【ワレコの電子工作】素のAVRマイコンでLCD表示成功【ATmega328PとATMEL-ICE】

ワレコ

このところAVRマイコンを学習中だ。

具体的にはATmega328Pと言うDIP28ピンのワンチップマイコンを使ってC言語で各種のプログラミングを試している。

先日はLチカに成功した。

今回はLCDパネルに文字を表示してみた。

取り敢えずネット検索して見付けたページにある方法を殆どそのまま真似したら無事にLCDパネルに文字を表示する事が出来た。

当記事ではその手順を備忘録としてまとめたものだ。

【ワレコの電子工作】Arduino UNOで赤外線リモコンを受信する【IR remote control receiver】

ワレコこの所、AVRマイコンやArduinoのプログラミングに挑戦している。 Arduinoを使えば開発作業は楽なのだが、出来ればAVRマイコン単体で使いたい。その理由は、AVRマイコンならワンチップでこぢんまりとした回路を作れるからだ...

では、本題に入ろう。

ブレッドボードにAVRの液晶表示実験回路を組む
Microchip Studioで4ビットモードでLCDパネルに文字を出す
まとめ

ブレッドボードにAVRの液晶表示実験回路を組む

ワテの場合、AVRは全くの初心者だ。

なのでAVRマイコンでLCDパネルに文字を出すなんて、どうやったら良いのか右も左も分からない。

困った時はネット検索だ。

AVR LCD などのキーワードで検索していて下記ページを見付けた。

Interfacing LCD Module with AVR in 4-Bit Mode-Circuit,Working & Program

Interfacing LCD Module with AVR in 4-Bit Mode- Circuit, Working & Program in detail. The demonstration of the program is...

上記英文のページは「Interfacing LCD Module with AVR in 4-Bit Mode」と言うタイトルの通り、AVRマイコンでLCDを４ビットモードで表示する手法を紹介している。

ワテもこのページの手順に沿って実験してみた。

AVRのLCD表示は4ビットモードと8ビットモードがあるらしい

なお上記英文ページにも解説されているが、AVRマイコンでLCDパネルに文字を表示する場合には、4ビットモードと8ビットモードと言う二種類の方式があるようだ。

まあどっちの方式でも文字表示は出来るようなので、4ビットモードのほうが使う信号線が少なくて済むので、ワテとしては4ビットモードでやってみた。

使うLCDパネルはArduino UNO互換機セットの付属品

下写真で、ブレッドボード上にあるのがATmega328Pマイコン（DIP28）とLCDパネルだ。

右側にあるArduino UNO互換機は赤外線リモコン受信実験のやつなので、LCD表示とは無関係。

写真　AVR（ATmega328P）でLCDパネル（16×2行）に文字出力実験中

上写真で白いボックスはATMEL-ICEで、パソコンとはUSB microBケーブルで接続している。

ここで使っているLCDパネルは16文字ｘ2行のやつで、先日アマゾンで購入したArduino UNO互換機実験セットの中に入っていたやつだ（下写真のようなやつ）。

ELEGOO Arduino用UNO R3スターターキットレベルアップチュートリアル付 mega2560 r3 nanoと互換 [並行輸入品]

ELEGOO

LCDパネルのピンアサインは同じ物が多い

なお、その後秋月電子のサイトなどでも類似のLCDパネルを販売しているのを発見した。

今回実験で使ったLCDパネルも秋月などで売っているLCDパネルも、付いている端子の数や種類は同じようだ。

なので、よく知らないけれどLCDパネルには何かの規格でもあって、それに準拠して製造しているメーカーが多いのかも知れない。

例えば秋月電子の

ＬＣＤキャラクタディスプレイモジュール（１６×２行バックライト無）[SC1602BS*B-XA-GB-K]

と言う液晶表示モジュールのピンの仕様は以下の通り。

NO.	SYMBOL	FUNCTION
1	VDD	Supply Voltage
2	VSS	Supply Ground
3	VO	Contrast Adj.
4	RS	Register Select
5	R/W	Read/Write
6	E	Enable Signal
7	DB0	Data Bit 0
8	DB1	Data Bit 1
9	DB2	Data Bit 2
10	DB3	Data Bit 3
11	DB4	Data Bit 4
12	DB5	Data Bit 5
13	DB6	Data Bit 6
14	DB7	Data Bit 7

表　秋月電子　ＬＣＤキャラクタディスプレイモジュール（１６×２行バックライト無）[SC1602BS*B-XA-GB-K]のピン仕様　

ワテがアマゾンで買ったMiuzei Arduino UNO互換機に付いていたLCDパネルもこれと同じピンアサインだった。正確に言うと、Miuzeiのやつはあと2ピン多くて16ピン。それはバックライトの電源用だ。

あるいは、秋月のやつはHD44780と言うLCDインターフェースICが使われているが、このICやコンパチブルなICを搭載しているLCDパネルは似たようなピンアサインになるのかな。たぶん。

それにしても、この手の液晶パネルが一枚300~400円くらいで買えるのには驚きだ。

KKHMF 2個 DC 5V 1602 LCD ディスプレイモジュール 16×2キャラクタ LCDブルーブラックライト Arduino に対応

KKHMF

HiLetgo HD44780 2004 LCD 20x4 2004A キャラクターLCD画面表示モジュールブルーバックライト IIC/I2Cシリアルインターフェースアダプター付き

HiLetgo

ATmega328PとLCDモジュールを4ビットモードで接続する

今回実験したのは下図の回路だ。KICadで即席に描いてみた。

下図回路は冒頭で紹介した英文サイトの回路図と殆ど同じだが、英文サイトでは外部クロックを使っているが、ワテの場合は取り敢えず内蔵クロックで動かした。

図　AVRマイコン（ATmega328P）とLCDモジュール（16×2行）を4ビットモードで接続

10KBのボリュームで液晶表示のコントラストを変更出来る。

Microchip Studioで4ビットモードでLCDパネルに文字を出す

さて、参考にした英文サイトにはMicrochip Studioのサンプルプロジェクトファイル一式がrar形式で圧縮して公開されている。

そのサンプルプロジェクトを解凍してMicrochip Studioに読み込んだ（下図）。

図　Microchip Studioで開いた「Interface LCD Module with AVR in 4-Bit Mode」のCコード

なお英文サイトのオリジナルコードでは、LCDパネルのコントロールにはPORTBが使われていたが、ワテの場合はそれをPORTCに変更した。

その理由は今回使うATmega328Pのピン配置を下図に示すが、POTRBの八つのピンのうち、PB3~PB5の三つのピンはATMEL-ICEとの接続（MOSI, MISO, SCK）で使っているからだ。

図　ATmega168/328P-Arduino Pin Mapping

引用元　https://www.arduino.cc/en/Hacking/PinMapping168

なのでPORTBは液晶用には使わずにPORTCを使う事にした。

一方、PORTDの四つのピン（PD4, PD5, PD6, PD7）は4ビットモードで液晶に文字を出す為に、液晶モジュールの（DB4, DB5, DB6, DB7）にそれぞれ接続している。

以下に示すのが今回使用したC言語のソースコードだ。

冒頭のdefineの部分でPOTRB定義をコメント化してPORTCの定義を追加している。

#define F_CPU 16000000UL
#include <avr\io.h>
#include <util\delay.h>

//#define control_bus PORTB
//#define controlbus_direction DDRB
#define control_bus PORTC
#define controlbus_direction DDRC
#define data_bus PORTD
#define databus_direction DDRD

#define rs 2
#define en 3
#define d4 4
#define d5 5
#define d6 6
#define d7 7


void LCD_CmdWrite( char a)
{
	if(a & 0x80) data_bus|=(1<<d7); else data_bus&= ~(1<<d7);
	if(a & 0x40) data_bus|=(1<<d6); else data_bus&= ~(1<<d6);
	if(a & 0x20) data_bus|=(1<<d5); else data_bus&= ~(1<<d5);
	if(a & 0x10) data_bus|=(1<<d4); else data_bus&= ~(1<<d4);
	control_bus &=~(1<<rs);control_bus |=(1<<en);
	_delay_ms(2);
	control_bus &=~(1<<en);
	
	_delay_ms(2);
	
	if(a & 0x08) data_bus|=(1<<d7); else data_bus&= ~(1<<d7);
	if(a & 0x04) data_bus|=(1<<d6); else data_bus&= ~(1<<d6);
	if(a & 0x02) data_bus|=(1<<d5); else data_bus&= ~(1<<d5);
	if(a & 0x01) data_bus|=(1<<d4); else data_bus&= ~(1<<d4);
	control_bus &=~(1<<rs);control_bus |=(1<<en);
	_delay_ms(2);
	control_bus &=~(1<<en);
	
	_delay_ms(2);
}




void LCD_DataWrite( char a)
{
	
	if(a & 0x80) data_bus|=(1<<d7); else data_bus&= ~(1<<d7);
	if(a & 0x40) data_bus|=(1<<d6); else data_bus&= ~(1<<d6);
	if(a & 0x20) data_bus|=(1<<d5); else data_bus&= ~(1<<d5);
	if(a & 0x10) data_bus|=(1<<d4); else data_bus&= ~(1<<d4);
	control_bus |=(1<<rs)|(1<<en);
	_delay_ms(2);
	control_bus &=~(1<<en);
	_delay_ms(2);
	
	if(a & 0x08) data_bus|=(1<<d7); else data_bus&= ~(1<<d7);
	if(a & 0x04) data_bus|=(1<<d6); else data_bus&= ~(1<<d6);
	if(a & 0x02) data_bus|=(1<<d5); else data_bus&= ~(1<<d5);
	if(a & 0x01) data_bus|=(1<<d4); else data_bus&= ~(1<<d4);
	control_bus |=(1<<rs)|(1<<en);
	_delay_ms(2);
	control_bus &=~(1<<en);
	_delay_ms(2);
	
}





void LCD_Init()
{
	controlbus_direction |= ((1<<rs)|(1<<en));
	databus_direction |= ((1<<d7)|(1<<d6)|(1<<d5)|(1<<d4));
	_delay_ms(2);
	LCD_CmdWrite(0x01); // clear display
	LCD_CmdWrite(0x02); // back to home	
	LCD_CmdWrite(0x28); // 4bit,2line,5x7 pixel
	LCD_CmdWrite(0x06); // entry mode,cursor increments by cursor shift
	LCD_CmdWrite(0x0c); // display ON,cursor OFF
	LCD_CmdWrite(0x80); // force cursor to begin at line1

}

void LCD_Disp(const char *p)
{
	while(*p!='\0')
	{
		LCD_DataWrite(*p);
		p++; _delay_ms(2);
	}
}

void LCD_setCursor(int a, int b)
{
	int i=0;
	switch(b){
		case 0:LCD_CmdWrite(0x80);break;
		case 1:LCD_CmdWrite(0xC0);break;
		case 2:LCD_CmdWrite(0x94);break;
	case 3:LCD_CmdWrite(0xd4);break;}
	for(i=0;i<a;i++)
	LCD_CmdWrite(0x14);
}


int main()
{

LCD_Init();

	while(1)
	{
	
	LCD_setCursor(1,0);
	LCD_Disp("CircuitsToday");
	LCD_setCursor(0,1);
	LCD_Disp("4bit LCD Interfacing");
	LCD_setCursor(5,3);
	LCD_Disp("Tutorial");
	_delay_ms(2000);
	while(1);	
	}
	
}

コード　ATmega328PにLCD（16×2行）を4ビットモードで接続して文字を表示するサンプルCコード

このコードを実行すると、以下の文字がLCDモジュールに表示された。

CircuitsToday
4bit LCD Interfacing
Tutorial

ただし2行表示の液晶なので、三行目の “Tutorial” は出ていない。

下図に実際にLCDモジュールに表示された文字を示す。