IT Lab艾鍗學院技術Blog: Raspberry Pi b+ 用Python 控制LCD 16x2 (HD44780) 簡介 Part 4 自訂文字或圖示

接續上一篇，在已知如何傳送指令和資料給LCM模組之後，這裡要介紹如何在模組上畫出自已要的圖並顯示出來。

先觀察一下LCM模組的螢幕，如下圖所示，每個"字"是由左右5個(編號:0~4)、上下8個(編號:0~7)，共 5 x 8 = 40 個點所組成成的。

而在LCM模組之中劃分了一塊記憶體空間提供給使用者儲存多達7個自訂字形。每個字都會占用連續8個byte的記憶體空間。言下之意，會有 7 x 8 = 56 個連續 byte 是使用者自行定義的字形檔空間，其中每個字用8個byte來表示，一個字之中的每條左右橫向5個點由一個byte裡面的前5個bit來控制。每一個點都代表著一個 bit 值，而該值則代表了該點黑(1)或不黑(0)。
如上一行所說，每個byte只會用到5個bit( bit0 ~ bit4 )有3個bit不會用到(bit7 ~ bit5 棄而不用)。舉個例子來說，在記憶體某個字形檔空間的 byte 裡面就像下面這樣:

===============================
bit : 7 6 5 4 3 2 1 0
------------------------------
value: x x x 1 0 1 0 1
pixel:
===============================

如上所示點的黑(1)/白(0)由 bit 4 ~ bit 0 所控制的情形，而該byte的值就是0b00010101 = 0x15。 (bit7~bit5沒用到就都設為0)

然後假設我現在要 "點" 一個形狀怪異的 "A" 字，所以按照上面的所說的一個字要準備好 8 個連續 byte，按照順序點好要點的bit....用文字很難描述。下面用一張試著用圖表來顯示一個格(字)由八個橫條(byte)在LCD的記憶體裡面的情形:

由上圖所示，要準備連續 8 個byte的值(上圖最右側為十六進位值)依序為 0x04, 0x0A, 0x11, 0x11, 0x11, 0x1F, 0x11, 0x11。(一般正常人都會用一個Array裝起來...)但是~~準備好值之後，接下來要怎麼寫到 LCM 的記憶體裡面?

這裡說一下，LCM存放自訂字型資料的記憶體就是 Datasheet 裡面所說的 "CGRAM"，而 7 個字共 56 byte 的 CGRAM 位置範圍為第 0 個到第 55 個byte (0x00 ~ 0x37)。

所以寫第一個字就要從 CGRAM 位置 0x00 開始寫到 0x07 ，第二個字CGRAM位置:0x08~0x0F，第三個字 CGRAM 位置:0x10~0x17 ... 接下來依此類推。

現在自訂字形的 "資料" 已經準備好了，那程式要怎麼寫才行?如果我要把這個辛苦點出來的"A"字放到 CGRAM 的第二個自訂字形位置(0x08~0x0F)。又要如何顯示這個自定字形到LCM螢幕上的指定位置去?

寫資料到指定記憶體位置依序要做兩個動作: 1.先指定記憶體位置。2.寫入資料。

1. 指定記憶体位置:

指定 CGRAM 位置為 0x08 的完整指令寫法為:

指定 CGRAM "指令" 是: 0x40 = (0b 01XX XXXX)。
CGRAM "位置" 是: 0x08 = (0b 0000 1000)。

黃色部份是指令，而綠色的部份是 CGRAM 位置: 0x08。故可以得到完整的指令如下:

(0b 0100 0000) 0x40 "指令"
+ (0b 0000 1000) 0x08 "位置"
--------------------------
(0b 0100 1000) 0x48 "完整指令"

所以我們要先寫入完整指令:"0x48"，之後再寫入byte資料:

如果在開機的時候有做好設定的話，則每寫入一個byte之後，指定的記憶體位置會自動往前遞增一個。所以要連續寫入八個byte，就只需要在寫入第一個byte時指定一次起始位址就好，之後就只需要單純地連續做寫入的動作就好。

上述的一系列個動作，我們利用上一篇教學文已經寫好的函示 write_command() 和 write_data()，在下面呈現出程式碼實作:



myWord = [
    0b00000100,
    0b00001010,
    0b00010001,
    0b00010001,
    0b00010001,
    0b00011111,
    0b00010001,
    0b00010001]


command_set_CGRAM = 0x40

CGRAM_addr = 0x08

write_command(command_set_CGRAM + CGRAM_addr)


write_data(myWord[0])  # <== 寫資料到CGRAM:0x00+0x08
write_data(myWord[1])  # <== 寫資料到CGRAM:0x01+0x08
write_data(myWord[2])  # <== 寫資料到CGRAM:0x02+0x08
write_data(myWord[3])  # <== 寫資料到CGRAM:0x03+0x08
write_data(myWord[4])  # <== 寫資料到CGRAM:0x04+0x08
write_data(myWord[5])  # <== 寫資料到CGRAM:0x05+0x08
write_data(myWord[6])  # <== 寫資料到CGRAM:0x06+0x08
write_data(myWord[7])  # <== 寫資料到CGRAM:0x07+0x08

# 第二個自訂字形寫入完畢
# 把第二個自定字顯示到LCM螢幕的第一行第一個字

write_command(0x80 + 0x00)  # 移動到LCM顯示螢幕的第一行第一個字的位置
write_data(0x01)       # 顯示第二個字定字

再接著給第二個實例，要自定一個如下不明意義的字符到CGRAM中的放置第三個自定字形的位置:

先把要的字符的數值給"點"出來，結果如下。

bit : 7 6 5 4 3 2 1 0 binary Hex
----------------------------------------------------
byte 0 : ==> 0 0 0 1 1 0 1 1 = 0x1B

byte 1 : ==> 0 0 0 1 1 0 1 1 = 0x1B

byte 2 : ==> 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0x00

byte 3 : ==> 0 0 0 1 1 0 1 1 = 0x1B

byte 4 : ==> 0 0 0 1 1 0 1 1 = 0x1B

byte 5 : ==> 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0x00

byte 6 : ==> 0 0 0 1 1 0 1 1 = 0x1B

byte 7 : ==> 0 0 0 1 1 0 1 1 = 0x1B

而CGRAM中第三個自訂字形位置範圍為 0x10 ~ 0x17 所以要先移動到 CGRAM 的 0x10 位置。然後連續寫入0x1B, 0x1B, 0x00, 0x1B, 0x1B, 0x00, 0x1B, 0x1B 八個點陣數值。

下面來看如何用Python實現這樣的事情:


myWord = [
    0b00011011,
    0b00011011,
    0b00000000,
    0b00011011,
    0b00011011,
    0b00000000,
    0b00011011,
    0b00011011]


command_set_CGRAM = 0x40

CGRAM_addr = 0x10

write_command(command_set_CGRAM + CGRAM_addr)


write_data(myWord[0])  # <== 寫資料到CGRAM:0x00+0x08
write_data(myWord[1])  # <== 寫資料到CGRAM:0x01+0x08
write_data(myWord[2])  # <== 寫資料到CGRAM:0x02+0x08
write_data(myWord[3])  # <== 寫資料到CGRAM:0x03+0x08
write_data(myWord[4])  # <== 寫資料到CGRAM:0x04+0x08
write_data(myWord[5])  # <== 寫資料到CGRAM:0x05+0x08
write_data(myWord[6])  # <== 寫資料到CGRAM:0x06+0x08
write_data(myWord[7])  # <== 寫資料到CGRAM:0x07+0x08

# 第二個自訂字形寫入完畢
# 把第二個自定字顯示到LCM螢幕的第一行第一個字

write_command(0x80 + 0x01)  # 移動到LCM顯示螢幕的第一行第二個字的位置
write_data(0x02)       # 顯示第三個自定字

--part1: 硬體設定篇
--part2: 基本指令介紹
--part3: 初始化動作
--part4: 自訂字形

下圖是從Datasheet抓下來的指令表。

下面是這個範例的完整程式碼，請注意PIN腳的設定是否正確。


#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

RS = 20
RW = 21
EN = 26
D4 = 19
D5 = 13
D6 = 6
D7 = 5

def init():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(EN,  GPIO.OUT)
    GPIO.setup(RS, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(RW, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(D4, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(D5, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(D6, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(D7, GPIO.OUT)
    GPIO.output(D4,0)
    GPIO.output(D5,0)
    GPIO.output(D6,0)
    GPIO.output(D7,0)
    GPIO.output(RS,0)
    GPIO.output(RW,0)
    GPIO.output(EN,0)

    sleep(0.1)
    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.002)

    GPIO.output(D5,1)

    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.005)

    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.0002)

    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.0002)

    write_command(0x28)
    sleep(0.0001)
    write_command(0x0c)
    sleep(0.0001)
    write_command(0x01)
    sleep(0.002)


def write_command(cmd):
    GPIO.output(EN,0)
    GPIO.output(RW,0)
    GPIO.output(RS,0)
    GPIO.output(D7, 1 if (0x80 & cmd) else 0)
    GPIO.output(D6, 1 if (0x40 & cmd) else 0)
    GPIO.output(D5, 1 if (0x20 & cmd) else 0)
    GPIO.output(D4, 1 if (0x10 & cmd) else 0)

    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.000001)

    GPIO.output(D7, 1 if (0x08 & cmd) else 0)
    GPIO.output(D6, 1 if (0x04 & cmd) else 0)
    GPIO.output(D5, 1 if (0x02 & cmd) else 0)
    GPIO.output(D4, 1 if (0x01 & cmd) else 0)

    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.00005)


def write_data(data):
    GPIO.output(EN,0)
    GPIO.output(RW,0)
    GPIO.output(RS,1)
    GPIO.output(D7, 1 if (0x80 & data) else 0)
    GPIO.output(D6, 1 if (0x40 & data) else 0)
    GPIO.output(D5, 1 if (0x20 & data) else 0)
    GPIO.output(D4, 1 if (0x10 & data) else 0)

    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.000001)

    GPIO.output(D7, 1 if (0x08 & data) else 0)
    GPIO.output(D6, 1 if (0x04 & data) else 0)
    GPIO.output(D5, 1 if (0x02 & data) else 0)
    GPIO.output(D4, 1 if (0x01 & data) else 0)

    GPIO.output(EN,1)
    sleep(0.000001)
    GPIO.output(EN,0)
    sleep(0.00005)

if __name__=="__main__":
    init()
    myWord = [
        0b00000100,
        0b00001010,
        0b00010001,
        0b00010001,
        0b00010001,
        0b00011111,
        0b00010001,
        0b00010001]

    command_set_CGRAM = 0x40

    CGRAM_addr = 0x08

    write_command(command_set_CGRAM + CGRAM_addr)

    write_data(myWord[0])  # <== 寫資料到CGRAM:0x00+0x08
    write_data(myWord[1])  # <== 寫資料到CGRAM:0x01+0x08
    write_data(myWord[2])  # <== 寫資料到CGRAM:0x02+0x08
    write_data(myWord[3])  # <== 寫資料到CGRAM:0x03+0x08
    write_data(myWord[4])  # <== 寫資料到CGRAM:0x04+0x08
    write_data(myWord[5])  # <== 寫資料到CGRAM:0x05+0x08
    write_data(myWord[6])  # <== 寫資料到CGRAM:0x06+0x08
    write_data(myWord[7])  # <== 寫資料到CGRAM:0x07+0x08

    # 第二個自訂字形寫入完畢
    # 把第二個自定字顯示到LCM螢幕的第一行第一個字

    write_command(0x80 + 0x00)  # 移動到LCM顯示螢幕的第一行第一個字的位置
    write_data(0x01)       # 顯示第二個字定字

    myWord = [
        0b00011011,
        0b00011011,
        0b00000000,
        0b00011011,
        0b00011011,
        0b00000000,
        0b00011011,
        0b00011011]


    command_set_CGRAM = 0x40

    CGRAM_addr = 0x10

    write_command(command_set_CGRAM + CGRAM_addr)


    write_data(myWord[0])  # <== 寫資料到CGRAM:0x00+0x08
    write_data(myWord[1])  # <== 寫資料到CGRAM:0x01+0x08
    write_data(myWord[2])  # <== 寫資料到CGRAM:0x02+0x08
    write_data(myWord[3])  # <== 寫資料到CGRAM:0x03+0x08
    write_data(myWord[4])  # <== 寫資料到CGRAM:0x04+0x08
    write_data(myWord[5])  # <== 寫資料到CGRAM:0x05+0x08
    write_data(myWord[6])  # <== 寫資料到CGRAM:0x06+0x08
    write_data(myWord[7])  # <== 寫資料到CGRAM:0x07+0x08

    # 第二個自訂字形寫入完畢
    # 把第二個自定字顯示到LCM螢幕的第一行第一個字

    write_command(0x80 + 0x01)  # 移動到LCM顯示螢幕的第一行第二個字的位置
    write_data(0x02)       # 顯示第三個自定字

Python 控制 LCM模組的Code 可在 Github 下載。
https://github.com/itrobotics/python_LCM_control