Urządzenia wyjściowe do równoległego portu wejścia/wyjścia 8255

 

Wskaźnik stanów logicznych

Jest to urządzenie wyjściowe, które monitoruje stan wszystkich linii logicznych dostępnych na złączu DB25 karty rozszerzającej. Jest to zespół 24 diod elektroluminescencyjnych, które świecą gdy na wejściu pojawi się poziom logiczny “1”. Na obudowie tego urządzenia umieszczone jest drugie gniazdo umożliwiające podłączenie jednocześnie innych urządzeń.

Rys. 24 przedstawia schemat ideowy pojedynczego bloku reagującego na jeden sygnał wejściowy oznaczony tutaj jako We.

Rys. 24. Schemat ideowy pojedynczego bloku diodowego wskaźnika stanów logicznych

 

Wyświetlacz matrycowy LCD

Jako drugie urządzenie wyjściowe zastosowano układ matrycowego wyświetlacza LCD typu LM018L firmy Hitachi. Można na nim wyświetlać 24 znaki w jednej linii, natomiast w buforze wyświetlacza mieści się 80 znaków. Widoczny obszar bufora można wybrać dowolnie. Każdy znak jest złożony z matrycy 5x7 punktów i dodatkowej linii kursora 5x1 punktów. Widok wyświetlacza przedstawia Rys. 25, zaś wymiary każdego znaku Rys. 26.

 

Rys. 25. Widok panelu wyświetlacza LM-018L

 

Rys. 26. Wymiary pojedynczego znaku wyświetlacza LM-018L

 

Istnieje możliwość zaprogramowania dodatkowych 8 znaków narodowych. Należy tylko przesłać ich wzorce bitowe do wyświetlacza. Program dołączony do modelu, obsługujący uniwersalny port we/wy 8255 realizuje polskie znaki na wyświetlaczu.

Układ wyświetlacza (zwany LCD II) jest skonstruowany w ten sposób, że za komunikację ze “światem zewnętrznym” odpowiedzialny jest specjalny mikroprocesor HD44780 firmy Hitachi. Tak więc w praktyce komputer komunikuje się z wyświetlaczem poprzez tenże procesor. Nie musimy sami dbać o to w jaki sposób wyświetlić np. literę A na 7 pozycji, bo robi to za nas HD44780. Programista jedynie wysyła odpowiednie “rozkazy” do wykonania przez procesor. W tym przypadku wysyłamy do wyświetlacza rozkaz “wyświetl znak na pozycji” dodatkowo podajemy tylko pozycję znaku i jego kod przybliżony do standardowego kodu ASCII jaki jest stosowany w komputerach PC. Na Rys. 27. przedstawiono tabelę kodów ASCII wyświetlacza. Jak widać, mamy tu 160 znaków z których część to diakrytyki japońskie tzw. znaki KANA; a szkoda, że nie są to polskie ogonki...

 

Inicjalizacja wyświetlacza

Źródła Hitachi podają iż wyświetlacz LM-018L po załączeniu zasilania inicjalizuje się automatycznie, jednak producent zaleca wstępną inicjalizację wyświetlacza za pomocą układów zewnętrznych (w naszym przypadku za pomocą komputera i specjalnego programu) na wypadek gdyby inicjalizacja sprzętowa zawiodła. W praktyce ustalono, że inicjalizacja sprzętowa nie jest podejmowana, więc zawsze inicjalizuje się wyświetlacz programowo. Sposób inicjalizacji programowej dla trybów pracy 4 i 8 bitowego nieco się różnią, więc podane zostaną oba.

 

Rys. 27. Tabela ASCII wyświetlacza LM-018L

 

Inicjalizacja w trybie 8 bitowym

1. Po załączeniu zasilania układu należy odczekać 15ms

2. Wyzerować linie RS i R/W

3. Linie D₀-D₃ są dowolne, na linie D₄-D₇ należy podać słowo binarne 0011. (D₇ jest najstarszym bitem słowa) Nie można jeszcze sprawdzać flagi zajętości BF

4. Odczekać nie krócej niż 4.1ms

5. Linie D₀-D₃ są dowolne, na linie D₄-D₇ należy podać słowo binarne 0011 (jak w pkt. 3)

6. Odczekać nie krócej niż 100 s

7. Linie D₀-D₃ są dowolne, na linie D₄-D₇ należy podać słowo binarne 0011. (jak w pkt. 3) Od tej pory należy; każdorazowo przed wysłaniem rozkazu za pomocą magistrali danych; sprawdzać flagę zajętości BF i jeżeli jest ona ustawiona należy czekać dopóki się nie wyzeruje.

8. Przesłać rozkaz “Ustaw tryb pracy interfejsu” z parametrami określającymi pracę z magistralą danych o szerokości 8 bitów. (Patrz Rys. 30)

9. Przesłać rozkaz “Kontrola wyświetlania” z parametrem wyłączającym ekran wyświetlacza

10. Przesłać rozkaz “Kontrola wyświetlania” z parametrem włączającym ekran wyświetlacza

11. Przesłać rozkaz “Ustaw parametry przesuwu” z parametrem wybranym według potrzeb

 

Inicjalizacja w trybie 4 bitowym

1. Po załączeniu zasilania układu należy odczekać 15ms

2. Wyzerować linie RS i R/W

3. Na linie D₄-D₇ należy podać słowo binarne 0011. (D₇ jest najstarszym bitem słowa) Nie można jeszcze sprawdzać flagi zajętości BF

4. Odczekać nie krócej niż 4.1ms

5. Na linie D₄-D₇ należy podać słowo binarne 0011 (jak w pkt. 3)

6. Odczekać nie krócej niż 100 s

7. Na linie D₄-D₇ należy podać słowo binarne 0011. (jak w pkt. 3) Od tej pory należy; każdorazowo przed wysłaniem rozkazu za pomocą magistrali danych (a ściślej przed wysłaniem połówki rozkazu); sprawdzać flagę zajętości BF i jeżeli jest ona ustawiona należy czekać dopóki się nie wyzeruje. Należy pamiętać, że każdy rozkaz lub daną od tej pory wysyła się na raty tzn. najpierw 4 starsze bity, potem 4 młodsze

8. Przesłać rozkaz “Ustaw tryb pracy interfejsu” z parametrami określającymi pracę z magistralą danych o szerokości 4 bitów. (Patrz Rys. 30)

9. Przesłać rozkaz “Kontrola wyświetlania” z parametrem wyłączającym ekran wyświetlacza

10. Przesłać rozkaz “Kontrola wyświetlania” z parametrem włączającym ekran wyświetlacza

11. Przesłać rozkaz “Ustaw parametry przesuwu” z parametrem wybranym według potrzeb

 

Procesor HD 44780

Procesor HD 44780 jest specjalizowanym, wykonanym w technologii VLSI układem przeznaczonym do sterowania multipleksowanymi wyświetlaczami matrycowymi LCD. Może się komunikować za pomocą 4 lub 8 bitowej magistrali danych z układem mikroprocesorowym. W przypadku pracy w trybie 4-bitowym przesyłanie danych jest realizowane przy użyciu 4 najstarszych bitów danych D₄-D₇. Wszystkie funkcje wymagane do obsługi wyświetlaczy są realizowane przez wewnętrzne bloki układu. HD 44780 potrafi obsłużyć wiele typów wyświetlaczy : jedno- i dwuliniowe; 24, 40, i 80-znakowe. W modelu użyto wyświetlacza jednoliniowego, 24-znakowego, z buforem 80-znakowym. Gdy żądamy wykonania operacji dotyczącej wyświetlacza np.: dwuliniowego na wyświetlaczu jednoliniowym zostanie ona zignorowana. Schemat blokowy procesora przedstawiono na Rys. 28.

 

Rys. 28. Schemat blokowy procesora HD44780

 

 

Rys. 29. Schemat blokowy układu wyświetlacza LCD

 

Cały układ (płytka wyświetlacza) wyświetlacza przedstawia się jak na Rys. 29.

Z procesora HD 44780 wychodzą sygnały:

• CLK - sygnał zegarowy

• SEG₁ - SEG₄₀ - linie wybierające poszczególne znaki na wyświetlaczu

• ROW₁ - ROW₁₆ - linie wybierające poszczególne rzędy znaku

• D - linia danych szeregowych

 

Wyświetlanie poszczególnych elementów obrazu przedstawia się następująco:

• wybierany jest sygnał znaku np.: SEG₁ odpowiadający pierwszemu znakowi

• wybierany jest pierwszy sygnał rzędu ROW₁ odpowiadający pierwszemu rzędowi (w wybranym wcześniej pierwszym znaku)

• poprzez wyjście D i za pomocą sygnału zegara CLK jest przesyłane szeregowo słowo wypełniające wybrany wcześniej rząd znaku. Każdy bit tego słowa równy 1 oznacza zapalony punkt rzędu

• potem realizowany jest wpis do następnych rzędów w wybranym znaku (ROW₂ , ROW₃...)

• następnie tak samo wpisywane są informacje do następnych znaków

 

Jeżeli dany wyświetlacz nie jest wyposażony w 40 znaków to po prostu nie są one wyświetlane, lub i są przenoszone do drugiej linii (dla wyświetlaczy 2 liniowych). W wyświetlaczu LM-018L jest tylko 24 znaki i 1 linia, więc dalsze znaki nie są wyświetlane.

Na Rys. 30. Przedstawiono wszystkie rozkazy procesora. Objaśnienia wymagają niektóre bity owych rozkazów. I tak:

• I/D=1 oznacza zwiększanie licznika, 0 - zmniejszanie

• S=1 oznacza przesuw ekranu wraz z przesuwem kursora

• S/C=1 oznacza przesuw ekranu; 0 - przesuw kursora

• R/L =1 oznacza przesuw w prawo; 0 - w lewo

• DL=1 ustawia 8 bitową szynę danych; 0 - 4 bitową

• N=1 ustawia wyświetlanie dwuliniowe; 0 - jednoliniowe

• F=1 ustawia matrycę znaku 5x10 punktów; 0 - 5x7 punktów

• BF=1 oznacza zajętość procesora przez wewnętrzne operacje; 0 - gotowość do przyjęcia danych

 

Parametry elektryczne

Układ jest przystosowany do zasilania napięciem 5V ± 0.25V lecz z praktyki wiadomo iż pracuje on poprawnie w zakresie napięć 3V-5.25V. Należy tylko zwrócić uwagę na konieczność skorygowania jaskrawości wyświetlania dla każdej zmiany napięcia zasilającego. Uzyskuje się to poprzez regulację rezystancji dzielnika napięcia odniesienia na płytce elektroniki wyświetlacza.

Układ wyświetlacza posiada następujące wyprowadzenia (Pierwszy przewód w taśmie czerwony):

1.-7. D₀-D₇ - (Data Bits) 8 bitowa, dwukierunkowa magistrala danych.

8. E - (Enable) Dla wpisania informacji (czy to rozkazu czy danych) należy wystawić 1 logiczną na to wejście, odpowiednio ustawić wszystkie bity danych oraz linie RS i R/W a następnie wyzerować tę linię. Opadające zbocze informuje LCD II że wszystkie pozostałe sygnały (D₀-D₇, R/W, RS) są poprawne i można rozpocząć dekodowanie.

9. R/W - (Read/Write) Wejście informujące układ o zapisie (R/W w stanie niskim), lub o odczycie (R/W w stanie wysokim).

10. RS - (Register Select) Linia wejściowa informująca LCD II czy w danym momencie na magistrali danych znajduje się rozkaz (RS w stanie niskim), czy dane (RS w stanie wysokim).

11. GND - Masa układu.

12. Vcc - Zasilanie.

 

 

INSTRUKCJA	BINARNY KOD ROZKAZU										OPIS ROZKAZU	CZAS WYKONANIA	CZAS WYKONANIA
	RS	R/W	DB7	DB6	DB5	DB4	DB3	DB2	DB1	DB0		ZEGAR 250 kHz	ZEGAR 160 kHz
WYCZYŚĆ EKRAN	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	Czyści ekran i ustawia kursor w pozycji początkowej czyli ustawia adres w DD RAM na wartość 0	82µs-1.64ms	120µs-4.9ms
POWRÓĆ DO POCZĄTKU	0	0	0	0	0	0	0	0	1	x	Ustawia kursor w pozycji początkowej (ustawia adres DD RAM na wartość 0) Jeśli widoczny obszar ekranu jest przesunięty, także ustawia go w pozycji początkowej.	40µs -1.6ms	120µs-4.8ms
USTAW PARAMETRY PRZESUWU	0	0	0	0	0	0	0	1	I/D	S	Ustala kierunek przesuwu kursora i określa czy ekran ma się przesuwać podczas zapisu i odczytu danych (a nie rozkazów!) do pamięci wyświetlacza (DD RAM)	40µs	120µs
KONTROLA WYŚWIETLANIA	0	0	0	0	0	0	1	D	C	B	Włącza lub wyłącza ekran (bit D); kursor (bit C) oraz miganie litery nad kursorem (bit B)	40µs	120µs
PRZESUN KURSOR/EKRAN	0	0	0	0	0	1	S/C	R/L	x	x	Przesuwa kursor i/lub ekran bez zmieniania zawartości pamięci DD RAM	40µs	120µs
USTAW TRYB PRACY INTERFEJSU	0	0	0	0	1	DL	N	F	x	x	Ustala szerokość szyny danych, ilość wyświetlanych linii i wybiera rodzaj czcionki	40µs	120µs
USTAW ADRES CG RAM	0	0	0	1	ADRES W CG RAM						Ustawia adres w pamięci znaków (CG RAM)	40µs	120µs
USTAW ADRES W DD RAM	0	0	1	ADRES W DD RAM							Ustawia adres w pamięci wyświetlacza ( DD RAM )	40µs	120µs
SPRAWDŹ FLAGĘ ZAJĘTOŚCI	0	1	BF	ADRES CG RAM lub DD RAM							Odczytuje flagę zajętości ( BF ) , także odczytuje ostatnio używany adres zarówno w pamięci CG RAM jak i w pamięci DD RAM	1µs	1µs
ZAPSZ DANE DO CG RAM/DD RAM	1	0	ZAPISYWANA DANA								Zapisuje dane do pamięci DD RAM lub do pamięci CG RAM	40µs	120µs
WEŹ DANE Z CG RAM/DD RAM	1	1	ODCZYTYWANA DANA								Odczytuje dane z pamięci DD RAM lub CG RAM	40µ s	120µ s

Rys. 30. Tabela dostępnych rozkazów procesora HD44780

 

Na Rys. 31. i Rys. 32. pokazano cykle zapisu i odczytu z wyświetlacza.

Rys. 31. Wykres czasowy cyklu zapisu danych do wyświetlacza (procesora HD44780)

 

Rys. 32. Wykres czasowy cyklu odczytu danych z wyświetlacza (procesora HD44780)

 

	SYMBOL	MINIMALNIE	MAKSYMALNIE
Czas trwania cyklu Enable	Tec	1µ s	-
Czas trwania stanu wysokiego Enable	Te	450ns	-
Czas narastania sygnału Enable	Ter	-	25ns
Czas opadania sygnału Enable	Tef	-	25ns
Czas ustalenia się sygnałów RS i R/W	Tas	140ns	-
Opóźnienie danych	Tdd	-	320ns
Czas wystawienia danych	Tds	195ns	-
Czas przetrzymania danych	Th	20ns	-

Rys. 33. Tabela objaśniająca czasy trwania cykli odczytu i zapisu

 

Stanowisko do demonstracji pracy układu 8255

Stanowisko składa się z trzech części:

• karty rozszerzającej do komputera PC, którą należy włożyć do wnętrza komputera do wolnego slotu 8 lub 16 bitowego

• diodowego detektora stanu linii, który należy połączyć z kartą za pomocą przewodu 25 żyłowego służącego do przesyłania danych. Należy podłączyć także zasilanie przewodem zakończonym wtyczkami mini jack.

• modułu wyświetlacza LCD i klawiatury krzyżowej, który także łączymy z kartą za pomocą przewodu 25 żyłowego pośrednio przez moduł diodowego detektora linii. Podłączenie zasilania jest realizowane za pomocą przewodu z wtyczką mini jack.

 

Schemat połączeń wszystkich modułów przedstawiono na Rys. 34.

 

Rys. 34. Sposób połączenia wszystkich elementów model

---