Wyświetlacz segmentowy LCD z interfejsem I²C na bazie układu PCF8577C

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:

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:

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