Obsługa wyświetlaczy tekstowych w systemie ISIX RTOS. Zamiennik dla popularnych wyświetlaczy HD44780

Obsługa wyświetlaczy tekstowych w systemie ISIX RTOS. Zamiennik dla popularnych wyświetlaczy HD44780
Pobierz PDF Download icon
W elektronice konsumenckiej prym wiodą kolorowe wyświetlacze graficzne oraz interfejsy dotykowe. Jednak z drugiej strony, w urządzeniach niewymagających kolorowych interfejsów użytkownika w dalszym ciągu chętnie są używane wyświetlacze znakowe z kontrolerem HD44780. W czasach wszechobecnie panujących mikrokontrolerów ARM - zasilanych napięciem 3,3 V lub niższym - stosowanie wyświetlaczy z kontrolerem HD44780 staje się kłopotliwe z uwagi na konieczność zapewnienia dodatkowego napięcia zasilającego. Problematyczne jest również użycie magistrali równoległej, co często powoduje konieczność użycia układu w większej obudowie a zatem droższego. Poszukując innego rozwiązania dla prostych interfejsów użytkownika opartych o interfejs znakowy), znalazłem wyświetlacz LCD podobny wymiarami i zbliżony cenowo do klasycznych wyświetlaczy tekstowych, który doskonale może pełnić rolę zamiennika.

Wyświetlacz LCD-AG-C128032R-DIW W/KK E6 PBF może być zasilany napięciem 3,3 V, a dodatkowo można go sterować za pomocą wybranej magistrali szeregowej, co zmniejsza liczbę połączeń potrzebnych do sterowania wyświetlaczem. Jest to wyświetlacz graficzny o rozdzielczości 128×32 piksele, wyposażony w popularny kontroler UC1601. Wymiarami jest bardzo zbliżony do typowych wyświetlaczy znakowych o rozdzielczości 2×16 znaków. Kontroler umożliwia sterowanie wyświetlaczem za pomocą magistral szeregowych np. SPI czy I²C oraz równoległych np. Intel 8080.

Do sterowania wspomnianym wyświetlaczem powstała biblioteka zgodna z API dla wyświetlaczy tekstowych systemu ISIX-RTOS. Bibliotekę zrealizowano w oparciu o następujące założenia:

  • Zgodność interfejsu z API strumieniowym dla wyświetlaczy tekstowych.
  • Minimalne zużycie pamięci RAM (biblioteka nie używa dodatkowych buforów obrazu i operuje bezpośrednio na pamięci wyświetlacza).
  • Rozszerzenia w stosunku do biblioteki podstawowej np. wyświetlanie ikon.
  • Zgodność programowa z kontrolerem UC1601.
  • Wyświetlanie dodatkowych komponentów np. ikon.
  • Możliwość zmiany czcionki.
  • Możliwość dalszej rozbudowy o dodatkowe typy wyświetlaczy i kontrolerów.

API wyświetlaczy tekstowych w systemie ISIX – biblioteka libfoundation

Obsługa wyświetlaczy znakowych w systemie ISIX jest realizowana przez część biblioteki libfoundation, którą zaprojektowano obiektowo na wzór biblioteki iostream stanowiącej część biblioteki standardowej C++. Dostęp do wyświetlacza obywa się za pomocą przeciążonego operatora << sprawiając naturalne wrażenie wysyłania strumienia danych w kierunku wyświetlacza. Istotną zaletą tego podejścia (w przeciwieństwie do klasycznego interfejsu podobnego do printf()) jest to, że odpowiednie funkcje potrzebne do obsługi danego formatu, np. konwertowanie liczb na wartość tekstową, ustalane są na etapie kompilowania programu. W wypadku klasycznego interfejsu printf() wymagane funkcje konwertujące nie są znane w momencie kompilowania kodu programu, a dopiero ustalane w momencie jego wykonania poprzez wyszukiwanie tagów formatujących %. Użycie tego typu interfejsu powoduje istotny wzrost wielkości kodu wynikowego programu wynikający z konieczności linkowania wszystkich funkcji formatujących (np. całej biblioteki zmiennoprzecinkowej), ponieważ na etapie kompilowania nie są znane tagi formatujące, które mogą być użyte. W wypadku zastosowania interfejsu strumieniowego C++ jedynie faktycznie używane funkcje konwertujące będą wybrane przez kompilator i umieszczone w kodzie programu już podczas kompilowania. Na przykład, jeśli będziemy wyświetlali tylko łańcuchy tekstowe – bez używania liczb – kod odpowiedzialny za konwersję liczb na tekst nie będzie umieszczony w programie.

Z uwagi na to, że wyświetlacze znakowe najczęściej używane będą z mikrokontrolerami mającymi raczej skromne zasoby, stanowi to istotną przewagę interfejsu strumieniowego opartego na przeciążonym operatorze << nad rozwiązaniami klasycznymi znanymi z języka C. Inną istotną zaletą jest większe bezpieczeństwo podczas korzystania ze strumieni, ponieważ eliminujemy możliwość popełnienia pomyłki niewykrywalnej na etapie kompilowania. Kompilator stricte przestrzega i sprawdza zgodność typów podczas wyboru odpowiedniego operatora przeciążonego, co nie jest możliwe do zrealizowania w wypadku, gdy mamy do czynienia z funkcją o dowolnej i nieustalonej liczbie parametrów, taką jak printf. Nietrudno np. wyobrazić sobie, co się stanie, gdy używając printf wpiszemy %s, a zamiast łańcucha tekstowego podamy wartość typu int. Wtedy kompilator nie jest nas w stanie przed niczym ochronić, gdyż używając operatora … rozluźniamy reguły sprawdzania do granic możliwości.

Rysunek 1. Hierarchia klas biblioteki wyświetlaczy tekstowych systemu ISIX

Na rysunku 1 przestawiono hierarchię klas biblioteki obsługi wyświetlaczy tekstowych systemu ISIX. Obsługę wyświetlaczy tekstowych zawarto w bibliotece libfoundation stanowiącej integralną część systemu ISIX. Zawiera ona jedynie algorytmy obsługi wyświetlaczy oraz formatowania tekstu, przez co jest całkowicie niezależna od sprzętu i systemu. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby podsystem obsługi wyświetlaczy znakowych oraz bibliotekę libfoundation zastosować w innych projektach, niezależnie od systemu ISIX. Dostęp do warstwy sprzętowej jest realizowany poprzez oddzielne klasy dostępu do sprzętu uc1601_bus oraz hd44780 display. Nie stanowią one części biblioteki i muszą zostać zaimplementowane oddzielnie, dla danej platformy sprzętowej. Używanie biblioteki jest banalnie proste i sprowadza się do utworzenia obiektu klasy wyświetlacza oraz przesyłanie do niego danych do wyświetlenia za pomocą przeciążonego operatora <<. Opcjonalnie możemy użyć dodatkowych klas – tagów formatujących umożliwiających zmianę sposobu formatowania liczb. Używanie biblioteki jest bardzo łatwe. Najpierw należy utworzyć klasę magistrali, następnie utworzyć klasę wyświetlacza podając w konstruktorze referencję do obiektu magistrali oraz fizyczne rozmiary wyświetlacza.

dev::dispbus_i2c m_disp_bus; //Display bus fnd::lcd::uc1601_display m_lcd {m_disp_bus, 128, 32}; //Disp device

Na początku należy również wybrać czcionkę, ponieważ wyświetlacz UC1601 nie ma wbudowanego generatora znaków i czcionka jest generowana w sposób programowy:
m_lcd.set_font( &res::font_default );

Mając obiekt utworzony w ten sposób możemy odwoływać się do niego wywołując operacje strumieniowe za pomocą przeciążonego operatora <<, na przykład:
m_lcd << pos(0,0) << "Value " << 12 << endl();

W powyższym przykładzie najpierw do wyświetlacza LCD jest kierowany obiekt pos, którego zadaniem jest wysłanie do wyświetlacza rozkazu ustawienia kursora w pozycji x, y=(0,0). Następnie jest przesłany łańcuch tekstowy o treści "value", a po nim liczba 12. Ostatnią czynnością jest przekazanie do wyświetlacza obiektu endl(), co spowoduje wyczyszczenie ekranu począwszy od bieżącej pozycji kursora do końca linii. W wyniku wykonania powyższych instrukcji, w pierwszej linii wyświetlacza zostanie wyświetlony komunikat Value 12.

Podobnie wygląda obsługa wyświetlacza znakowego HD44780 z tą jedyną różnicą, że implementację dostępu do magistrali zrealizowano poprzez dziedziczenie obiektów, zamiast korzystania z dodatkowej klasy pomocniczej, więc w tym wypadku wystarczy stworzyć obiekt klasy hd44780, bez konieczności podawania referencji do obiektu klasy magistrali. Nie trzeba również podawać wielkości wyświetlacza, ponieważ kontroler HD44780 tego nie wymaga.

Oprócz danych wraz ze strumieniem do wyświetlenia – jak zauważyliśmy w przykładzie – są przesyłane tagi formatujące, czyli obiekty klas, które potrafią zmienić sposób formatowania lub wykonać czynności dodatkowe. Obecnie biblioteka ma zaimplementowane następujące tagi formatujące:

  • Klasa lfmt – umożliwiająca dodatkowe formatowanie liczby stałoprzecinkowej. Konstruktor klasy zdefiniowano w następujący sposób: lfmt(unsigned val_, int fmt_, char fmtch_='0', short base_=dec). Jako pierwszy argument jest podawana formatowana liczba, jako drugi argument przyjmowana jest liczba znaków wiodących. Następne argumenty są opcjonalne, kolejno, fmtch_ określa znak formatujący, a zmienna base_ określa format wyświetlania jako dziesiętny (dec) lub szesnastkowy (hex). Zatem możemy albo za pomocą operatora << wyświetlić bezpośrednio liczbę stałoprzecinkową bez formatowania, albo opakować ją w dodatkową klasę formatująca, która zmieni jej sposób wyświetlania.
  • Klasa ffmt służy do formatowania liczb zmiennoprzecinkowych i pełni podobną rolę jak lfmt. Jej konstruktor został zdefiniowany następująco: ffmt( T _val, int _prec ). Pierwszym argumentem jest liczba zmiennoprzecinkowa do sformatowania, natomiast drugim liczba zer wiodących, która będzie wyświetlona.
  • Klasa pos służy do ustawienia kursora wyświetlacza na zadanej pozycji, a jej konstruktor zdefiniowano następująco: pos(int x_, int y_). Argumentami jest pozycja kursora na wyświetlaczu. Te współrzędne zależą od klasy implementującej dany wyświetlacz. W wypadku wyświetlacza HD44780 będą to współrzędne znakowe, np. znak 1 linia 1, jest równoważne wywołaniu pos(1, 1), natomiast w wypadku wyświetlacza graficznego będą to współrzędne graficzne wyrażone w pikselach z uwagi na to, że jest używana czcionka o zmiennej szerokości znaków.
  • Klasa endl jest tagiem formatującym służącym do poinformowania wyświetlacza o chęci wyczyszczenia systeobrazu od aktualnej pozycji kursora do końca linii; jej konstruktor nie przyjmuje żadnych argumentów.

W bibliotece, oprócz operatorów dla klas formatujących, wbudowano następujący zestaw przeciążonych operatorów << dla typów prostych:
template <typename D>
D& operator<<( D &o,const char *str)
template <typename D>
D& operator<<(D &o,unsigned value)
template <typename D>
D& operator<<(D &o,int value)
template <typename D>
D& operator<<(D &o,double value)

Dzięki ich zastosowaniu mamy możliwość wyświetlania na wyświetlaczu wartości typów POD (Plain Old Data). Użytkownik wzorując się na powyższych operatorach może napisać własne wersje operatorów dla innych typów, dzięki czemu możemy np. bezpośrednio przesyłać do wyświetlacza obiekty własnych typów, tak jakbyśmy mieli do czynienia z typami wbudowanymi, np. m_disp << moj_obiekt << endl(). Podstawowe wersje operatorów << zdefiniowano w pliku display_operators. hpp. Przykład implementacji operatora dla typu int wygląda nastepująco:
template <typename D>
D& operator<<(D &o,int value)
{
char buf[12];
fnd::fnd_itoa(buf,value,1,'0');
o << buf;
return o;
}

Jako pierwszy argument jest przyjmowana referencja do obiektu wyświetlacza, natomiast jako kolejny wartość do wyświetlenia – w tym wypadku typu int. Następnie, w implementacji operatora jest wywoływana funkcja fnd_ itoa, której zadaniem jest konwersja liczby stałoprzecinkowej na łańcuch tekstowy. Po skonwertowaniu na wartość tekstową jest wywoływany operator << (const char*), który realizuje wyświetlenie łańcucha tekstowego.

Bazując na kodzie operatorów dla typów POD w prosty sposób możemy utworzyć rodzinę własnych operatorów, które będą pokazywały inne typy danych użytkownika bezpośrednio na wyświetlaczu za pomocą prostego przypisania.

Oprócz obsługi trybu tekstowego, obie klasy tj. hd44780 jak i uc1601, umożliwiają różne niestandardowe operacje (np. wyświetlanie ikon lub ustawienie czcionki), które mogą być zrealizowane bezpośrednio poprzez odwołanie się do odpowiedniej metody obiektu wyświetlacza. Za najistotniejsze metody klasy uc1601_ display możemy uznać:

  • int clear();. Metoda odpowiedzialna za kasowanie wyświetlacza. Nie przyjmuje żadnych argumentów i zwraca kod błędu,
  • int error() const. Funkcja zwracająca kod błędu ostatniej operacji wykonanej na wyświetlaczu.
  • int box( int x1, int y1, int cx, int cy, box_t type = box_t::clear );. Funkcja rysuje prostokąt o wymiarach zaczynających się punkcie x1, y1 o wielkości określonej przez zmienne cx, cy. Opcjonalny argument type określa rodzaj wypełnienia, gdzie: box_t::clear oznacza kolor tła, box_t::fill oznacza kolor wypełnienia, box_t::frame spowoduje pustej ramki z obrysem.
  • int progress_bar(int x1, int y1, int cx, int cy, int value, int max = 100 );. Funkcja wyświetla pasek postępu w formie prostokąta. Jako argumenty x1, y1 przyjmuje punkt początkowy, cx, cy – wielkość paska, value – aktualna wartość (przekłada się na długość "zaczernionego" paska), opcjonalny max – maksymalna wartość zmiennej value. Funkcja zwraca kod błędu.
  • void set_font( const font_t * font );. Funkcja przypisuje bieżącą czcionkę do obiektu wyświetlacza. Od momentu przypisania czcionki wszystkie teksty będą wyświetlane za jej pomocą.
  • int show_icon( int x1, int y1, const icon_t *icon );. Funkcja rysuje ikonę na pozycji x1, y1. Ikona/obrazek jest przekazywana jako argument icon. Funkcja zwraca kod błędu wykonanej operacji.

Klasę uc1601_display napisano w taki sposób, aby ograniczyć użycie pamięci RAM. Operuje bezpośrednio na pamięci danych wyświetlacza. W związku z tym ma ona pewne ograniczenia – wszystkie współrzędne osi pionowej y lub cy muszą być podzielne przez 8. Zatem w osi rzędnych mamy możliwość pozycjonowania napisów i komponentów z dokładnością do 8 pikseli.

Ikona jest reprezentowana poprzez strukturę icon_t pokazaną na listingu 1.

Listing 1. Struktura icon_t
struct icon_t
{
unsigned char pg_width;
unsigned char height;
const unsigned char* data;
};

Pole pg_width zawiera wielkość obrazu wyrażoną w 8-pikselowych kolumnach. Co oczywiste, dla wielkości 32 będzie to wartość 4. Pole height zawiera szerokość obrazu w pikselach, natomiast pole data jest wskaźnikiem do bitmapy w reprezentacji zgodnej z organizacją pamięci wyświetlacza.

Kontroler UC1601 nie posiada wbudowanego generatora znaków z tego powodu litery muszą być przygotowane w sposób programowy. Wada ta jest również zaletą, ponieważ, dzięki temu istnieje możliwość przygotowania ładnie wyglądającej czcionki o zmiennej szerokości znaków. Struktura definiująca czcionke zdefiniowana jest następująco:

Pole height zawiera wysokość czcionki. Pole first_char zawiera pierwszy kod znaku występującego w czcionce. Wewnętrzna struktura chr_desc_t zawiera wskażnik do tablicy opisującej kod znaku i indeks mapy bitowej gdzie umieszczony jest dany znak. Natomiast pole bmp zawiera samą mapę bitową definującą znaki.

Przygotowanie odpowiedniej bitmapy jest kłopotliwe dlatego najlepiej do tego celu wykorzystać będzie gotowy program. Doskonale do tego celu nadaje się darmowy "The Dot Factory", który na podstawie czcionek systemowych, oraz plików BMP potrafiwygenerować odpowiednie struktury oraz dane, zawierające opis czcionek oraz bitmap. Program jest bardzo elastyczny i umożliwia wygenerowanie map bitowych w dowolnym układzie w zależności od organizacji pamięci wyświetlacza Zrzut ekranu okna konfiguracji odpowiednią dla naszego wyświetlacza typu UC1601 przedstawiono na rysunku (n).

Przykład praktyczny. Wyświetlacz LCD-AGC128032R- DIW W/KK E6 oraz mikrokontroler STM32F100R6T6B

Po zapoznaniu się z interfejsem biblioteki zaprezentujemy w jaki sposób podłaczyć wyświetlacz LCD- -AG-C128032R-DIW W/KK E6 do mikrokontrolera STM32F100R6T6B, tak aby sprawdzić jej działanie w praktyce.

Wyświetlacz został wykonany w technologi COG, dzięki czemu charakteryzuje się niską ceną, oraz ma rozdzielczość 128×32 piksele. Wymiarami przypomina klasyczny wyświetlacz znakowy 2×16. Jego najistotniejszą zaletą jest zasilanie napięciem 3,3 V co odpowiada standardowi zasilania współczesnych mikrokontrolerów, zatem odpada problem z dopasowywaniem poziomów logicznych, oraz dostarczeniem odrębnego napięcia do zasilania wyświetlacza.

Sposób dołączenia wyświetlacza do mikrokontrolera

Wyświetlacze z kontrolerem UC1601, mogą być dołączone do systemu zarówno za pomocą magistrali równoległej jak i magistral szeregowych takich jak I²C czy SPI. Z uwagi na stosunkowo niewielką ilość przesyłanych danych pod rozwagę bierzemy jedynie interfejsy szeregowe. W ostatecznym rozważaniu zdecydowano się na sterowanie za pomocą magistrali I²C z uwagi na najmniejszą liczbę wyprowadzeń. Co prawda w stanardowym wykonaniu magistrala pracuje z jedynie częstotliwością 100 kHz, a w wersji przyspieszonej 400 kHz, jednak producent kontrolera uc1601 deklaruje że wyświetlacz potrafi obsłużyć magistralę I²C dla prędkości ponad 3 MHz. Biorąc pod uwagę wymaganą do przesłania ilość danych prędkość ta jest zadowalająca. Wyświetlacz do prawidłowego działania potrzebuje jedynie połączenia mikrokontrolera za pomocą dwóch przewodów SDA i SCL. Sposób dołaczenia wyświetlacza do mikrokontrolera STM32F100 przedstawiono na rysunku 2.

Rysunek 2. Dołączenie wyświetlacza za pomocą I²C

Z uwagi na możliwość pracy równoległej, oraz możliwość konfiguracji różnych trybów pracy wyświetlacz posiada stosunkowo dużo wyprowadzeń. Niemniej jednak mają one stosunkowo duży rozstaw i większość połączeń wykonana jest w pobliżu wyświetlacza. Po podłączeniu wszelkich linii konfiguracyjnych do odpowiednich linii zasilania wyświetlacz sterowany jest jedynie za pośrednictwem dwóch linii SDA, SCL. Do prawidłowego działania konieczne jest dołączenie zestawu kondensatorów C1-C4, które potrzebne są dla pompy ładunkowej przetwornicy wewnętrznej. Oprócz kondensatorów konieczne jest dołączenie niektórych portów wyświetlacza do odpowiednich linii zasilania, tak aby skonfigurować wyświetlacz do pracy z wybraną magistralą. Aby kontroler UC1601 pracował w trybie magistrali I²C konieczne jest wykonanie następującej konfiguracji wyprowadzeń wyświetlacza: DB[7:6]=11b CD=0 WR[1:0]=00b :CS[1:0]=00b BM[1:0]=10b. Linie danych SDA i SCL stanowią odpowiednio wyprowadzenia DB3 oraz DB0 wyświetlacza, które dołączone są do portów PB7 i PB6 mikrokontrolera. Porty PB6, PB7 stanowią wyprowadzenia sprzętowego kontrolera magistrali I²C1. Do linii SDA oraz SCL podłączono również rezystory podciągające je do dodatniej szyny zasilania zgodnie ze specyfikacją magistrali. Z uwagi na to że wyświetlacz jest typu FSTN do prawidłowej pracy konieczne jest dołączenie podświetlania. Podświetlanie wyświetlacza stanowi biała dioda LED, która do prawidłowego działania wymaga zasilenia jej prądem o natężeniu około 10-15 mA. W przedstawionym układzie zasilenie podświetlania wykonywane jest bezpośrednio z napięcia zasilającego układu +12 V oraz resystor R1. Dodatkowy tranzystor T1 umożliwia odłączenie wyświetlacza, w przypadku programowej obsługi wyłączania urządzenia, lub umożliwia sterownie intensywnością podświetlania za pomocą sygnału PWM. Zasilanie kontrolera wyswietlacza o wartości 3.3 V jest wspólne dla całego systemu mikroprocesorowego. Kontroler wyświetlacza zadowala się prądem o natężeniu ~300 μA, zatem jeśli planujemy wykorzystanie wyświetlacza w układach energoosczędnych możemy użyć wersji PSTN, i zrezygnować z podświetlania. Schemat części procesorowej z mikrokontrolerem STM32F100 stanowi klasyczną notę aplikacyjną układu, wraz z wyprowadzonym interfejsem JTAG do wygodnego programowania i debugowania pokazano na rysunku 3. Zaprezentowany przykład po drobnych modyfikacjach będziemy mogli również uruchomić bez problemu na innych mikrokontrolerach rodziny STM32, jedynym wymaganym urzadzeniem peryferyjnym jest sprzętowy sterownik I²C1, w który wyposażony jest chyba prawie każdy układ rodziny stm32.

Przykład praktyczny

Na bazie powyższej platformy sprzętowej przygotowano prosty przykład demonstrujący możliwości biblioteki oraz wyświetlacza. Kod został napisany w języku C++ (kompilator gcc) i jest zgodny z zatwierdzonym nowym standardem języka ISO/IEC 14882:2011 Główny kod programu realizowany jest przez klasę application. Obiekt app klasy application tworzony jest jako statyczny bezpośrednio w funkcji main, a następnie wywoływana jest metoda process() realizująca główną część programu. Kod klasy demonstrującej możliwości biblioteki przedstawiono na listingu (n)
namespace app {
class application {
static constexpr auto BLPORT = GPIOA;
static constexpr auto BLPWM = 1;
public:
//Constructor application() {
//Enable backlight pin stm32::gpio_abstract_ config( BLPORT, BLPWM, stm32::AGPIO_MODE_ OUTPUT_PP, stm32::AGPIO_SPEED_HALF );
stm32::gpio_set( BLPORT, BLPWM );
m_lcd.set_font( &res::font_default );
}
//The main application processs void process() {
//Namespace used in method using namespace fnd::lcd; using namespace dev; constexpr auto C_about_ timeout = 5000;
//Show icon m_lcd.show_icon(0, 0, &res::boff_logo_img); // [2]
tim::timer_wait( C_about_ timeout );
m_lcd.clear();
//Display integer
m_lcd << pos(0,0) << "Int " << tim::read_tick() << endl(); //[3]
//Display float
static constexpr auto float_val = 1.23f;
m_lcd << pos(0,16) << "Float val " << float_val << endl() ; //[4]
tim::timer_wait( C_about_ timeout );
//Display progress bar using direct interface
//and update it every 50ms period per 10%
m_lcd.clear();
static constexpr auto progress_x = 18;
static constexpr auto progress_cx = 128 - progress_x - 2;
static constexpr auto progress_y = 16;
static constexpr auto progress_cy = 16;
static constexpr auto percent_tout = 50; //[5]
for(auto percent=0;
percent<=100; ++percent) {
m_lcd.progress_bar( progress_x, progress_y, progress_cx, progress_cy, percent );
tim::timer_wait( percent_tout );
}
}
private: dev::dispbus_i2c m_disp_bus;
//Display bus
fnd::lcd::uc1601_display m_ lcd {m_disp_bus, 128, 32}; //Disp device
};
}

Klasa application zawiera jako składowe prywatne dwie klasy: Klasę magistrali dev::dispbus_i2c m_disp_bus dziedziczącą po klasie interfejsu uc1601_bus która jest odpowiedzialna za fizyczną komunikację z wyświetlaczem za pomocą magistrali I²C, oraz uc1601 display która realizuje algorytmy ogólne związane z obsługą kontrolera. Zmiana interfejsu sterowania wyświetlaczem możliwa jest poprzez zdefiniowanie innej klasy kontrolera np. komunikującego się z wyświetlaczem za pomocą magistrali SPI bez konieczności zmiany i rekompilacji kodu klasy uc1601_display. Obiekt klasy wyswietlacza m_lcd w konstruktorze przyjmuje referencję do obiektu magistrali m_disp_bus oraz dwie dodatkowe zmienne całkowitoliczbowe, które reprezentują fizyczne rozmiary wyświetlacza wyrażone w pikselach. W konstruktorze klasy application::application() konfigurowana jest linia podświetlania w kierunku wyjścia, a następnie jest ustawiana w stan wysoki, co powoduje załączenie podświetlania. Następnie za pomocą metody set_font obiektu m_lcd ustawiana jest czcionka podstawowa używana w trybie znakowym. Główny kod programu realizowany jest przez metodę process() wywołaną z funkcji main(). Na początku w celu skrócenia zapisu definiowane są wykorzystywane w metodzie przestrzenie nazw. Następnie w [2] wyświetlane jest przykładowe logo, po czym po około 5 sekundach w [3] za pomocą wspomnianych wcześniej operatorów << reprezentujących strumienie wyświetlany jest łańcuch tekstowy przedstawiający liczbe milisekund jaka mineła od włącznia zasilania urządzenia. Liczba ta jest typu unsigned int , a więc zostanie wywołany przeciążony operator dla liczb stałoprzecinkowych bez znaku. Nastepnie w drugiej linii ([4]) celem przetestowania działania operatora przeciążonego dla liczb zmiennoprzecinkowych wykonane jest wyświetlenie przykładowej zmiennej typu float. Po odczekaniu ponownie około 5 sekund [5] wywoływany jest fragment demonstrujący działanie paska postępu. Jest to prosta pętla for, która zwiększa wartość zmennej w zakresie 0...100. Wewnątrz pętli za pomocą metody klasy uc1601_display w dolnej linii wyświetlany jest pasek postępu, dodawane jest krótkie opóżnienie (50ms), tak byśmy mogli zauważyć na ekranie zwiększanie się paska postępu.

Po wypełnieniu paska postępu do 100% program kończy działanie.

Klasa obsługi dostepu do wyświetlacza za pomocą magistrali I²C dispbus_i2c została zrealizowana za pomocą sprzętowego kontrolera I²C1 który został zmuszony do pracy z prędkościa około 2 MHz pomimo iż producent deklaruje pracę jedynie w trybie fast (400 kHz) W klasie wykorzystano wszystkie walory sprzętowego kontrolera włącznie z transmisją DMA oraz wykorzystaniem systemu przerwań. Sczegóły implementacyjne wykraczają poza łamy niniejszego artykułu a zainteresowani mogą prześledzić jej kod w dołączonym przykładzie.

Implementując własną klasę obsługi magistrali np. SPI należy odziedziczyć interejs z klasy bazowej uc1601bus oraz zaimplementować we własnym zakresie nastepujące metody wirtualne:
virtual int data_wr( const uint8_t *buffer, size_t len ) = 0;

Metoda zapisuje dane przekazane jako parametr buffer o rozmiarze len do pamięci danych wyświetlacza. Zwracając 0 w przypadku powodzenia lub inną wartość w przypadku błędu
virtual int data_rd( uint8_t *buffer, size_t len ) = 0;

Metoda odczytuje dane z pamięci wyświetlacza o rozmiarze określonym jako parametr len i zapisuje je pod adresem przekazanym w argumencie buffer. Zwraca 0 w przypadku powodzenia lub inną wartość w przypadku błędu.
virtual void mdelay( unsigned timeout ) = 0;

Funkcja opóżnienia, która odczekuje zadaną liczbę milisekund określoną przez argument timeout
virtual int command_( int cmd1, int cmd2 ) = 0;

Funkcja przesyła komedę do wyświetlacza przekazaną jako argument cmd1 oraz opcjonalnie w przypadku komendy dwubajtowej drugi bajt komendy z argumentu cmd2. W przypadku komendy 1 bajtowej parametr cmd2 przyjmuje wartość CMD_EMPTY.

Zakończenie

Opisana biblioteka zapewnia dużą elastyczność konfiguracji, oraz możliwość dostosowania do obsługi dowolnego wyświetlacza znakowego. Dzięki mechanizmowi przeciążania operatorów funkcje konwertujące wykrywane są już na etapie kompilacji, a nie w czasie wykonania programu. Pozwala to zaosczędzić dużą ilość pamięci FLASH i RAM w porównaniu do klasycznej implementacji a-la printf(). Pomimo iż biblioteka wydaje się stosunkowo skomplikowana w praktyce jej użycie jest bardzo proste i sprowadza się napisania kilkunastu linii kodu. Wspomniane wcześniej mechanizmy dedukcji typów i wywołania przeciążonych operatorów przekładając się na bardzo efektywny kod maszynowy. Pomimo iż biblioteka formalnie stanowi część systemu ISIXRTOS, nie zawiera ona odwołań do funkcji systemowych ISIXA, dzięki czemu może być wykorzystana niezależnie.

Listing 2. Struktura definiująca czcionkę
struct font_t
{
unsigned char height;
char first_char;
char last_char;
unsigned char spc_width;
struct chr_desc_t
{
unsigned char width;
unsigned short offset;
} const *chr_desc;
const unsigned char *bmp;
};

Lucjan Bryndza, EP
SQ5FGB

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
styczeń 2014
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik lipiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje czerwiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna lipiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów