Wyświetlacz segmentowy LCD z interfejsem I²C na bazie układu PCF8577C

Wyświetlacz segmentowy LCD z interfejsem I²C na bazie układu PCF8577C

Minimoduł ze sterownikiem wyświetlacza segmentowego LCD sterowany poprzez magistralę I²C będzie przydatny tam, gdzie zależy nam na wyświetleniu niewielkiej ilości informacji przy maksymalnym ograniczeniu poboru mocy, a zastosowany procesor nie ma wbudowanego kontrolera LCD. Moduł może współpracować z różnymi płytkami uruchomieniowymi, takimi jak RPi Pico, STM32, Arduino i nie tylko…

Podstawowe parametry:
  • sterowany poprzez magistralę I²C,
  • współpracuje z wyświetlaczem DE127RS20, który umożliwia wyświetlenie czterech cyfr siedmiosegmentowych o wysokości 8,9 mm wraz z przecinkami,
  • opracowany dodatkowy adapter umożliwiający zastosowanie wyświetlaczy zgodnych wyprowadzeniami z cyframi o większej wysokości np.: DE119 (12,7 mm), DE120 (17,78 mm), DE158 (25,4 mm),
  • pobór prądu modułu, w którym wysterowano wszystkie segmenty, wynosił mniej niż 10 μA w przypadku wyświetlacza DE127 (8,9 mm) i mniej niż 35 μA w przypadku DE158 (25,4 mm).

Nie zawsze komunikacja z użytkownikiem musi bazować na dużych wyświetlaczach TFT, w wielu przypadkach sprawdzi się zwykły wyświetlacz siedmiosegmentowy. Cechuje się on jednak sporym poborem mocy. Gdy zależy nam na oszczędnym gospodarowaniu energią, warto przemyśleć zastosowanie znakowego wyświetlacza LCD.

Wybór mikrokontrolerów z wbudowanym interfejsem LCD jest ograniczony. Interfejs zajmuje sporą liczbę wyprowadzeń, a nie zawsze chcemy rezygnować z własnych preferencji co do wyboru mikrokontrolera. Wtedy z pomocą przychodzą zewnętrzne układy driverów LCD, takie jak zastosowany w module PCF8577C, którego strukturę wewnętrzną pokazano na rysunku 1. Zawiera on driver wyświetlacza LCD pracujący w trybie sterowania bezpośredniego 32 segmentami oraz w trybie multiplex 1:2 do 64 segmentami. Dodatkowo zawiera generator taktujący RC, osiem rejestrów ośmiobitowych (dwa banki 2×4 rejestry) przechowujących kształt wyświetlanego znaku oraz kontroler interfejsu I²C.

Rysunek 1. Budowa wewnętrzna układu PCF8577C (za notą NXP)

Budowa i działanie

Schemat układu został pokazany na rysunku 2. Oscylator układu U1 jest konfigurowany elementami R1 i C1, magistrala I²C doprowadzona jest do złączy I²Cx zgodnych z standardem Grove, QWIIC i na złącze szpilkowe, co ułatwia podłączenie do popularnych płytek uruchomieniowych. Układ wymaga zasilania 3...5 V.

Rysunek 2. Schemat ideowy układu

Do wyprowadzeń S1...S32 podłączone są bezpośrednio segmenty wyświetlacza LCD. Model współpracuje z wyświetlaczem DE127RS20, który umożliwia wyświetlenie czterech cyfr siedmiosegmentowych o wysokości 8,9 mm wraz z przecinkami i dwukropkiem zegarowym. Do płytki opracowany został adapter umożliwiający zastosowanie wyświetlaczy zgodnych wyprowadzeniami z cyframi o większej wysokości np.: DE119 (12,7 mm), DE120 (17,78 mm), DE158 (25,4 mm). Przypisanie segmentów pokazano w tabeli 1. Dla ułatwienia oprogramowania segmenty cyfr przypisane są identycznie w kolejności A...G, różnica występuje jedynie w przypadku przecinków i dwukropka, który przypisany jest do cyfry jednostek.

Montaż i uruchomienie

Układ zmontowany jest na niewielkiej dwustronnej płytce drukowanej, której schemat został pokazany na rysunku 3. Montaż jest typowy i nie wymaga opisu. Podczas montażu należy zadbać o zachowanie standardów ESD, gdyż układ PCF i wyświetlacz może zostać uszkodzony ładunkami statycznymi.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB modułu

Do połączenia z wyświetlaczem w zależności od upodobań można użyć listwy i gniazda precyzyjnego SIP, wtedy możliwe jest łatwe rozłączenie i wymiana współpracującego wyświetlacza. W modelu wyświetlacz jest wlutowany na stałe.

W przypadku użycia wyświetlaczy o wyższej cyfrze konieczne jest użycie płytki adaptera, której schemat został pokazany na rysunku 4. W przypadku adaptera od strony druku lutujemy listwę kołkową łączącą adapter bezpośrednio z płytką główną, od strony elementów lutujemy parę złączy kielichowych w rozstawie zgodnym z użytym wyświetlaczem. Oczywiście wyświetlacz może zostać wlutowany bezpośrednio w płytkę adaptera.

Rysunek 4. Schemat płytki PCB adaptera

Moduł LCD nie wymaga uruchamiania. Dla sprawdzenia moduł można podłączyć do Raspberry Pi. Adres bazowy określony jest na 0x3A, co można sprawdzić poleceniem:

i2cdetect -y 1

Wynik działania polecenia pokazano na rysunku 5.

Rysunek 5. Detekcja układu PCF8577C na magistrali I²C

Sterowanie wyświetlaczem odbywa się poprzez rejestry układu PCF, mapa rejestrów znajduje się na rysunku 6. W rejestrze kontrolnym ustawiamy bit7=0, wybierając statyczny tryb wyświetlania, bit6=0, wybierając bank rejestrów A, bity 5...3 odpowiedzialne za subadres ustawiamy na 0. Bity V 2...0 służą do adresowania rejestru segmentów w bankach. Bank A dostępny jest pod adresami 0x00, 0x02, 0x04, 0x06. Zapisując kształty znaku w rejestrach wybranego banku (A), sterujemy świeceniem segmentów LCD.

Rysunek 6. Mapa rejestrów PCF8577C (za notą NXP)
Rysunek 7. Sekwencja zapisu poprzez interfejs I²C

Zapis poprzez magistralę odbywa się zgodnie z sekwencją z rysunku 5. Przykładowa sekwencja zapisu wyświetlająca wszystkie segmenty LCD wygląda tak:

i2cset -y 1 0x3a 0x00 0xFF
i2cset -y 1 0x3a 0x02 0xFF
i2cset -y 1 0x3a 0x04 0xFF
i2cset -y 1 0x3a 0x06 0xFF

Efekt jej działania widać na fotografii tytułowej.

Podczas testów pobór prądu modułu zasilanego napięciem 3,3 V, w którym wysterowano wszystkie segmenty, wynosił mniej niż 10 μA w przypadku wyświetlacza DE127 (8,9 mm) i mniej niż 35 μA w przypadku DE158 (25,4 mm), co pozwala zasilać wyświetlacz z niewielkiej baterii przez długi czas... Jeżeli wszystko działa poprawnie, można moduł zastosować we własnej aplikacji - powodzenia.

Adam Tatuś, EP

Wykaz elementów:
Rezystory: (SMD0603)
  • R1: 1 MΩ 1%
  • R2, R3: 10 kΩ
Kondensatory: (SMD0603)
  • C1: 680 pF 10 V NP0
  • C2: 0,1 μF 10 V
  • C3: 1 μF 10 V
Półprzewodniki:
  • U1: PCF8577CT3 (SOT158-1)
Pozostałe:
  • I²C1: listwa SIP4 2,54
  • I²C2: złącze JST 1 mm
  • I²C: złącze Grove kątowe
  • LCD: wyświetlacz LCD DE127RS20
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
kwiecień 2023
DO POBRANIA
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik marzec 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec - kwiecień 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje marzec 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna marzec 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów