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液晶ディスプレイを使う
− まずは表示してみる（４ビット操作） −
更新日２００８．４．１３
ＰＩＣで液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を使って見ます。
液晶ディスプレイを使うと色々な状態表示が可能になり、ＰＩＣでの楽しみの幅が広がります。
| 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）とは
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| ・ |
ＰＩＣで扱える液晶ディスプレイは比較的小さなもので、キャラクタディスプレイとグラフィックディスプレイの２種類があります。
今回使用する液晶ディスプレイは、英数字や記号などの文字が表示できるキャラクタディスプレイです。
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上は、１６文字×２行の小型タイプ
SD1602HUOB：バックライト付(\900)
真ん中は、１６文字×２行の標準タイプ
SC1602BSLB：バックライト付(\800)
下は、２０文字×４行タイプ
SC2004CSLB：バックライト付(\1,700)
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|  | １６文字×２行の標準タイプＬＣＤ（SC1602BS*B：バックライトなし(\550)）に文字を表示させた状態
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| 回路図
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今回の実験回路は以下の通りです。
使用したＬＣＤは、ＳＣ１６０２ＢＳ＊Ｂで、１６文字×２行のバックライトが無いタイプです。
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ＲＡ０〜２：ＬＣＤの制御ピンを接続（Ｒ／Ｗ，Ｅ，ＲＳ）
ＲＢ０〜３：ＬＣＤのデータピンの上位４ビットを接続（ＤＢ４〜７）
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| 実験回路を組む
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ブレッドボードに組んだ所。
上の黒い四角はＰＩＣ１６Ｆ８４Ａで、下の黒い四角はＬＣＤ用のソケット（自家製）です。
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- ＬＣＤを取り付けるとこのようになります。
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| 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の使い方（ＳＣ１６０２ＢＳ）
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- ＬＣＤ（ＳＣ１６０２）の使い方について以下の順に説明します。
- ・ＬＣＤ(SC1602BS)のピン
- ・ＬＣＤへの書き込み動作
- ・ＬＣＤの初期化
- ・ＬＣＤへの表示例
- ・ＬＣＤのビジーフラグ（ＢＦ）のチェック方法
ＬＣＤとのデータのやり取りには、４ビットモードと８ビットモードの２種類がありますが、通常は４ビットモードで使用します。
以下でも４ビットモードを想定して説明しています。
| ＬＣＤ(SC1602BS)のピン
| | ・ |
| ピン番号 | ピン | 設定内容
| | 1 | Vdd | +5V
| | 2 | Vss | GND(0V)
| | 3 | Vo | コントラスト調整（回路図を参照）
| | 4 | RS | レジスタ選択
H:データレジスタ
L:制御レジスタ
| | 5 | R/W | Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ選択
H:Read（ＬＣＤ→ＰＩＣ）
L:Write（ＰＩＣ→ＬＣＤ）
| | 6 | E | ENABLE信号
以下の順に設定することで上記RS,R/Wで選択した動作をＤＢ０〜７ピンに対して実行する。
L→H→L
それぞれの間隔は、０．２２μ秒以上空ける。
| | 7 | DB0 |
表示データまたは制御データ用のピンで、ＬＣＤに書き込む場合は事前にセットする。
ＬＣＤから読み込む場合は、読み込んだ内容が設定される。
データは８ビット操作と４ビット操作があり、ＬＣＤの初期化でいずれかに設定する。
８ビット操作の場合は、ＤＢ０〜７を使用。
４ビット操作の場合は、ＤＢ４〜７を使用し、１バイト（８ビット）のデータを上位４ビットと下位４ビットに分けて２回で実行する。
４ビット操作にする場合は、ＤＢ０〜３はオープン（何も接続しない）にしておく。
| | 8 | DB1
| | 9 | DB2
| | 10 | DB3
| | 11 | DB4
| | 12 | DB5
| | 13 | DB6
| | 14 | DB7
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| | ＬＣＤへの書き込み動作
| | ・ |
ＬＣＤに１バイトのデータを書き込むためには、下表のシーケンスで行います。
今回は４ビット操作にしますので、１バイトを上位４ビットと下位４ビットに分けて、２回の操作で書き込みます。
この例は、制御データ(RS:L)の書き込み(R/W:L)の場合です。
表示データの場合は、ＲＳをＨにします。
また、ＬＣＤから読み込む場合は、Ｒ／ＷをＨにします。（この場合、ＰＩＣのＲＢ０〜３を入力モードに設定する必要があります。）
| No. | 設定ピン | 設定内容 | 意味 | 命令の例
| 共
通 | 1 | E | 0 | EnableをＯＦＦにする | BCF PORTA,1
| | 2 | RS | 0 | 制御レジスタを選択 | BCF PORTA,2
| | 3 | R/W | 0 | 書き込みモードに設定 | BCF PORTA,0
| 上
位
４
ビ
ッ
ト | 4 | DB7-4 | bbbb | 書き込む上位４ビットを設定 | MOVWF PORTB
| | 5 | E | 1 | Enableを一旦ＯＮにして | BSF PORTA,1
| | 6 | E | 1 | 220nS以上待って | NOP
| | 7 | E | 0 | ＯＦＦにする | BCF PORTA,1
| 下
位
４
ビ
ッ
ト | 8 | DB7-4 | bbbb | 書き込む下位４ビットを設定 | MOVWF PORTB
| | 9 | E | 1 | Enableを一旦ＯＮにして | BSF PORTA,1
| | 10 | E | 1 | 220nS以上待って | NOP
| | 11 | E | 0 | ＯＦＦにする | BCF PORTA,1
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No.１〜３は、既にこのように設定されているピンは、改めて設定し直す必要はありません。
No.６と１０の待ちは、ＰＩＣのクロックが１０ＭＨｚ以下であれば不要です。
今回はクロックを２０ＭＨｚにしましたので、ＮＯＰ命令を１つ入れておきます。
No.４と８の命令の例は、実際にはＲＢ０〜３の４ビットに必要なデータをセットし、ＲＢ４〜７は変更しないような考慮が必要です。（今回の回路はＲＢ４〜７を使っていませんので考慮は不要ですが）
| | ＬＣＤの初期化
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４ビットモードでのＬＣＤの初期化は、以下のシーケンスで行います。
少し面倒ですが・・・
この表の１行は、前の表のNo.１〜７を１行にまとめています。
また、２行を１つのNo.としているものは、前の表のNo.１〜１１を２行にまとめています。（上段が上位４ビット，下段が下位４ビット）
| No. | RS
(RA2) | R/W
(RA0) | DB7
(RB3) | DB6
(RB2) | DB5
(RB1) | DB4
(RB0) | 補 足
| | 1 | 電源ＯＮ後、１５ｍＳ以上待つ |
| | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 一旦８ビットモードに設定する （電源ＯＮ後のＬＣＤの状態がどんな状態であっても、No.７まで行うと８ビットモードに設定できる）
| | 3 | ４．１ｍＳ以上待つ
| | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1
| | 5 | １００μＳ以上待つ
| | 6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1
| | 7 | ４０μＳ以上待つ
| | 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | ４ビットモードに設定
| | 9 | ４０μＳ以上待つ |
| | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | ２行表示モードに設定
| | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0
| | 11 | ４０μＳ以上待つ |
| | 12 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ディスプレイＯＦＦ，カーソルＯＦＦ，ブリンクＯＦＦに設定
| | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0
| | 13 | ４０μＳ以上待つ |
| | 14 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ディスプレイクリア
| | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1
| | 15 | １．６４ｍＳ以上待つ |
| | 16 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | エントリモード設定
カーソル移動は右方向，表示内容のシフトなし
| | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0
| | 17 | ４０μＳ以上待つ |
|
No.７以降の時間待ちは、ビジーフラグ（ＢＦ：後述）をチェックすることでも代替できます。
No.３と５では、ビジーフラグをチェックできませんので、時間待ちとします。
| | ＬＣＤへの表示例
| |
ＬＣＤの初期化が終わったらＬＣＤに文字を表示できます。
ここでは、１行目の先頭に'12'を表示し、２行目の先頭に'23'を表示する例を説明します。
| No. | RS
(RA2) | R/W
(RA0) | DB7
(RB3) | DB6
(RB2) | DB5
(RB1) | DB4
(RB0) | 補 足
| | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | １行目の先頭にアドレス設定
| | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
| | 2 | ４０μＳ以上待つ |
| | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 数字の１を出力
| | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1
| | 4 | ４０μＳ以上待つ |
| | 5 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 数字の２を出力
| | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0
| | 6 | ４０μＳ以上待つ |
| | 7 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | ２行目の先頭にアドレス設定
| | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
| | 8 | ４０μＳ以上待つ |
| | 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 数字の２を出力
| | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0
| | 10 | ４０μＳ以上待つ |
| | 11 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 数字の３を出力
| | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1
| | 12 | ４０μＳ以上待つ |
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ここでの時間待ちは、ビジーフラグ（ＢＦ）をチェックする方法でも可能です。
| | ＬＣＤのビジーフラグ（ＢＦ）のチェック方法
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今までの例では、ＬＣＤの動作完了を一定の時間で待ちましたが、ＬＣＤのビジーフラグ（ＢＦ）をチェックする方法もあります。
ＬＣＤからデータを読み込みますので、ＰＩＣのＲＢ０〜３を一時的に入力モードに切り替える必要があります。
先ほどの、ＬＣＤへの表示例のNo.１〜４をＢＦチェック方式にすると以下のようになります。
| No. | RS
(RA2) | R/W
(RA0) | DB7
(RB3) | DB6
(RB2) | DB5
(RB1) | DB4
(RB0) | 補 足
| | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | １行目の先頭にアドレス設定
| | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
| | 2 | ＲＢ０〜３を入力モードに設定 |
| | 3 | 0 | 1 | BF | x | x | x | ＢＦを読み込む
| | 0 | 1 | x | x | x | x
| | 4 | ＢＦが１（ＬＣＤ処理中）ならNo.３へ
ＢＦが０なら次へ | No.１の設定完了を待つ
| | 5 | ＲＢ０〜３を出力モードに設定 |
| | 6 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 数字の１を出力
| | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1
| | 7 | ＲＢ０〜３を入力モードに設定 |
| | 8 | 0 | 1 | BF | x | x | x | ＢＦを読み込む
| | 0 | 1 | x | x | x | x
| | 9 | ＢＦが１（ＬＣＤ処理中）ならNo.８へ
ＢＦが０なら次へ | No.６の書き込み完了を待つ
| | 10 | ＲＢ０〜３を出力モードに設定 |
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少し面倒に見えますが確実ですし、ＢＦチェックまでの間に他の処理ができますので無駄な時間を削減できます。
（クロックが２０ＭＨｚであれば、４０μ秒待つ間に２００命令実行できます。）
また、ＢＦチェック処理はいつも同じロジックですので、サブルーチン化して流用すれば毎回作成する必要もありません。
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| プログラム全体
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ＬＣＤを使うサンプルプログラムはこちらです。
このプログラムは下の写真のように、ＬＣＤの１行目に'Hello,'を表示し、２行目に'world!'を表示します。
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うまく表示できましたか？
次回はＬＣＤを使った実用的な（誤差の少ない）時計をアップする予定です。
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| ４ビット操作と８ビット操作
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初めてＬＣＤの説明書を見たとき、８ビット操作（１バイト単位）ができるのに、何故面倒な４ビット操作があるのだろうと思ったものです。
実際に、当時は８ビット操作から入りました。
ですが、しばらくしてからは４ビット操作で使い続けています。
理由は簡単で、４ビット操作にはデメリットが無く、逆に少ないピンで操作できるというメリットが大きいからです。
４ビット操作は、１バイトを２回に分けて制御しますので面倒に感じるかも知れませんが、ＬＣＤアクセスルーチンを１回作っておけば、後は４ビットも８ビットも同じに扱えます。
一方、使用するピン数が４本少なくて済むと言うメリットはいつでも享受できます。
| 比較項目 | ４ビット操作 | ８ビット操作 | 説 明
| | プログラミング | ○ | ○ | ＬＣＤアクセスルーチンを１回作れば後は同じ
| | 必要なピン | ◎ | × | ４ピン少なくて済むメリットは多大
| | スピード | ○ | ○ | どちらも同じ（あっても１〜５マイクロ秒程度の差）
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