Семисегментні РК-модулі добре справляються з виведенням цифрової інформації, але вони не можуть повноцінно формувати текстові написи і найпростішу графіком Такий здатністю мають алфавітно-цифрові або, Пругов, символьні РК-модулі Відрізняються вони, в першу чергу, наявністю матриці точок 8×8 замість семи сегментів знакоместа, а також іншим типом БІС внутрішнього контролера

В аматорській та професійній апаратурі стандартом «де-факто» стали алфавітно-цифрові РК-модулі, сумісні з системою команд контролера HD44780 (фірма Hitachi) Майже повні аналоги: KS0066 (фірма Samsung), SED1278 (фірма Seiko Epson Corp), ST7066 (фірма SitronixTechnology)

Екран символьного РК-модуля складається з однієї, двох або чотирьох рядків, на яких розміщується 8 10 12 16 20 24 або 40 знакомест У прайсах модулі позначаються скорочено: «число знакомест-х-число рядків », наприклад, 8×1 або 20×4 Для експериментальних робіт намагаються вибрати щось середнє за функціональними можливостями Зокрема, вельми «ходовим» і, отже, більш дешевим, є РК-модуль з розкладкою 16×2 (два рядки по 16 символів, разом 32 знакоместа) Бренд фірми-виробника особливого значення не має

Бажано, щоб індикатор був з підсвічуванням, правда, це на порядок збільшує потужність споживання Необхідно знати, що підсвічування буває світлодіодна (LED) і люмінесцентна (EL) Перша з них відрізняється гарну довговічністю 20000 .. 100000 годин, низькою напругою живлення, але високим струмом споживання (від 10 до 200 мА) і великими габаритами EL-підсвічування характеризується низьким струмом споживання, підвищеної світловидатністю і малими габаритами, але для неї потрібно джерело високої напруги 100 В, та й термін служби складає всього лише 2000 .. 5000 годин

Перевагою символьних РК-модулів перед звичайними РКІ є компактний інтерфейс і простота управління Вхідні / вихідні сигнали мають КМОП-рівні, тому РК-модуль, з точки зору MK, мало чим відрізняється від зовнішньої логічної КМОП-мікросхеми Користувачеві залишається лише підключити до індикатора 6 .. 11 проводів і періодично посилати по ним керуючі сигнали Все інше бере на себе вбудований в символьний РК-модуль контролер По-англійськи його називають Dot Matrix LCD Controller / Driver, оскільки він поєднує функції керуючого пристрою і силового драйвера для матриці точкових сегментів (Мал 238)

Рис 238 Структурна схема РК-модуля

Всі процеси всередині РК-модуля тактується RC-генератором G1 з частотою приблизно 200 .. 300 кГц В осередках памяті ПЗУ прошитий знакогенератор, який містить в одній половині цифри, символи і латиницю, а в іншій – національний алфавіт, наприклад, російська, українська, білоруська, іврит, японський або китайський Використовуючи вільні комірки ОЗУ, користувач може сконструювати на екрані РКІ будь-які власні символи в габаритах 8×8 пікселів При виключенні живлення інформація в ОЗУ втрачається

Призначення і нумерація всіх висновків символьних РК-модулів стандарту HD44780 уніфікована незалежно від кількості рядків і стовпців

Призначення ліній: «DB0» .. «DB7» – восьми розрядна шина даних «RS» – передача команди / даних (LOW / ВИСОКИЙ) «R / W» – режим читання / запису (висока / низька) «Е» – стрибає з активним заднім фронтом «Vo» – Напруга регулювання контрастності VCC – харчування +5 В (+33 В) GND – загальний провід «А», «К» – анод і катод світлодіодів підсвічування екрану Напруга підсвічування 42 .. 43 В або 5 В, якщо всередині РКІ мається резистор

На друкованій платі розміщується з одного боку РК-панель, з іншого – одна або кілька мікросхем-«крапельок» (Мал 239) Панель електрично зєднується з друкованою платою через гребінку прогумованих вкладишів Якщо вони окислятся або зрушаться з місця, то на екрані зникнуть цілі смуги точок Ремонт гребінок проводять промиванням спиртом з просушуванням або обережною шліфуванням «нульовий» наждачним папером без натиску на рівній поверхні

Рис 239 Зовнішній вигляд символьного РК-модуля МТС-16204 фірми Microtips Technology

Зустрічається таке маркування контактних майданчиків: зліва направо

1 . 16 справа наліво 16 .. 1 упереміж 15, 16, 1 .. 14 Контакти 15, 16обичнодліруются ще однією парою з маркуванням «А» і «К» Наявність цих контактів не означає, що всередині індикатора обовязково є підсвічування, а якщо вона і є, то може бути нерегульованою через вбудованих резисторів по харчуванню

Розрізняють чотири восьми бітний режими роботи «алфавітно-цифрових» РК-модулів (подробиці в [2-51]) Для програміста ЖК-модуль представляється у вигляді набору регістрів доступних для запису і читання До одним регістрів можна тільки звертатися (надіслати команду), до інших – звертатися і заносити інформацію (послати команду, потім дані), з третіх – читати стан

Загальним недоліком усіх РКІ є обмежений температурний діапазон На холоді вони «замерзають», на спеці – вицвітають Існують звичайні (0 .. +50 ° С) і широкодіапазонні (-20 .. +70 ° С) РК-модулі Для останніх потрібно подавати на контакт «Vo» не тільки позитивне, а й негативне напруга У сучасних РК-модулях зазвичай є вбудований інвертор напруги, тк харчування однополярної позитивне +3 .. +5 В Для старих і нестандартних індикаторів може знадобитися двухполярной харчування

Схеми підключення РК-модулів (HD44780) зручно розділити на три частини:

вузли подачі інформаційних сигналів (Мал 240, а .. ж)

вузли регулювання контрастності зображення (Мал 241, а .. к)

вузли регулювання яскравості підсвічування (Мал 242, a .. p)

а) у восьмібітного режимі задіюються всі вісім ліній шини даних Це спрощує програмну частину і трохи підвищує швидкодію, але вимагає багато вільних ліній портів MK Якщо не треба зчитувати з РК-модуля інформацію про виконання операцій, то ланцюг сигналу < < RyW >> можна відключити від MK і зєднати з загальним проводом

б) в четирехбітних режимі задіюються чотири старші лінії шини даних Байт інформації передається за два такти, що трохи знижує швидкодію На практиці це малопомітно (мікросекундні затримки), тому четирехбітних режим користується широкою популярністю у програмістів Незадіяні в схемі ланцюга «DB0» .. «DB3» (контакти

7 . 10 ЖК-модуля HG1) зазвичай залишають вільними, але в складній помеховой обстановці їх краще підключити через резистори опором 10 кОм до «маси» GND або харчуванню +5 В

в) скорочення числа ліній звязку між MK і РК-модулем HG1 Требуется ускладнений алгоритм роботи Спочатку обнуляється лічильник DD1 по входу «R» з середньою лінії MK, потім з верхнього виходу MK подається N імпульсів на вхід «СР» На виходах мікросхеми DD1 встановлюється код старшої частини адреси / команди, який вводиться в ЖК-модуль по спаду сигналу «Е» Процедура повторюється ще раз, але вже для введення молодшої частини адреси / команди Про

Про Рис 240 Схеми підключення інформаційних сигналів до «алфавітно-цифровим» РК-модулям стандарту HD44780 (закінчення):

г) аналогічно Рис 240, в, але замість мікросхеми двійкового лічильника використовується зсувний регістр DD1 (аналог 74HC164) Спочатку на вході «D» з середньою лінії MK виставляються біти старшої частини адреси або команди, які послідовно вводяться в регістр DD1 за пять тактів по входу «С» Далі з нижньої лінії MK формується керуючий сигнал «Е», потім процедура повторюється ще раз, але вже для молодшої частини адреси або команди

д) додаткові зовнішні резистори R1, R2ставят в тих випадках, коли при рестарт MK на екрані РК-модуля HG1 зявляються помилкові символи Це наслідок зовнішніх наведень, які потрапляють в ЖК-модуль при Z-стані входів MK Один з резисторів може бути відсутнім, що перевіряється експериментально Резистор & 2іногда підключають до ланцюга +5 В, а не до GND

е) «інтелектуальна» мікросхема DD1 (фірма E-Lab Digital Engineering) автоматично виконує всю рутинну роботу з управління ЖК-модулем HG1 в четирехбітовом режимі Від МК потрібно всього лише передавати через канал UART на швидкості 9600 біт / с коди операцій, які зрозумілі мікросхемі DD1

ж) верхня лінія MK періодично налаштовується в режим входу, що дозволяє в паузах роботи з РК-модулем HG1 перевіряти стан перемикача S1 ​​(замкнутий він чи розімкнути) Опір резистора R1 вибирається досить великим, щоб не чинити навантаження на рівень напруги в лінії MK при зверненні до РК-модулю

Рис 241 Схеми регулювання контрастності зображення в «алфавітно-цифрових» РК-модулях стандарту HD44780 (початок):

а) стандартна схема регулювання контрастності Резистор Я2меньше по опору, ніж R1, оскільки оптимальне напруга на контакті «Vo» нижче, ніж +25 В Необовязкові конденсатори С /, C2 ставлять для зменшення перешкод, що генеруються РК-модулем, або для підвищення стійкості його роботи при нестабільному харчуванні Для тестування модуля достатньо подати на нього харчування +5 В і перевести движок резистора R2 з одного крайнього положення в інше В одному випадку повинен спостерігатися повністю темний, в іншому – повністю світлий екран Оптимальна ж настройка резистора R2 знаходиться десь посередині, коли у верхньому рядку екрана будуть темні прямокутники, а нижньому рядку – порожньо

б) діодна стабілізація контрастності корисна при широких коливаннях температури навколишнього середовища Число діодів підбирають експериментально для кожного типу індикатора

в) деякі моделі РК-модулів мають внутрішню схему формування напруги Vo, поетомудля регулювання контрастності потрібно всього лише один зовнішній резистор R1 Але це рідкість, треба дивитися даташит

г) програмне регулювання контрастності за допомогою імпульсів змінної шпаруватості (метод ШІМ) Постійна складова напруги виділяється на конденсаторі C7 Якщо він відсутній, то миготіння зображення на екрані все одно не буде видно, оскільки інерційним ланкою будуть самі рідкі кристали, які не можуть миттєво змінити своє місце розташування в просторі

д) для широкодиапазонного РК-модуля контрастність може виявитися недостатньою при однополярному харчуванні Необхідність двополярного живлення вказується в даташітах Як джерело негативного напруги використовується інвертор DA1 фірми Maxim / Dallas Струм навантаження в ланцюзі «-5 В» складає мікроампери Про

е) негативне напруга -2 В для виводу «Уо» РК-модуля HG1 формується інвертором на елементах VD2, VD3, C1, С2істабілізатором напруги на діодах VD4 .. VD6 \

ж) схема з «виваженим» харчуванням, коли «маса» пристрою і ланцюг GND РК-модуля HG1 відрізняються по напрузі на 07 В через діода VD1 Ця різниця використовується як джерело негативної напруги при регулюванні контрастності резистором R1 Для збільшення негативного напруги можна послідовно з VD1 додати ще один діод 1N4148

з) повністю відключити живлення РК-модуля HG1 можна ВИСОКИМ рівнем на виході MK через ключ на транзисторі VT1 \

і) скорочення числа ліній звязку MK з РК-модулем HG1 Велику частину часу MK видає ШІМ-сигнал, що визначає напругу в ланцюгу «Уо» (контрастність, Рис 241, г) Сигнал для лінії «RS» РК-модуля HG1 формується короткочасно, тільки при необхідності оновлення інформації на екрані На контрастність зображення це практично не впливає

к) харчування ЖК-модуля HG1 здійснюється від напруги ВИСОКОГО рівня на виході MK Резистор R1 обмежує струм в навантаженні і служить елементом RC-фільтра Якщо на виході МК сформувати ШІМ-сигнал, то можна регулювати яскравість і контрастність картинки

Рис 242 Схеми регулювання яскравості підсвічування в алфавітно-цифрових РК-модулях стандарту HD44780 (початок):

а) підсвічування, що перебуває всередині РК-модуля, споживає струм 60 .. 200 мА при робочій напрузі 4 .. 42 В Настільки високе для світлодіодів напруга пояснюється їх послідовно паралельним зєднанням для більш рівномірного розподілу по площі екрана Вимикач S1 повинен бути розрахований на струм не менше 02 А Резистором R1 регулюється яскравість підсвічування Якщо яскравість максимальна і вона не регулюється резистором R1, значить конкретний ЖК-модуль HG1 має вбудований обмежувальний резистор і елементи R1, S1 марні

б) ШІМ-управління яскравістю підсвічування без обмежувального резистора в ланцюзі колектора транзистора VT1 Світлодіоди підсвічування допускають імпульсні перевантаження, але треба стежити, щоб транзистор VT1 ні у відкритому стані тривалий час

в) аналогічно Рис 242, б, але з обмежувальним резистором R3 в колекторі транзистора VT1 Резистором R2 можна вручну регулювати яскравість Якщо передбачається генерація ШІМ-сигналу зі змінною шпаруватістю з виходу MK, то резистор & 2можно видалити

г) польовий транзистор VT1 дозволяє вмикати / вимикати підсвічування індикатора HG1 або плавно регулювати її яскравість методом ШІМ Частота перемикання ШІМ повинна бути не менше 50 .. 100 Гц, щоб візуально згладжувались мерехтіння

д) при низькому рівні на виході MK транзистор VT1 закривається, але підсвічування екрану РК-модуля HG1 повністю не гасне через резистора R3 Максимальний струм (яскравість) при відкритому транзисторі VT1 визначається паралельним зєднанням резисторів R2 і R3 \

е) транзистор VT1 включений за схемою з загальним емітером Резистор R2 задає яскравість Про

Про Рис 242 Схеми регулювання яскравості підсвічування в алфавітно-цифрових РК-модулях стандарту HD44780 (продовження):

ж) аналогічно Рис 242, б, але з транзистором VT1 структури р-п-р і з активним низьким рівнем на виході MK

з) при живленні індикатора HG1 від резервної батареї GB1 підсвічування автоматично відключається Діод VD3 потрібен, щоб компенсувати падіння напруги на діод VD2 \

і) аналогічно Рис 242, г, але із застосуванням польового л-канального транзистора VT1 і з активним низьким рівнем на виході MK

к) підсвічування включається / вимикається низький / високий рівнем на виході MK Її плавне регулювання забезпечується високоомним резистором R1 через УПТ на транзисторі VT1 Таке рішення технічно «грамотніше», ніж пряме зєднання контакту 15 HG1 і виходу МК через низькоомний змінний резистор, оскільки останній повинен бути потужним і великогабаритним, щоб не вигоряв резистивний шар при високій яскравості підсвічування

л) оптопара VU1 повинна бути розрахована на струм колектора не менше 100 мА Якщо не потрібно оптоізоляцією, то емітер оптопари можна зєднати з загальним проводом

м) з метою зниження навантаження на стабілізатор DA1 підсвічування підключається через резистор R1 до джерела напруги +12 В, а не +5 В Витрата потужності і ККД залишаються колишніми Про

Про Рис 242 Схеми регулювання яскравості підсвічування в алфавітно-цифрових РК-модулях стандарту HD44780 (закінчення):

н) аналогічно Рис 242, м, але зі стабілізацією струму підсвічування на мікросхемі DA2 Це корисно при значних коливаннях напруги +9 .. + 12 В

о) аналогічно Рис 242, м, але зі стабілізатором струму підсвічування на транзисторі VT1 При короткому замиканні в ланцюзі +5 В (якщо вона чимось ще навантажена) підсвічування автоматично вимикається Ток задається резистором R2

п) за відсутності вбудованої підсвічування екрану можна застосувати саморобний блок, що складається з малогабаритних світлодіодів HL1 .. HL4 зеленого або жовтого кольору Світлодіоди повинні бути максимально плоскими прямокутними з висотою 1 мм Вони встановлюються з двох торців РК-модуля в пази між друкованою платою і індикатором Якщо в наявності є світлодіоди висотою 2 .. 3 мм, то надлишок пластмаси акуратно сточують надфілем

p) аналогічно Рис 242, п, але зі збільшеним числом світлодіодів і можливістю плавного регулювання їх яскравості методом ШІМ

Джерело: Рюмік, С М, 1000 і одна мікроконтролерна схема Вип 2 / С М Рюмік – М: ЛР Додека-ХХ1, 2011 – 400 с: Ил + CD – (Серія «Програмовані системи»)