LCD Display mit ATmega16

Hallo, endlich kommt mal wieder was ;)

Abb.1: Mein 2x16 LCD Display.

Ich habe vor ca. einem Monat ( ~ Mitte Oktober ) ein 2x16 LCD Display geschenkt bekommen ( siehe Abb.1 ). Nun wollte ich natürlich unbedingt das Teil auch ausprobieren. Allerdings hatte ich so meine Startschwierigkeiten, weswegen ich es erst vor wenigen Tagen geschafft habe.


Problem:
 

Die Anschlussbelegung ( s. Abb.2 ):
Es gibt viele Tutorials, in denen gezeigt wird, wie man so ein LCD Display mit einem Standart Controller anschließt und auch ansteuert. Manche Tutorials sind allerdings unverständlich und auch manchmal falsch, was bei der Anschlussbelegung ( also wie man die 16 Pins des Displays anschließt ) zur Folge hat, dass nichts funktioniert.
Im AVR-GCC Tutorial von mikrocontroller.net habe ich allerdings ein gutes und funktionierendes Tutorial mit Code gefunden. Zum Tutorial

Anschlussbelegung bei einem LCD Display mit dem HD44780-Controller:

Abb.2: Belegung der Pins.

Abb.3: So sieht das ganze verkabelt aus.

Pin #-LCD	Bezeichnung-LCD	Pin-µC
1	Vss	GND
2	Vcc	VCC
3	Vee	mit 330 OHM Wiederstand an GND
4	RS	PD4
5	RW	GND
6	E	PD5
7	DB0	offen (unbenutzt)
8	DB1
9	DB2
10	DB3
11	DB4	PD0 am AVR
12	DB5	PD1 am AVR
13	DB6	PD2 am AVR
14	DB7	PD3 am AVR
15	LED - Beleuchtung: -	VCC
16	LED - Beleuchtung: +	PB7

Abb.4: Mit Pollin-Board von oben.

Programmieren mit C:

Zum Programmieren habe ich die Headerdatei lcd-routines.h, sowie die lcd-routines.c Datei vom Tutorial genommen, da diese gut funktioniert und einfach zu benutzen ist. Danach musste ich die .c Datei noch compilieren, aber das geht mit ProgrammersNotepad2 ( aus WIN-AVR Paket ) ja ganz schnell.

Nach anfänglichen Schwierigkeiten auch auf Seiten des Programmtextes gibts hier nun den fertigen Code.

Abb.5: Steckbrett mit LCD-Display.

//
//    Anpassungen im makefile:
//    lcd-routines.c in SRC = ... Zeile ANHÄNGEN
//
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "lcd-routines.h"

int main(void)
{
    DDRB |= 1 << PORTB7;
  // Initialisierung des LCD
  // Nach der Initialisierung müssen auf dem LCD vorhandene schwarze Balken
  // verschwunden sein
  lcd_init();

  lcd_setcursor( 0, 1 );
  lcd_string("Hallo Welt!");
  lcd_setcursor( 0, 2 );
  lcd_string("me-and-my-mc");

  PORTD ^= 1 << PORTD7;
  int i = 0;
  while(1)
  {
  PORTD ^= 1 << PORTD7;
  _delay_us(i);
  }

  return 0;
}

// Ansteuerung eines HD44780 kompatiblen LCD im 4-Bit-Interfacemodus
// http://www.mikrocontroller.net/articles/HD44780
// http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial/LCD-Ansteuerung
//
// Die Pinbelegung ist über defines in lcd-routines.h einstellbar

#include <avr/io.h>
#include "lcd-routines.h"
#include <util/delay.h>

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Erzeugt einen Enable-Puls
static void lcd_enable( void )
{
    LCD_PORT |= (1<<LCD_EN);     // Enable auf 1 setzen
    _delay_us( LCD_ENABLE_US );  // kurze Pause
    LCD_PORT &= ~(1<<LCD_EN);    // Enable auf 0 setzen
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Sendet eine 4-bit Ausgabeoperation an das LCD
static void lcd_out( uint8_t data )
{
    data &= 0xF0;                       // obere 4 Bit maskieren

    LCD_PORT &= ~(0xF0>>(4-LCD_DB));    // Maske löschen
    LCD_PORT |= (data>>(4-LCD_DB));     // Bits setzen
    lcd_enable();
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Initialisierung: muss ganz am Anfang des Programms aufgerufen werden.
void lcd_init( void )
{
    // verwendete Pins auf Ausgang schalten
    uint8_t pins = (0x0F << LCD_DB) |           // 4 Datenleitungen
                   (1<<LCD_RS) |                // R/S Leitung
                   (1<<LCD_EN);                 // Enable Leitung
    LCD_DDR |= pins;

    // initial alle Ausgänge auf Null
    LCD_PORT &= ~pins;

    // warten auf die Bereitschaft des LCD
    _delay_ms( LCD_BOOTUP_MS );
   
    // Soft-Reset muss 3mal hintereinander gesendet werden zur Initialisierung
    lcd_out( LCD_SOFT_RESET );
    _delay_ms( LCD_SOFT_RESET_MS1 );

    lcd_enable();
    _delay_ms( LCD_SOFT_RESET_MS2 );

    lcd_enable();
    _delay_ms( LCD_SOFT_RESET_MS3 );

    // 4-bit Modus aktivieren
    lcd_out( LCD_SET_FUNCTION |
             LCD_FUNCTION_4BIT );
    _delay_ms( LCD_SET_4BITMODE_MS );

    // 4-bit Modus / 2 Zeilen / 5x7
    lcd_command( LCD_SET_FUNCTION |
                 LCD_FUNCTION_4BIT |
                 LCD_FUNCTION_2LINE |
                 LCD_FUNCTION_5X7 );

    // Display ein / Cursor aus / Blinken aus
    lcd_command( LCD_SET_DISPLAY |
                 LCD_DISPLAY_ON |
                 LCD_CURSOR_OFF |
                 LCD_BLINKING_OFF);

    // Cursor inkrement / kein Scrollen
    lcd_command( LCD_SET_ENTRY |
                 LCD_ENTRY_INCREASE |
                 LCD_ENTRY_NOSHIFT );

    lcd_clear();
}
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Sendet ein Datenbyte an das LCD
void lcd_data( uint8_t data )
{
    LCD_PORT |= (1<<LCD_RS);    // RS auf 1 setzen

    lcd_out( data );            // zuerst die oberen,
    lcd_out( data<<4 );         // dann die unteren 4 Bit senden

    _delay_us( LCD_WRITEDATA_US );
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Sendet einen Befehl an das LCD
void lcd_command( uint8_t data )
{
    LCD_PORT &= ~(1<<LCD_RS);    // RS auf 0 setzen

    lcd_out( data );             // zuerst die oberen,
    lcd_out( data<<4 );           // dann die unteren 4 Bit senden

    _delay_us( LCD_COMMAND_US );
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Sendet den Befehl zur Löschung des Displays
void lcd_clear( void )
{
    lcd_command( LCD_CLEAR_DISPLAY );
    _delay_ms( LCD_CLEAR_DISPLAY_MS );
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Sendet den Befehl: Cursor Home
void lcd_home( void )
{
    lcd_command( LCD_CURSOR_HOME );
    _delay_ms( LCD_CURSOR_HOME_MS );
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Setzt den Cursor in Spalte x (0..15) Zeile y (1..4)

void lcd_setcursor( uint8_t x, uint8_t y )
{
    uint8_t data;

    switch (y)
    {
        case 1:    // 1. Zeile
            data = LCD_SET_DDADR + LCD_DDADR_LINE1 + x;
            break;

        case 2:    // 2. Zeile
            data = LCD_SET_DDADR + LCD_DDADR_LINE2 + x;
            break;

        case 3:    // 3. Zeile
            data = LCD_SET_DDADR + LCD_DDADR_LINE3 + x;
            break;

        case 4:    // 4. Zeile
            data = LCD_SET_DDADR + LCD_DDADR_LINE4 + x;
            break;

        default:
            return;                                   // für den Fall einer falschen Zeile
    }

    lcd_command( data );
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Schreibt einen String auf das LCD

void lcd_string( const char *data )
{
    while( *data != '\0' )
        lcd_data( *data++ );
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Schreibt ein Zeichen in den Character Generator RAM

void lcd_generatechar( uint8_t code, const uint8_t *data )
{
    // Startposition des Zeichens einstellen
    lcd_command( LCD_SET_CGADR | (code<<3) );

    // Bitmuster übertragen
    for ( uint8_t i=0; i<8; i++ )
    {
        lcd_data( data[i] );
    }
}

// Ansteuerung eines HD44780 kompatiblen LCD im 4-Bit-Interfacemodus
// http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial/LCD-Ansteuerung
//

#ifndef LCD_ROUTINES_H
#define LCD_ROUTINES_H

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Hier die verwendete Taktfrequenz in Hz eintragen, wichtig!

#ifndef F_CPU
#define F_CPU 3686400
#endif

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Pinbelegung für das LCD, an verwendete Pins anpassen
// Alle LCD Pins müssen an einem Port angeschlossen sein und die 4
// Datenleitungen müssen auf aufeinanderfolgenden Pins liegen

//  LCD DB4-DB7 <-->  PORTD Bit PD0-PD3
#define LCD_PORT      PORTD
#define LCD_DDR       DDRD
#define LCD_DB        PD0

//  LCD RS      <-->  PORTD Bit PD4     (RS: 1=Data, 0=Command)
#define LCD_RS        PD4

//  LCD EN      <-->  PORTD Bit PD5     (EN: 1-Impuls für Daten)
#define LCD_EN        PD5

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// LCD Ausführungszeiten (MS=Millisekunden, US=Mikrosekunden)

#define LCD_BOOTUP_MS           15
#define LCD_ENABLE_US           20
#define LCD_WRITEDATA_US        46
#define LCD_COMMAND_US          42

#define LCD_SOFT_RESET_MS1      5
#define LCD_SOFT_RESET_MS2      1
#define LCD_SOFT_RESET_MS3      1
#define LCD_SET_4BITMODE_MS     5

#define LCD_CLEAR_DISPLAY_MS    2
#define LCD_CURSOR_HOME_MS      2

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Zeilendefinitionen des verwendeten LCD
// Die Einträge hier sollten für ein LCD mit einer Zeilenlänge von 16 Zeichen passen
// Bei anderen Zeilenlängen müssen diese Einträge angepasst werden

#define LCD_DDADR_LINE1         0x00
#define LCD_DDADR_LINE2         0x40
#define LCD_DDADR_LINE3         0x10
#define LCD_DDADR_LINE4         0x50

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Initialisierung: muss ganz am Anfang des Programms aufgerufen werden.
void lcd_init( void );

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// LCD löschen
void lcd_clear( void );

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Cursor in die 1. Zeile, 0-te Spalte
void lcd_home( void );

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Cursor an eine beliebige Position
void lcd_setcursor( uint8_t spalte, uint8_t zeile );

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Ausgabe eines einzelnen Zeichens an der aktuellen Cursorposition
void lcd_data( uint8_t data );

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Ausgabe eines Strings an der aktuellen Cursorposition
void lcd_string( const char *data );

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Definition eines benutzerdefinierten Sonderzeichens.
// data muss auf ein Array[8] mit den Zeilencodes des zu definierenden Zeichens
// zeigen
void lcd_generatechar( uint8_t code, const uint8_t *data );

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Ausgabe eines Kommandos an das LCD.
void lcd_command( uint8_t data );


////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// LCD Befehle und Argumente.
// Zur Verwendung in lcd_command

// Clear Display -------------- 0b00000001
#define LCD_CLEAR_DISPLAY       0x01

// Cursor Home ---------------- 0b0000001x
#define LCD_CURSOR_HOME         0x02

// Set Entry Mode ------------- 0b000001xx
#define LCD_SET_ENTRY           0x04

#define LCD_ENTRY_DECREASE      0x00
#define LCD_ENTRY_INCREASE      0x02
#define LCD_ENTRY_NOSHIFT       0x00
#define LCD_ENTRY_SHIFT         0x01

// Set Display ---------------- 0b00001xxx
#define LCD_SET_DISPLAY         0x08

#define LCD_DISPLAY_OFF         0x00
#define LCD_DISPLAY_ON          0x04
#define LCD_CURSOR_OFF          0x00
#define LCD_CURSOR_ON           0x02
#define LCD_BLINKING_OFF        0x00
#define LCD_BLINKING_ON         0x01

// Set Shift ------------------ 0b0001xxxx
#define LCD_SET_SHIFT           0x10

#define LCD_CURSOR_MOVE         0x00
#define LCD_DISPLAY_SHIFT       0x08
#define LCD_SHIFT_LEFT          0x00
#define LCD_SHIFT_RIGHT         0x04

// Set Function --------------- 0b001xxxxx
#define LCD_SET_FUNCTION        0x20

#define LCD_FUNCTION_4BIT       0x00
#define LCD_FUNCTION_8BIT       0x10
#define LCD_FUNCTION_1LINE      0x00
#define LCD_FUNCTION_2LINE      0x08
#define LCD_FUNCTION_5X7        0x00
#define LCD_FUNCTION_5X10       0x04

#define LCD_SOFT_RESET          0x30

// Set CG RAM Address --------- 0b01xxxxxx  (Character Generator RAM)
#define LCD_SET_CGADR           0x40

#define LCD_GC_CHAR0            0
#define LCD_GC_CHAR1            1
#define LCD_GC_CHAR2            2
#define LCD_GC_CHAR3            3
#define LCD_GC_CHAR4            4
#define LCD_GC_CHAR5            5
#define LCD_GC_CHAR6            6
#define LCD_GC_CHAR7            7

// Set DD RAM Address --------- 0b1xxxxxxx  (Display Data RAM)
#define LCD_SET_DDADR           0x80

#endif

Download als .zip
( Die Makefile-Datei muss natürlich an den Mikrocontroller, den ihr habd angepasst werden. UND die lcd-routines.c muss eingetragen werden -> s.u. )


LCD-Routines.c in Makefile eintragen:

1.) Makefile mit MFile o.ä. öffnen.
1.1) Wenn ihr MFile nutzt: Unter dem Menüpunkt "Makefile" den Punkt "Enable Editing of Makefile" aktivieren.
2.) Unter SRC = ... folgenes ändern:
Normal steht dort:  SRC = $(TARGET).c
Ihr Schreibt hin:     SRC = $(TARGET).c lcd-routines.c
3.) Speichern und fertig


Das wars auch schon wieder. Ich hoffe ich konnte euch ein paar Interessante Dinge zeigen und/oder euch beibringen. Ich werde gucken, was ich dem nächst mache. Schriebt doch mal in die Kommentare, was ihr gerne wissen wollt, oder interessant fändet. Ich freue mich für alle möglichen Antworten ;)

Download Code als .zip

mfg
Hauke