizatora stanów

logicznych

{

unsigned char i, j;

// pętlawykona się tyle razy, ile

stron zajmuje bitmapa

for(j = 0; j < dy / 8; j++)

{

// ustawienie współrzędnych

lcdGoTo(x,y + j);

// pętla wykona się tyle razy, ile

pikseli szerokości ma bitmapa

for(i = 0; i < dx; i++)

{

lcdWriteData(pgm_read_byte(bm-

p++)); // zapis danych

}

świetlacza w prostym

analizatorze stanów

logicznych.

Mam nadzieję, że artykuł przy-

bliżył Czytelnikom sposób obsługi

wyświetlacza graﬁcznego ze sterow-

nikiem KS0108. Dzięki stosunko-

wo dużym możliwościom prezen-

tacji danych takiego wyświetlacza

oraz niskiej cenie może on znaleźć

szerokie zastosowanie w najróżniej-

szych urządzeniach elektronicznych,

gdzie wymagane jest duże pole

odczytowe. Zaadaptowanie zapre-

zentowanych tu procedur na inny

mikrokontroler nie powinno sprawić

większych trudności, jako że użyto

najbardziej uniwersalnego języka

programowania mikrokontrolerów

(język C).

Radosław Kwiecień

radoslaw.kwiecien@ep.com.pl

Efekt działania funkcji lcdBitmap

przedstawiono na fot. 9 .

Rysowanie kółek i linii jest mało

efektownym przykładem zastosowa-

nia graﬁcznego wyświetlacza LCD,

spójrzmy więc na fot. 10 przedsta-

wiającą praktyczne zastosowanie wy-

Literatura

1. Bresenham's Integer Only Line

Drawing Algorithm, John Kennedy,

http://homepage.smc.edu/kennedy_

john/BRESENL.PDF

2. A Fast Bresenham Type Algorithm

For Drawing Circles, John Kennedy,

http://homepage.smc.edu/kennedy_

john/BCIRCLE.PDF

3. Driver for graphic LCD display

128x64, Gregor Horvat

102

Elektronika Praktyczna 2/2007

Wyświetlacze graficzne LCD ze sterownikiem KS0108 - sterowanie w języku C od podstaw. cz. 2.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: