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Módulo de Display LCD

Publicado: 13 de maio de 2015 em Assuntos Técnicos
Tags:Character Display, Display, Display Alfanumérico, electronics, eletrônica, eletrônico, embarcado, LCD, Módulo

Introdução

Módulos de display LCD de caracteres alfanuméricos são interfaces de comunicação visual muito úteis e atraentes. Eles se encontram em quase todos os aparelhos domésticos, eletroeletrônicos, automóveis, instrumentos de medição etc. São dispositivos que possuem interfaces elétricas padronizadas e recursos internos gráficos e de software que permitem facilmente a permuta por outros de outros fabricantes, sem que seja necessário alterar o programa de aplicação. Por ser altamente padronizado seu custo é baixo. É um recurso antigo, deve ter uns vinte anos de idade ou mais, mas continua atual, com suas inúmeras formas, cores, tamanhos e preços. A tecnologia predominante continua sendo o LCD (Liquid Crystal Display), porém já se pode encontrar alguns baseados em LEDs orgânicos (OLED).

O módulo de display LCD representa um avanço tecnológico enorme se comparado com os primeiros displays a LED de 7, 14 ou 16 segmentos. Leia mais sobre os displays a LED no artigo técnico Displays de LED de 7 segmentos [1].

Especificações

Os módulos LCD são especificados principalmente por sua capacidade gráfica de comunicação, ou seja, o número de caracteres por linha e o número de linhas. Alguns valores típicos para essas especificações são:

Número de caracteres: 8, 12, 16, 20, 24 e 40

Número de linhas: 1, 2 e 4

Algumas configurações típicas de um módulo de display LCD

Figura 1: Módulo LCD 20 x 1

Figura 2: Módulo LCD 40 x 4

Outras especificações importantes que devemos considerar são as dimensões físicas do módulo, a tensão de alimentação, a disposição física dos pontos de conexão externa, a posição desses pontos de conexão com relação ao display, dos lados esquerdo ou direito, em cima ou embaixo, o tipo de interface eletrônica, paralela (predominante) ou serial, backlight (luz de fundo) e finalmente o controlador do display.

Quando se consulta o manual de um módulo de display LCD, em geral se obtém apenas uma página contendo as dimensões e especificações elétricas. Isso pode parecer pouco mas é mais do que o suficiente. Observe na Figura 3 as especificações do módulo retratado na Figura 1.

Figura 3: Especificações do módulo Winstar modelo WH2001B [6]

Interface de conexão externa

A interface de conexão com um microcontrolador também é padronizada. Ela tem de 14 a 16 pinos, dependendo se o módulo tem ou não backlight para permitir a leitura do display em ambientes escuros. Na Tabela 1 se pode observar a descrição dos pinos.

Tabela 1: Descrição dos pinos da interface de conexão

Repare que o pino 3 foi reservado para ajustar o contraste do display. Isso permite que você ajuste esse contraste para a melhor visibilidade do texto. Na Figura 4 se pode observar um circuito simples para essa função.

Figura 4: Circuito simples para o ajuste de contraste

O contraste muitas vezes varia em função da temperatura ambiente. Para isso pode-se utilizar o circuito ilustrado na Figura 5, por exemplo, que compensa essa variação.

Figura 5: Ajuste de contraste com compensação de temperatura

Se for utilizado o backlight é necessário providenciar as conexões e dimensionar corretamente o resistor para limitar a corrente nos LEDs. Nas especificações do módulo WH2001B (Figura 6), se pode observar que a corrente típica dos LEDs de backlight (IF) é de 60 mA e a máxima de 75 mA com tensões diretas (VF) correspondentes respectivamente a 3,5 e 3,6V.

ATENÇÃO:Nunca ligue a fonte de alimentação diretamente nos terminais de backlight. Isto provocará o aquecimento excessivo do display e a queima prematura do módulo.

Figura 6: Características elétricas do módulo WH2001B

A Figura 7 ilustra um circuito típico para ativar o backlight. Utilizando os dados da Figura 6, podemos calcular o resistor de limitação de corrente.

Figura 7: Conexões típicas do backlight

Rlimit = (5 – 3,5)V / 60mA = 25 Ohms (Pode-se utilizar os valores comerciais de 22 ou 27 Ohms 5%)

Quando for projetada a conexão do módulo com um microprocessador, é sempre bom lembrar que o operação do módulo LCD é relativamente lenta, se comparada com a de um microcontrolador. Na Figura 8 se pode observar os diagramas de tempos de leitura e escrita da interface com o microcontrolador. É muito importante que se estude esses diagramas e que sejam respeitados os tempos especificados nesses diagramas.

Figura 8: Diagramas de tempo típicos para a leitura e a escrita dos módulos LCD

Uma boa maneira de se verificar se o módulo está pronto para um novo acesso é testar o busy–flag (bit de sinalização de ocupado). Para acessar esse flag, deve-se acionar os bits de controle RS = 0 e R/W = 1 (Read) e o flag poderá ser lido em DB7. Deve-se esperar o término das operações internas enquanto DB7 estiver em 1. Os detalhes você pode ler no manual do controlador.

Controladores de display LCD

No intuito de manter a padronização e compatibilidade entre os módulos de display de diversos fabricantes, adotou-se no início que o componente da Samsung – KS0066 [2] seria o padrão para esse tipo de módulo. É muito comum encontrarmos especificações de controladores como compatíveis com o KS0066. Outros controladores compatíveis: Samsung S6A0069 [3], Sitronix – ST 7066 [4] e Hitachi – HD44780 [5]. O HD44780 atualmente é o mais utilizado.

Quando se compra um módulo de display LCD é interessante se saber qual é o controlador que é utilizado nesse módulo. Os recursos oferecidos pelos controladores variam um pouco além dos recursos básicos comuns para todos. Alguns recursos comuns são a interface com um microcontrolador configurável para 4 ou 8 bits, memória ROM interna com os gráficos correspondentes a cada caractere disponível, opções de Fonts para os caracteres, entre outros. Na Figura 9 se pode observar como é formado graficamente o caractere “A”, numa matriz de pontos (pixels), onde os 1s indicam pixels acesos e os 0s, os pixels apagados.

Figura 9: Caractere “A” numa matriz de pixels (8 x 5)

A seguir serão mostrados os comandos ou instruções que podem ser utilizados nos módulos. O código dessas instruções também é padronizado. Serve para a maioria dos módulos. Veja a Tabela 2.

Tabela 2: Instruções de um módulo LCD

Um outro aspecto importante na utilização do módulo é respeitar a sequência de inicialização, após a energização do módulo. As especificações do controlador fixam o seguinte fluxo (Figura 10).

Figura 10: Sequência de inicialização para operação em 8 bits

Observe que na inicialização existem situações em que não é possível testar o busy-flag, porém é necessário esperar no mínimo o tempo especificado para que o controlador esteja pronto para receber mais um comando.

Depois e inicializado, o módulo pode receber caracteres para serem apresentados no display. Para isso, basta transferi-los de forma adequada para o endereço interno ao controlador correspondente ao da DDRAM (Display Data RAM). O endereço inicial da primeira linha é 0x00, o da segunda é 0x40 etc. Os caracteres deverão estar codificados em ASCII. Simples, não?

Exemplo

A seguir serão apresentados alguns trechos de código desenvolvidos no MPLAB e o compilador C30 da Microchip, para um dsPIC32. Os dados de 8 bits para o display LCD foram conectados ao Port D e os demais sinais em outro Port. O módulo do display utilizado é um módulo no padrão 16 x 2. A seguir se pode observar a definição de diversas constantes e parâmetros para o módulo LCD.

Observação: Como o código está escrito em linguagem C, é muito fácil adaptá-lo para qualquer outro microcontrolador.

A seguir, se pode observar as rotinas que acessam o módulo propriamente dito. Uma rotina que escreve um caractere e outra que escreve uma frase. Observe que na rotina que escreve um caractere é utilizado um temporizador (T4) para realizar as temporizações necessárias.

Rotina Escreve no Display LCD

Rotina Escreve uma frase

O próximo trecho é inserido no programa principal na parte de inicializações.

Se você quiser se aprofundar um pouco mais nesse assunto, sugiro que você leia o artigo técnico Display LCD [7] de Ilton L. Barbacena e Claudio Afonso Fleury.