Подключение дисплея nokia 5110 к arduino
Инструкция
Подключим ЖК экран от Nokia 5110 к Arduino по приведённой схеме.
Для работы с этим LCD экраном написано много библиотек. Предлагаю воспользоваться этой: http://www.rinkydinkelectronics.com/library.php?id=44 (скачивание файла LCD5110_Basic.zip
).
Для установки разархивируем файл в директорию Arduino IDE/libraries/
.
Библиотека поддерживает следующие возможности.
LCD5110(SCK, MOSI, DC, RST, CS);
- объявление ЖК экрана с указанием соответствия пинам Arduino;
InitLCD();
- инициализация дисплея 5110 с опциональным указанием контрастности (0-127), по умолчанию используется значение 70;
setContrast(contrast);
- задаёт контрастность (0-127);
enableSleep();
- переводит экран в спящий режим;
disableSleep();
- выводит экран из спящего режима;
clrScr();
- очищает экран;
clrRow(row, , );
- очистка выбранной строки номер row, от позиции start до end;
invert(true); и invert(false);
- включение и выключение инверсии содержимого LCD экрана;
print(string, x, y);
- выводит строку символов с заданными координатами; вместо x-координаты можно использовать LEFT, CENTER и RIGHT; высота стандартного шрифта 8 точек, поэтому строки должны идти с интервалами через 8;
printNumI(num, x, y, , );
- вывести целое число на экран на заданной позиции (x, y); length - желаемая длина числа; filler - символ для заполнения "пустот", если число меньше желаемой длины; по умолчанию это пустой пробел " ";
printNumF(num, dec, x, y, , , );
- вывести число с плавающей запятой; dec - число знаков после запятой; divider - знак десятичного разделителя, по умолчанию точка ".";
setFont(name);
- выбрать шрифт; встроенные шрифты называются SmallFont и TinyFont; вы можете определить свои шрифты в скетче;
invertText(true); и invertText(false);
- инверсия текста вкл./выкл.;
drawBitmap(x, y, data, sx, sy);
- вывести картинку на экран по координатам x и y; data - массив, содержащий картинку; sx и sy - ширина и высота рисунка.
Напишем такой скетч. Сначала подключаем библиотеку, затем объявляем экземпляр класса LCD5110 с назначением выводов.
В процедуре setup()
инициализируем ЖК экран.
В процедуре loop()
очищаем экран и пишем маленьким шрифтом произвольный текст, под ним - средним шрифтом выводим счётчик секунд.
Давайте выведем на экран картинку. Для этого подготовим монохромное изображение, которое хотим вывести на экран Nokia 5110. Помните, что разрешение экрана 48 на 84 точки, и картинка должна быть не больше. На странице http://www.rinkydinkelectronics.com/t_imageconverter_mono.php преобразуем изображение в массив битов. Скачаем полученный файл с расширением "*.c" и добавим его к проекту через меню: Эскиз -> Добавить файл... или просто поместим файл в директорию скетча, а затем перезагрузим среду разработки Arduino IDE.
В этом уроке мы сначала покажем некоторые данные на экране Nokia 5110, а после выведем на него данные датчика DHT22. Мы собираемся связать ЖК-дисплей Nokia 5110 и Arduino. Вы изучите интерфейс Nokia 5110 Arduino с помощью двух примеров. Во-первых, мы просто покажем некоторые данные на экране, а во втором примере мы будем читать с датчика температуры и влажности DHT22 показатели и покажем их на ЖК-экране Nokia 5110.
Nokia 5110 LCD - отличный выбор для отображения данных. Это дешевле обычных ЖК и его очень легко использовать с микроконтроллерами. Вам просто нужно подключить несколько проводов и всё готово к работе.
Для подключения Nokia 5110 к Ардуино нам нужны будут сам экран с микроконтроллером и еще ряд деталей.
- Nokia 5110 LCD × 1
- Многооборотный прецизионный потенциометр - 1 кОм (25 витков) × 1
- Резистор 10 кОм × 4
- Резистор 1 кОм × 1
- Резистор 330 Ом × 1
- Перемычки × 1
- Макет (универсальный) × 1
Дополнительно нам понадобится программное обеспечение в виде , с которым вы скорее всего знакомы.
Распиновка Nokia 5110
Выводы Nokia 5110 LCD выглядит следующим образом:
RST
: пин сброса
SCE
: пин выбора чипа
D/C
: (Данные / Команда): это вывод выбора режима. LOW означает командный режим, а HIGH означает режим данных.
DN
(Data Pin): последовательные данные на входе
SCLK
: последовательный тактовый сигнал
VCC
: входное напряжение от 2,7 до 3,3 В
Светодиод
: этот светодиод является подсветкой. Входное напряжение 3,3 В
GND
: земля
Пример №1
В первом примере мы просто отобразим данные на ЖК-дисплее Nokia 5110. Принципиальная схема для соединения Nokia 5110 и Arduino показана ниже.
Схема соединения
Для работы Nokia 5110 LCD требуется 3,3 В, поэтому нам придется использовать резисторы для преобразования 5 В в 3,3 В. Если вы будете работать с Nokia 5110 без резисторов, экран будет работать, но срок службы ЖК-дисплея сократится.
- Подключите контакт 1 (контакт RST) к контакту 6 Arduino через резистор 10 кОм.
- Подключите контакт 2 (контакт SCE) к контакту 7 Arduino через резистор 1 кОм.
- Подсоедините контакт 3 (контакт D/C) к контакту 5 Arduino через резистор 10 кОм.
- Подсоедините контакт 4 (DIN контакт) к контакту 4 Arduino через резистор 10 кОм.
- Подсоедините контакт 5 (контакт CLK) к контакту 3 Arduino через резистор 10 кОм.
- Подсоедините контакт 6 (контакт VCC) к контакту 3,3 В Arduino.
- Подсоедините контакт 7 (светодиодный контакт) к среднему контакту потенциометра 1 кОм через резистор 330 Ом и подключите два других контакта к VCC и заземлению.
- Подсоедините контакт 8 (контакт GND) к заземлению Arduino.
Подключенный потенциометр используется для увеличения или уменьшения подсветки ЖК-дисплея. Вы можете подключить его к 3,3 В, если хотите, чтобы подсветка всегда была сильной, или вы можете подключить его к заземлению, если вы не хотите иметь подсветку.
Код
Скачайте библиотеку Nokia 5110 ниже.
Сам код первого примера:
#include
Прежде всего, мы подключаем библиотеку для Nokia 5110 LCD. Библиотека будет включать все команды, которые нам потребуются для ЖК-дисплея Nokia 5110. Затем мы объявили переменную с именем «lcd» типа PCD8544.
#include
Затем в функции setup (настройка) мы установили разрешение для Nokia 5110 LCD. ЖК-дисплей Nokia5110 имеет разрешение 84х48, поэтому мы установили разрешение 84х48 в Arduino IDE.
lcd.begin(84, 48);Затем в функции loop (цикл) мы сначала установили курсор на первую строку и напечатали «Добро пожаловать!» (WELCOME)..
Lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" WELCOME "); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" To"); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("сайт"); delay(200);
Пример №2
Во втором примере мы подключим датчик температуры и влажности DHT22 к Arduino и с помощью DHT22 будем считывать температуру, влажность и тепловой индекс. Затем мы покажем эти данные на ЖК-дисплее Nokia 5110. Принципиальная схема интерфейса Nokia 5110, Arduino и DHT22 приведена ниже.
Схема соединения
Соединения ЖК-дисплея Nokia 5110 с Arduino описаны в первом примере. Соедините контакты датчика DHT22 с Arduino, как показано на схеме выше:
- Контакт 1 DHT22 на 5В Arduino.
- Контакт 2 DHT22 к контакту 8 Arduino.
- Контакт 4 DHT22 к контакту заземления Arduino.
Код
Скачайте библиотеки Nokia 5110 и DHT ниже.
Код для второго примера ниже:
#include
Прежде всего, мы включили библиотеки для Nokia 5110 LCD и датчика температуры и влажности DHT22. После этого мы инициализировали контакт 8 для DHT22 (DHTPIN 8) и определили тип датчика DHT. Также доступны другие модели датчиков DHT, но мы использовали DHT22 из-за его высокой точности. Затем мы объявили переменную «lcd» типа PCD8544 для ЖК-дисплея и переменную «dht» типа DHT для датчика DHT22.
#include
Затем в функции настройки setup мы установили разрешение для Nokia 5110 LCD. ЖК-дисплей Nokia5110 имеет разрешение 84х48, поэтому мы установили разрешение 84х48 в Arduino IDE. После этого мы начали получать данные с датчика DHT22 с помощью команды dht.begin() .
Lcd.begin(84, 48); dht.begin();
В функции цикла loop мы читаем значения влажности, температуры и индекса тепла из DHT22 и сохраняем в переменных. В конце мы напечатали их на ЖК-экране Nokia 5110.
Float hum = dht.readHumidity(); float temp = dht.readTemperature(); float fah = dht.readTemperature(true); . . . lcd.setCursor(0,4); lcd.print("Hi: "); lcd.print(heat_index); lcd.println(" *F ");
Наверное, у меня, как и у всех Arduino-строителей, появилась какая-то бредовая идея в голове. Заказал в Китае все необходимые детали. Ждать пришлось очень долго, но тут раньше срока был доставлен клон платы Arduino Uno и LCD-дисплей Nokia 5110 . Так как до этого с электроникой и программированием я был не знаком, решил не терять время зря и начал учиться выводить информацию на данный модуль.
Первым делом я загуглил и попал на публикацию «Arduino, модуль Nokia 5110 LCD и кириллица» от автора . И тут я понял, что всё, что раньше задумал, будет не так уже и просто сделать.
С кириллицей я разобрался, там все просто, не буду копипастить прошлый пост, а вот с картинками действительно проблема. Стоит задача: нужно нарисовать картинку и залить ее на дисплей. Столкнулся с первой проблемой, зашел в среду программирования Arduino я увидел, что там нет такой штуки как «Вставить - Изображения», а нужно картинку записать определенным кодом в hex системе исчисления . Нашел несколько редакторов, но не тут то было. Картинка адекватно не отображается. Я начал искать проблемы что может быть.
Методом кучей экспериментов, попыток и проб получился алгоритм которым я с вами поделюсь:
1) Нужно получить саму картинку, в черно-белом формате.bmp с расширением 84 х 48 пикселей.
Сделать это можно кучей способами почти у каждом графическом редакторе есть функция «Cохранить как» где указываем необходимые параметры.
Я делал в corelDRAW . Получаем что-то похожее. Нужно уточнить, что имя картинки обязательно должно сохранено латинской раскладкой клавиатуры, так как следующая программа ее не сможет открыть.
2) Если необходимо, можно отредактировать картинку в paint, как ни странно, там есть несколько простых и интересных инструментов.
3) При помощи получаем hex-код картинки.
4) Вставляем данный код в программный код Arduino и заливаем на плату:
// SCK - Pin 8
// MOSI - Pin 9
// DC - Pin 10
// RST - Pin 11
// CS - Pin 12
//
#include
#include
Фирмы Philips PCD8544.
Для соединения модуля с другими устройствами плата содержит вилку соединителя и отверстия для припаивания проводов. Также имеются 4 установочных отверстия, расположенные по углам платы.
Монохроматический дисплей Nokia 5110 LCD (blue screen) имеет подсветку синими светодиодами. За годы производства Nokia 5110 применялся и применяется в широком спектре приложений. Модуль дисплея облегчает подключение Nokia и установку в приборе. Благодаря модулю упрощается первое знакомство электронщика, программиста с дисплеем Nokia 5110 LCD. Изначально применявшийся как индикатор мобильного телефона дисплей распространился в другие категории приборов. Его удобно использовать в измерительных приборах: вольтметрах, амперметрах, омметрах и других. Пригодится дисплей и для индикации показаний медицинских мобильных приборов. Интересно его применить для шкалы радиоприемника или индикатора уровня сигнала в звуковоспроизводящей аппаратуре. Экран разрешением 84х48 точек позволяет выводить символьную и графическую информацию.
Если у вас есть опыт работы с Nokia 3310 LCD будет легко освоить Nokia 5110 LCD, так как эти индикаторы построены на одном контроллере PCD8544.
Характеристики модуля Nokia 5110 LCD
Питание
напряжение 2,7…3,3 В
ток
подсветка отключена 5 мА
подсветка включена 20 мА
Температура воздуха во время работы 0…50
Температура хранения -10…70
ЖКИ индикатор Nokia 5110
Основные характеристики
Главный компонент модуля Nokia 5110 LCD - ЖКИ индикатор. Имеет встроенные генераторы напряжения питания и смещения ЖК-элементов, есть светодиодная подсветка. Интерфейс SPI ввода информации. Nokia 5110 может работать в четырех режимах: нормальный, инверсия изображения, пустой экран и “все точки включены”. Так же пользователю доступно управление температурным режимом, напряжением питания и смещения.
Питание
напряжение 2,7…3,3 В
ток до 320 мкА
Частота тактирования до 4 МГц
Время сброса не менее 100 нс
Структура дисплея
Дисплей представляет собой матрицу ЖК-элементов и микросхему PCD8544 для их управления, размещенные в корпусе установленном на плате. На ней так же размещены четыре светодиода подсветки экрана. Информация о состоянии точек дисплея хранится в оперативной памяти контроллера PCD8544, каждой точке соответствует один бит памяти. Так же встроен счетчик адреса, который автоматически увеличивается при записи очередного байта информации в память.
Управление дисплеем
Осуществляется по интерфейсу SPI, дисплей является ведомым устройством. Однако, вместо обычных четырех линий управления здесь лишь три. Это линии тактирования CLK, выбора кристалла SCE и входных данных MOSI. Линия выхода MISO отсутствует. Это приводит к необходимости применять специальные методы управления, подробнее об этом далее. Работает интерфейс в режимах SPI-0 или SPI-3. В Nokia 5110 присутствует также дополнительная линия управления Информация/Команда - D/C̅. Каждый байт, передаваемый в дисплей, может быть интерпретирован как команда или информационный байт, в зависимости от уровня на линии D/C̅.
Передача информации однонаправленная, и считать данные из памяти и регистров дисплея нельзя. Поэтому, в программе необходимо предусмотреть возможность контролировать состояния дисплея. Однако, есть еще одна особенность, которая усложняет управление. Эта особенность связана с организацией памяти.
Память состоит из шести банков, в каждом из которых находится 84 ячейки емкостью 1 байт.
Адресация каждого пикселя индикатора. Всего у нас 84х48 пикселей, организованных в 6 горизонтальных банков (от нуля до пяти) и 84 столбцов.
Каждый банк содержит 8 вертикально расположенных пикселей, которые в сумме шести банков дают 48 строк. На рисунке видно, как из оперативной памяти будет отображаться заданный пиксель на дисплее, каждая строка на рисунке представляет один банк.
Запись информации в память осуществляется побайтно, а не побитно, и нет возможности управлять каждой точкой, а лишь группами по восемь точек. Это в сочетании с тем, что информация из памяти Nokia 5110 LCD не может быть считана, приводит к тому, что перед отправкой необходимо запоминать, какие данные в какой ячейке хранятся. В противном случае при отправке новых данных в дисплей можно потерять информацию. Эту особенность иллюстрирует рисунок показывающий замену символа. При написании управляющей программы необходимо предусмотреть возможность хранения данных.
Замена символа Л на символ А.
Дисплей имеет размер 84х48 пикселей. Информация выводится вертикальными блоками высотой 8 пикселей, значения которых определяются значениями бит в выводимом байте. Младший бит кодирует верхний пиксель.
Забегая вперед описания команд скажем. Команды 1xxxxxxx и 01000yyy определяют координаты курсора - строку и позицию, в которых будет отображены следующие 8 бит данных. После того как байт выведен, курсор автоматически смещается на соседнюю позицию.
Если командой 00100PDVH выбран горизонтальный режим адресации V=0, то курсор смещается вправо и следующий байт данных будет отображен на соседней позиции справа. Когда достигнут правый край экрана, курсор перемещается в начало следующей строки. Если же выбрана вертикальная адресация V=1, то курсор смещается вниз, на следующую строку, а после последней строки курсор смещается на одну горизонтальную позицию вправо и устанавливается на верхнюю строку.
В качестве промежуточной памяти можно использовать память управляющего контроллера, в которой будет храниться копия данных в дисплея. Перед отправкой необходимо корректировать данные, в зависимости от того, какая информация хранится в промежуточной памяти.
Команды управления Nokia 5110
Управление дисплеем осуществляется отправкой командного слова через интерфейс SPI. Размер слова 1 байт. Команды управления разделены на 3 категории.
Верховные функции управления
Установить тип функций - указывает, с каким типом функций будет работать модуль основными или расширенными.
Установить режим питания - включает или отключает питание.
Установить режим адресации - определяет тип адресации памяти: вертикальный или горизонтальный. В первом случае после записи байта данных будет увеличен счетчик Y-адреса, то есть, запись будет идти по столбцам. Во втором - счетчик Х-адреса, запись будет идти по строкам.
Функции передаются Nokia 5110 LCD, когда на линии D/C̅ низкий уровень. Они определяются одним командным словом. Это слово необходимо отправить в дисплей в начале работы. Формат:
0 0 1 0 0 PD V H
Бит PD определяет режим питания, установленный PD означает режим отключения (power-down).
Бит V режим адресации: 1 - вертикальная, 0 - горизонтальная.
Бит H тип функций, с которыми будет идти дальнейшая работа: 0 - обычный, 1 - расширенный.
Как видно, необходимо запоминать текущее состояние дисплея, чтобы при установке нового значения параметра не потерять информацию о значениях других. Команда 00100PDVH присутствует в обоих наборах команд.
Основные функции
Установить режим отображения 00001D0E. Определяет режим отображения: пустой экран, все точки включены, нормальное отображение, инверсное отображение. E - признак инверсии изображения, D - вывод изображения. Если D=0, то экран либо полностью очищен E=0, либо полностью черный E=1.
Установить Х-адрес команда 1xxxxxxx, или 0x80 + x выбор горизонтальной позиции в текущей строке, куда будет выводиться изображение. Где x=0 самая левая позиции, 83 - самая правая.
УстановитьY-адрес команда 01000yyy устанавливает Y-адрес ячейки, куда будет записан следующий байт. Команда, или 0x40+y выбор номера строки (страницы) на которую выводится изображение. Y=0 самая верхняя строка, 5 - самая нижняя. Строка имеет высоту 8 точек.
Расширенные функции
Расширенный набор команд выбирается после передачи команды 00100PDV1.
Установить температурный режим. Команда 000001tt, или 0x04 + t выбор одного из четырёх режимов температурной коррекции. В зависимости от режима будет по-разному изменяться напряжение дисплея при изменении температуры.
Установить напряжение смещения ЖК-элементов дисплея. Команда 00010bbb, или 0x10 + b выбор одного из восьми режимов расчета смещения уровней для управления LCD. Для обычных дисплеев от Nokia рекомендуется режим 0001011, или 0x13.
Установить напряжения питания ЖК-элементов дисплея. Команда 1vvvvvvv, или 0x80 + v выбор напряжения на генераторе повышенного напряжения для LCD. При v=0 генератор отключен. Выходное напряжение рассчитывается по формуле VLCD = 3.06 В + v * 0.06 В. В зависимости от выбора способа коррекции напряжения, это значение изменяется в зависимости от температуры. Чтобы не повредить дисплей при низких температурах, рекомендуется это значение менее 8,5 В, т. е. v<=90. Для обычных дисплеев Nokia это нормальное рабочее значение этого параметра примерно равно 56, т. е. команда принимает вид 10111000, или 0xB8.
Работа с основными и расширенными функциями проще, поскольку каждой из них соответствует отдельное командное слово.
Необходимо помнить, что для работы с определенным типом функций необходимо перевести дисплей в режим работы с этими функциями. Иначе отправка слова команды приведет к некорректному выполнению этой команды. Более подробно о командах управления можно прочитать в документации на странице 11 .
Инициализация дисплея
Должна быть выполнена в течении 30 мс после появления питания в следующей последовательности:
сбросить, установив на соответствующем входе низкий уровень на 100 нс или более,
включить дисплей и выбрать расширенный набор команд, послав 0x21,
направить команду смещения напряжения 0x13,
установить температурную коррекцию командой 0x04,
включить генератор повышенного напряжения на уровень 6,42 В командой 0xB8,
вернуться в стандартный набор команд, послав 0x20,
включить графический режим командой 0x0C.
После этих действий Nokia 5110 LCD готов к работе.
Подключение модуля Nokia 5110 LCD
Вывод сигналов на контакты модуля показан на изображении в верху страницы. Также может быть другое расположение контактов показанное на рисунке.
Один из вариантов расположения контактов.
Сигналы и линии модуля
VCC Питание 3,3 В
GND Общий провод
SCE Включение, активный низкий уровень
Reset Сброс, активный низкий уровень
D/C̅ Данные/команда: 0 - данные, 1 - команда
SDIN Вход интерфейса
SCLC Тактовый сигнал
LED Подсветка. Для модулей на красной плате соединить с общим, для синих модулей соединить с питанием. Применять в цепи подсветки резистор 330 Ом. В некоторых модификациях уже установлен резистор в некоторых нет. Для определения наличия резистора и выбора оптимального режима подсветки следует контролировать ток модуля и ток подсветки. Он не должен превышать 20 мА.
Если к интерфейсу SPI микроконтроллера не подключены другие устройства, то для экономии контактов основного управляющего модуля прибора и сокращения количества линий связи контакт выбора активного устройства SCE следует соединить на плате модуля с контактом GND. Но есть недостаток. Если контроллер Nokia потерял синхронизацию с МК, то это теперь невозможно обнаружить.
Более надежное подключение следует делать так. Притягивать эту линию к высокому уровню резистором 100-500 кОм, чтобы исключить воздействие помех на контроллер, пока МК находится в состоянии сброса.
При работе с микроконтроллерами AVR, удобно использовать интерфейс USART в режиме SPI ведущий. Режим SPI-3 (CPHA=1, CPOL=1). Это значит, что пока обмен отсутствует, на линии SCLK высокий уровень, а данные с линии SDIN контроллер читает по нарастающему фронту на линии SCLK в течение 100 нс. При этом они должны быть выставлены минимум за 100 нс до нарастания фронта. Передача осуществляется по 8 бит, сначала старший.
Уровень на линии D/C̅ определяет, как трактовать полученные данные. Высокий уровень означает, что переданные данные должны быть выведены на дисплей, низкий уровень - передана команда. Контроллер читает значение на этой линии вместе с последним (младшим) битом каждого переданного байта данных. При использовании асинхронной аппаратной передачи с этим могут возникнуть трудности. Перед установкой уровня необходимо дождаться завершения передачи предыдущего байта.
Соединение модуля Nokia 5110 LCD и Arduino UNO.
Входные сигналы модуля должны соответствовать логическим уровням схемы питаемой напряжением 3,3 В. При работе с микроконтроллером, имеющим питание 5 В, обязательно применяются цепи согласования уровней.
Графика
В начале подготовки графического изображения следует подготовить в любом графическом редакторе черно-белое изображение в формате *.bmp с разрешением 84х48 точек. Мы подготовили такую картинку в Paint, вот она:
Имя файла картинки должно быть сохранено латинскими буквами. При помощи программы