Projet à microcontrôleur PIC 16F628A

Commande d'un afficheur LCD alphanumérique par le port RS232 d'un ordinateur

• 1- Présentation
• 2- Schéma électrique de la carte
• 3- Principe de fonctionnement d'un afficheur LCD alphanumérique
• 4- Communication entre l'ordinateur et la carte
• 5- L'application LCDalpha103.exe pour Windows
• 6- Liste du matériel
• 7- Code source du microcontrôleur PIC 16F628A

• 1- Présentation

On se propose de commander un afficheur LCD alphanumérique avec un ordinateur.

Photo de la carte :

La communication entre l'ordinateur et la carte se fait par une liaison série RS232.

Les commandes utilisées dans l'application Windows sont celles du contrôleur du module LCD.

On reste ainsi proche du matériel (dans un but pédagogique) :

• 2- Schéma électrique de la carte

• 3- Principe de fonctionnement d'un afficheur LCD alphanumérique

Ci-dessous, un exemple d'afficheur LCD alphanumérique 16 x 2 (2 lignes de 16 caractères) :

• 3-1- Le connecteur

Le connecteur possède 16 broches :

• 3-2- Le contrôleur interne

Plusieurs contrôleurs existent sur le marché, entre autres :

• HD44780 (Hitachi)
• KS0070B (Samsung)
• SPLC780A1 (Sunplus)

Ils sont compatibles entre eux.

Il y a cependant des petites différences au niveau des tables de caractères.

• 3-3- Le format d'affichage

Voici les formats les plus courants :

• 8 x 1 (1 ligne de 8 caractères)
• 16 x 1
• 8 x 2
• 16 x 2 (2 lignes de 16 caractères)
• 20 x 2
• 24 x 2
• 40 x 2
• 16 x 4
• 20 x 4
• 40 x 4

• 3-4- La matrice de caractères

Suivant les modèles, 5 x 8 points ou 5 x 11 points.

Le curseur se trouve en dernière ligne :

• 3-5- Description des broches du connecteur

* seulement pour les modules LCD équipés de LED de rétroéclairage.

• 3-6- Alimentation du module LCD

R = 10 k

P = 2,2 k

R' = quelques dizaines d'ohms

Le potentiomètre P règle la tension d'alimentation (V0) du panneau LCD : on agit ainsi sur le contraste.

R' règle le courant du système de rétroéclairage (de l'ordre de 100 mA). Consulter la documentation du constructeur pour déterminer sa valeur exacte.

• 3-7- Instructions de contrôle et d'affichage

Le contrôleur dispose de 11 instructions, dont voici une description sommaire :

X : 0 ou 1

* DDRAM = Display Data RAM

** CGRAM = Character Generator RAM

• 3-8- Relation entre l'adresse de la DDRAM et la position sur l'afficheur

Cas d'un afficheur à une seule ligne :

Cas d'un afficheur à deux lignes :

N.B. Considérons un afficheur 16 x 2 (2 lignes de 16 caractères).

Seuls les caractères correspondant aux adresses 0x00 à 0x0F et 0x40 à 0x4F de la DDRAM sont visibles.

• 3-9- Table des caractères de la CGROM (Character Generator ROM)

La CCROM contient les caractères prédéfinis (et non modifiables).

Exemple : on veut afficher le caractère K à la 4 ème position de la 1 ère ligne :

 

1) Instruction Set DDRAM address

avec (a6... a0) = (000011) = 0x03 (position)

2) Instruction Write data to DDRAM

avec (d7... d0) = (01001011) = 0x4B (code ASCII du caractère)

 

• 3-10- Les caractères personnalisables de la CGRAM

Vous disposez de 8 caractères personnalisables.

Les adresses de la CGRAM sont :

• 1er caractère : adresse 0x00 (ou 0x08)
• 2 ème caractère : adresse 0x01 (ou 0x09)
• ...
• 8 ème caractère : adresse 0x07 (ou 0x0F)

Exemple : on veut afficher le 2ème caractère personnalisable à la 4 ème position de la 1 ère ligne :

1) Instruction Set DDRAM address

avec (a6... a0) = (000011) = 0x03 (4 ème position de la 1 ère ligne)

2) Instruction Write data to DDRAM

avec (d7... d0) = (00000001) = 0x01 (2ème caractère personnalisable)

 

• 3-11- Définition de la matrice d'un caractère personnalisable

Considérons un afficheur à matrices 5 x 8 points.

Intéressons-nous au 2ème caractère personnalisable, que l'on veut définir de la manière suivante :

 

1 ère ligne de la matrice :

1) Instruction Set CGRAM address

avec (a5... a0) = (001000) = 0x08

• (a5a4a3) = (001) = 3 bits de poids faibles de l'adresse CGRAM (0x01 : 2ème caractère personnalisable)
• (a2a1a0) = (000) = 1ère ligne (ligne du haut) de la matrice

 

2) Instruction Write data to CGRAM

avec (d7... d0) = (00011110) = 0x1E

• (d7d6d5) = (000)
• (d4... d0) = (11110) = niveaux lumineux des 5 points de la première ligne

 

...

 

8 ème ligne :

1) Instruction Set CGRAM address

avec (a5... a0) = (001111) = 0x0F

• (a5a4a3) = (001) = 3 bits de poids faibles de l'adresse CGRAM (0x01 : 2ème caractère personnalisable)
• (a2a1a0) = (111) = 8ème ligne (ligne du bas) de la matrice

 

2) Instruction Write data to CGRAM

avec (d7... d0) = (00010010) = 0x12

• (d7d6d5) = (000)
• (d4... d0) = (10010) = niveaux lumineux des 5 points de la 8 ème ligne

Remarque : les données de la CGRAM sont perdues à la mise hors tension du module LCD.

• 3-12- Interface 8 bits

Dans ce cas, la commande du module LCD nécessite 11 broches.

Vu du côté du microcontrôleur, cela fait :

3 sorties (reliées aux 3 entrées RS, R/W et E du module LCD)

8 broches (reliées au bus de données DB7~DB0) :

• configurées en sortie en mode écriture (R/W = 0)
• configurées en entrée en mode lecture (R/W = 1)

• 3-13- Interface 4 bits

Si vous êtes limité par le nombre de broches disponibles de votre microcontrôleur, vous pouvez utiliser l'interface 4 bits.

Cela fait gagner 4 broches et seules 7 broches sont nécessaires à la commande du module LCD.

Vu du côté du microcontrôleur, cela donne :

3 sorties (reliées aux 3 entrées RS, R/W et E du module LCD)

4 broches (reliées aux 4 bits du bus de données DB7~DB4) :

• configurées en sortie en mode écriture (R/W = 0)
• configurées en entrée en mode lecture (R/W = 1)

 

L'interface 4 bits est plus lente que l'interface 8 bits.

En effet, le transfert des 8 bits de données se fait en 2 fois. On commence par transmettre les 4 bits de poids forts (DB7~DB4) puis les 4 bits de poids faibles (DB3~DB0).

Remarque : On peut gagner une broche en reliant R/W à la masse (R/W = 0 : mode écriture).

Le drapeau BUSY n'est donc plus accessible.

On contourne l'obstacle avec une temporisation suffisamment longue, à l'issue de laquelle on pourra transmettre une nouvelle instruction.

• 3-14- Protocole de communication en mode écriture (R/W = 0) dans le cas d'une interface 4 bits

Le microcontrôleur commence par établir RS et R/W (R/W = 0), puis les 4 bits DB7-DB4.

Les niveaux de RS et R/W sont pris en compte par le module LCD sur le front montant de E.

Les niveaux des 4 bits DB7-DB4 sont pris en compte par le module LCD sur le front descendant de E.

Le microcontrôleur établit ensuite les 4 bits de poids faibles DB3-DB0, qui sont pris en compte par le module LCD sur le deuxième front descendant de E.

• 3-15- Protocole de communication en mode lecture (R/W = 1) dans le cas d'une interface 4 bits

Le microcontrôleur commence par établir RS et R/W (R/W = 1).

Les niveaux de RS et R/W sont pris en compte par le module LCD sur le front montant de E.

Le module LCD fournit alors les 4 bits DB7-DB4 (au plus tard 120 ns après le front montant de E).

Le module LCD fournit ensuite les 4 bits de poids faibles DB3-DB0, après le deuxième front montant de E.

N.B. Au niveau du module LCD, les 4 broches DB7-DB4 sont configurées en sortie (mode lecture oblige). Au niveau du microcontrôleur, cela veut dire configuration en entrées.

Il faut donc un microcontrôleur avec 4 broches individuellement configurables :

• en sortie en mode écriture (dans le module LCD), transfert d'information du microcontrôleur vers le module LCD
• en entrée en mode lecture (du module LCD), transfert d'information du module LCD vers le microcontrôleur

• 3-16- Exemple de chronogramme complet dans le cas d'une interface 4 bits

Le chronogramme qui suit est valable pour les instructions où RS = 0 et R/W = 0 (Display Clear, Return Home, Entry Mode Set ...).

Au départ, nous sommes en mode écriture (R/W = 0).

On passe ensuite en mode lecture (R/W = 1) : le microcontrôleur peut alors lire le drapeau BF (Busy flag) pour savoir si l'instruction est terminée.

• 3-17- Quelques fabriquants de module LCD

• Batron
• Everbouquet
• Powertip
• Varitronix

• 3-18- Quelques liens utiles
  • www.aurel32.net/
  • Electronique pratique numéro 306 : Y. Mergy ; Les afficheurs alphanumériques LCD
  • Microchip : Note d'application AN587 "Interfacing midrange PIC to an LCD Module"

• 4- Communication entre l'ordinateur et la carte à microcontrôleur

• 4-1- Le câble

Il faut bien sûr un ordinateur qui possède un port COM, reconnaissable par son connecteur SubD 9 broches mâle.

Il faut brancher un câble "null-modem" (câble croisé) entre l'ordinateur et la carte.

Si vous n'en avez pas, vous pouvez facilement en faire un (il faut 3 fils et 2 connecteurs SubD 9 broches femelle).

• 4-2- Protocole de communication entre l'ordinateur et la carte

L'ordinateur envoie 2 octets qui contiennent les 10 bits de l'instruction :

• 1er octet : (0 0 0 0 0 0 RS R/W)
• 2ème octet : (DB7... DB0)

Le PIC reçoit ces 2 octets (sur la broche RX de l'UART) et les décode :

1er cas : R/W = 0, ce qui correspond au groupe d'instructions :

• Display clear
• Return home
• Entry mode set
• Display On/Off Control
• Cursor or display shift
• Set function
• Set CGRAM address
• Set DDRAM address
• Write data to CGRAM or DDRAM

Le PIC lance la commande de l'instruction idoine puis lit le drapeau Busy Flag (avec l'instruction Read Busy Flag & Address counter).

Quand le drapeau passe à 0, le PIC transmet (sur la broche TX de l'UART) à l'ordinateur un octet qui contient la valeur du compteur d'adresse. Cet octet indique également à l'ordinateur que l'opération est terminée.

2ème cas : R/W = 1, ce qui correspond au groupe d'instructions :

• Read Address counter (RS = 0)
• Read data from CGRAM or DDRAM (RS = 1)

Pour l'instruction Read data from CGRAM or DDRAM, le PIC lit ensuite le drapeau Busy Flag (avec l'instruction Read Busy Flag & Address counter).

Quand le drapeau passe à 0, le PIC transmet (sur la broche TX de l'UART) à l'ordinateur un octet qui contient la valeur des données. Cet octet indique également que l'opération est terminée.

• 5- L'application LCDalpha103.exe pour Windows

Avant-propos

Cette application a été écrite en C++ Borland Builder 5.

L'application fonctionne sous Windows NT4 et Windows XP (non testée sous Windows Vista, merci de me dire ce qu'il en est ...).

N.B. La gestion de la liaison RS232 nécessite l'installation du composant TComPort (la version 2.64 est suffisante) :

• Téléchargement : http://sourceforge.net/projects/comport/
• Procédure d'installation : http://petit.developpez.com/serie/install_tcomport/
• Tutorial : http://petit.developpez.com/serie/cours_tcomport/

Procédure d'utilisation :

 

-> Brancher le câble "null-modem" entre l'ordinateur et la carte (hors tension)

-> Mettre la carte sous tension

-> Ouvrir l'application

-> Configurer les paramètres de la liaison RS232C :

• 9600 bauds/s
• 8 bits de données
• Pas de bit de parité
• 1 bit de STOP
• Pas de contrôle de flux

-> Ouvrir le port

• Télécharger l'application LCDalpha103.exe pour Windows 608 ko
• Télécharger le code source de l'application LCDalpha103.exe 59 ko

Exemple d'utilisation :

On se propose d'afficher Hello! sur un afficheur LCD alphanumérique 16 x 2

-> Set Function (avec DL = 0, N = 1 et F = 0)

-> Display On/Off Control (avec D = 1, C = 0 et B = 0)

-> Entry Mode Set (avec I/D = 1 et SH = 0)

-> Display Clear

-> Write Data into DDRAM (avec 0x48 : caractère 'H')

-> Write Data into DDRAM (avec 0x65 : caractère 'e')

-> Write Data into DDRAM (avec 0x6C : caractère 'l')

-> Write Data into DDRAM (avec 0x6C : caractère 'l')

-> Write Data into DDRAM (avec 0x6F : caractère 'o')

-> Write Data into DDRAM (avec 0x21 : caractère '!')

N.B. A la mise sous tension, le module LCD est en mode interface 8 bits (mode par défaut).

Pendant sa phase d'initialisation, le PIC exécute l'instruction Set Function de manière à configurer le module LCD en mode interface 4 bits.

Le PIC est maintenant prêt à recevoir des instructions de l'application Windows, instructions qui seront traités dans le mode interface 4 bits.

• Complément

• 6- Liste du matériel

• 1 microcontrôleur PIC 16F628A (boîtier PDIP)
• 1 quartz 20 MHz (nécessairement, car il règle le taux de transmission de la liaison RS232C)
• 1 circuit intégré MAX233A (interface RS232C <-> TTL/CMOS)
• 1 afficheur LCD alphanumérique
• 1 résistance 10 k
• 1 potentiomètre 2,2k
• 1 condensateur électrochimique de 100 µF
• 1 condensateur électrochimique de 10 µF (découplage du PIC)
• 1 condensateur électrochimique de 1 µF (découplage du MAX233A)
• 4 condensateurs de 100 nF
• 2 condensateurs de 22 pF
• 1 source d'alimentation continue +12 V (ou une pile de 9 V)
• 1 régulateur 7805 (boîtier TO220)
• 1 connecteur SubD 9 broches mâle

 

• 1 câble null-modem (femelle/femelle)
• 1 ordinateur avec port COM

• 7- Code source du PIC 16F628A

Le code source a été écrit en langage assembleur avec l'environnement de développement gratuit MPLAB IDE de Microchip.

• 16F628A : Télécharger le code source en assembleur (.asm)
• 16F628A : Télécharger le code objet (.HEX)

(C) Fabrice Sincère ; Révision 0.9.10