Projekt 3 Alfabeetiline LCD

Ühendada Arduino plaadiga LCD laiendusplaat. Laiendusplaat toimib Arduino peal ainult ühte pidi. Õige ühenduse korral on kõik laiendusplaadi jalad Arduino plaadiga kontaktis ja plaadi serv on Arduino plaadi USB pesa poolt üle ääre.

Alfabeetiline ekraan on ühevärviline LCD, mida võib ette kujutada kui paljudest väikestest graafilistest ekraanidest koosnevat moodulit. Ühe sellise väikse graafilise ala suurus on 8×5 pikslit, mis on optimaalne kõiksugu tähemärkide kuvamiseks. Need väiksed pikslite kogumid asetsevad üksteise suhtes sümmeetriliselt ridades ja veergudes.
Tähemärgid on ekraani draiveri mälus juba olemas ja nende kuvamiseks on vaja saata ASCII tabeli järgi vastav number. Lihtsuse mõttes teeb teek “LiquidCrystal” selle töö juba kasutaja eest ära ja ekraanile kirjutamine ei ole keerulisem kui jadaporti teksti kirjutamine. Lisaks LCD-le kirjutamisele tuleb aeg-ajalt muuta ka kursori asukohta, mida saab teha setCursor(veerg, rida) käsuga.
Näiteprogramm alustab ekraani seadistamisega: määratakse ära ühendusviigud ja ekraani suurus, mis on tarvilik ekraani korrektseks funktsioneerimiseks. Järgnevalt trükime ekraanile tervitusteksti, mis jääb püsivalt ülemisele reale alles. Teisele reale liigume eelnevalt mainitud käsuga ning kirjutame sinna programmi töötamise aja sekundites. Kuna pärast tähemärkidele kirjutamist liigub kursor automaatselt edasi, siis tuleb pärast igat tsükli läbimist ka kursori positsioon uuesti algusesse määrata. Kui käesolevale tähemärgile ekraanil on juba midagi trükitud, siis uue tähemärgi samale kohale trükkimisel kustutatakse eelnev tähemärk automaatselt ära.
Täpsemalt teegi “LiquidCrystal” toetatud käskudest leiab siit: https://www.arduino.cc/en/Reference/LiquidCrystal

/*
Nimetus: Näide #3.1
Kirjeldus: LCD ekraanile kirjutamine
*/
// Vajaliku teegi kaasamine
#include <LiquidCrystal.h> 
 
// LCD objekti tekitamine ja ühendusviikude määramine. 
// NB! Need viigud võivad olla erinevatel LCD laiendusplaatidel erinevad
LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);
 
void setup() 
{
  // LCD ridade ja veergude määramine vastavalt riistvarale 
  lcd.begin(16, 2); 
 
  // Ekraani tervitusteksti kuvamine
  lcd.print("Tere Tallinn!"); 
}
 
void loop() 
{
  // Kursori asukohta muutmine: esimene veerg(tähis 0) ja teine rida (tähis 1)
  lcd.setCursor(0, 1); 
 
  // Ekraani loenduri väärtuse kuvamine
  lcd.print(millis()/1000); 
}

Käesoleva LCD mooduli draiver võimaldab lisaks ASCII tabeli tähemärkidele lisada ka erikujulisi tähemärke. Tähemärgi lisamiseks on vaja tekitada ühe tähemärgi pikslite arvule vastav massiiv. Selle massiiviga määratakse ära tähemärgi aktiivsed pikslid. Pärast tähemärgi ekraani draiveri mällu laadimist käsuga createChar(), on see püsivalt ekraani mälus, kuni see kirjutatakse kasutaja poolt üle uue tähemärgiga.. Tähemärk säilub mälus ka pärast toite lahti ühendamist. Tähemärgi kuvamine toimub käsuga write(tähemärgi nr). Programmis sulgudes olev uint8_t on vajalik muutuja tüübi konverteerimiseks ekraanile sobilikuks. Kuna draiveri mälu on piiratud, siis maksimaalselt saab tekitada 8 erikujulist tähemärki.

/*
Nimetus: Näide #3.2
Kirjeldus: Erikujuliste tähemärkide tekitamine ja kuvamine LCD ekraanil
*/
// Vajaliku teegi kaasamine
#include <LiquidCrystal.h>
 
// LCD objekti tekitamine ja ühendusviikude määramine
LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);
 
/* Massiiv erikujulise tähemärgi tekitamiseks,
   "0b" numbrite ees ütleb kompilaatorile, et tegemist on kahendsüsteemis arvuga,
   kahendsüsteemi arvude kasutamisel tekib parem arusaam
   kuvatavate pikslite asukohtadest */
byte customChar[8] = 
{
  0b11111,
  0b00000,
  0b01010,
  0b00000,
  0b10001,
  0b01110,
  0b00000,
  0b11111
};
 
void setup()
{
  // Tekitab uue erikujulise tähemärgi draiveri mällu kohale 0
  lcd.createChar(0, customChar); 
 
  // LCD ridade ja veergude määramine vastavalt riistvarale
  lcd.begin(16, 2); 
 
  // Erikujuliste tähemärkide kuvamine ekraanil kohal 0 
  lcd.write((uint8_t)0); 
}
void loop()
{
  /* Tsüklis ei tehta midagi kogu tegevus
     on sooritatud juba setup funktsioonis */
}

Järgnevas näites võtame kasutusele LCD laindusplaadil olevad nupud. Programmi tööpõhimõtte mõistmiseks on soovitav tutvuda nuppude ühendusskeemiga 5. peatüki sissejuhatuses. Nimelt kasutame nuppude lugemiseks eelnevast peatükist tuttavat analogRead() käsku. Iga nupu vajutamisel saame erineva analoogväärtuse, mida kasutame ära, et tuvastada vajutatud nupp. Mitme nupu samaaegsel vajutamisel programm eelistab väiksema väärtusega nuppu.
Programm alustab sarnaselt eelnevatele näidetele LCD seadistustega. Loetavuse parendamiseks tekitatame konstandid iga nupu jaoks. Peatsükli (loop) koodi ridade arvu vähendamiseks loome uue funktsiooni nimega kontrolliNuppe. Kutsume seda välja võimalikult tihedalt, et ükski nupu vajutus ei jääks mikrokontrolleril märkamata. Kui ühtegi nuppu pole vajutatud, siis tagastab funktsioon alati konstandi nuppNone. See tuleneb, sellest, et tavaolekus on analoogsisendi peal pull-up takisti ja seetõttu on analoogsisendi väärtus suurem kui 790. Tuvastanud nupu vajutuse kuvab programm saadud analoogsisendi väärtuse ekraanile. Lisaks on programmi lisatud käsk clear(), mis on vajalik, et uue väärtuse kuvamisel ei jääks ükski number vanast väärtusest ekraanile näha. Vastasel juhul näiteks väärtuse 783 üle kirjutamisel väärtusega 50 jääks eelmisest väärtusest kolmanda positsiooni number 3 ikka veel ekraanile ja tekitab seetõttu arusaama nagu oleks tegelik väärtus 503.

/*
Nimetus: Näide #3.3
Kirjeldus: LCD laiendusplaadi nuppude lugemine
*/
// Vajaliku teegi kaasamine
#include <LiquidCrystal.h>
 
// LCD objekti tekitamine ja ühendusviikude määramine
LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);
 
// Nupude konstandi defineerimine 
const int nuppRIGHT = 0;
const int nuppUP    = 1;
const int nuppDOWN  = 2;
const int nuppLEFT  = 3;
const int nuppSELECT = 4;
const int nuppNONE  = 5;
 
/* Globaalsed muutujad */
// Vajutatud nupu muutuja konstandi salvestamine
int vajutatudNupp;
// Aanaloog sisendi muutuja väärtuse salvestamine
int nupuSisend; 
 
void setup() 
{
  // LCD ridade ja veergude määramine vastavalt riistvarale
  lcd.begin(16, 2); 
 
  // Ekraani info kuvamine
  lcd.print("ADC: ");
 
  // Ekraani analoog sisendi A0 väärtuse kuvamine
  lcd.print(analogRead(A0)); 
}
void loop() 
{
  /* Kutsub välja funktsiooni "kontrolliNuppue()" 
   ja salvestab tagastatud väärtuse muutujasse */
  vajutatudNupp = kontrolliNuppe(); 
 
  // Kontrollib kas mõni nupp on alla vajutatud 
  if(vajutatudNupp < nuppNONE)
  {
    lcd.clear(); // Puhastab ekraani ja liigutab kursori tagasi algasendisse
 
    lcd.print("ADC: "); // Teksti kuvamine ekraanil
 
    lcd.print(nupuSisend); // Muutuja väärtuse kuvamine ekraanil
 
    delay(500); // Lühike viide, et ekraanil väärtust liiga kiirelt ei uuendataks
  }
}
 
// Funktsioon võtab analoog sisendi väärtuse ja võrdleb olemasolevate väärtustega.
// Tagastab arvu vahemikus 0 kuni 5 vastavalt defineeritud konstandile
int kontrolliNuppe()
{
 // Salvestab muutujasse analoog väärtuse viigult A0    
 nupuSisend = analogRead(A0); 
 if (nupuSisend < 50)   return nuppRIGHT;
 if (nupuSisend < 195)  return nuppUP;
 if (nupuSisend < 380)  return nuppDOWN;
 if (nupuSisend < 555)  return nuppLEFT;
 if (nupuSisend < 790)  return nuppSELECT; 
 
 return nuppNONE;  // Kui ühtegi nuppu pole vajutatud, siis tagastatakse nuppNONE
}

Muuta näiteprogrammi nii, et mõlemale reale tekkiv tekst oleks võimalikult keskele joondatud.

Koostada animatsioon LCD ekraanil, kasutades ise genereeritud tähemärke. Tähemärkide massiivide tekitamiseks kasutada generaatorit, mille leiab siit: https://omerk.github.io/lcdchargen/

Muuta näiteprogrammi nii, et nupud “RIGHT”, “LEFT”, “UP” ja “DOWN” muudavad kuvatava teksti asukohta LCD ekraanil. Tulemusena peaks nupu vajutamisel tekst liikuma nurka vastavalt vajutatud nupu suunale. Nt. Nupu “DOWN” vajutamisel liigub tekst alumisele reale ja nupu “RIGHT” vajutamisel paremasse äärde.