Vajalikud teadmised: [HW] LCD moodul, [LIB] Alfabeetiline LCD, [LIB] Viide,
[PRT] Perioodiline katkestus

Teksti LCD ehk alfabeetiline LCD on vedelkristall-ekraan (inglise keeles liquid crystal display), mis on ette nähtud tähtede ja numbrite kuvamiseks. Inglise keeles nimetatakse seda kui alphanumeric LCD. Lihtsamates vedelkristall-ekraanides kasutatakse läbipaisvate elektroodide vahele paigutatud vedelat kristalli, mis muudab elektriväljas läbiva valguse polarisatsiooni. Elektroode katavad veel polarisatsioonifiltrid, mis tagavad, et kogu ekraani saab läbida vaid ühtpidi polariseeritud valgus. Kui vedelkristall elektrivälja mõjul polarisatsiooni muudab, siis valgus ekraani või selle osa (segmenti) läbida ei saa ning see paistab tumedana.

Põhiline iseloomustaja on alfabeetilise LCD juures tema segmentide paigutus. Ekraan on jagatud paljudeks indikaatoriteks. Igal indikaatoril on kas piisavalt palju segmente tähtede ja numbrite kuvamiseks või moodustub see väikeste ruudukujuliste segmentide (pikslite) maatriksist. Näiteks 5×7 pikslisest maatriksist piisab kõigi numbrite, ladina tähestiku ja täppidega tähtede kuvamiseks. Indikaatoreid on tavaliselt 1-4 rida ja 8-32 tulpa. Igal indikaatoril on väike vahe sees, täpselt nagu tekstis tähtedelgi.

Alfabeetilise LCD pikslite maatriksitest moodustatud tekst

Alfabeetiline LCD ekraan koosneb peale ekraani enda veel ka kontrollerist, mis vastavalt sideliidesest tulevatele käskudele juhib ekraani segmente. Kontrollerisse on eelnevalt sisse programmeeritud tähekaart, kus igal tähel, numbril või märgil on oma järjekorranumber ehk indeks. Ekraanil teksti kuvamine toimub põhimõtteliselt LCD kontrollerile tähtede indekseid saates. Tegelikkuses tuleb LCD kontrolleritele ka mitmeid juhtkäske saata, enne kui midagi kuvama hakatakse. Iga konkreetse LCD ekraani kasutamiseks tuleb tutvuda enne selle andmelehega, kuna neid on väga erinevaid ning ühtlasi ka nende juhtimine toimub erinevalt.

Alfabeetilised LCD ekraanid on üldjuhul passiivmaatriksiga, kus segmentide elektrivälja uuendamine toimub kordamööda. Sellest tulenevalt on passiivmaatriksiga ekraanid aeglasemad ja kehvema kontrastiga kui aktiivmaatriks-ekraanid, kus iga segmendi laengut juhib eraldi transistor. LCD ekraane on nii peegelduva taustaga kui taustvalgustusega, vahel isegi mitme erinevat värvi taustvalgustusega. Segmendi värve on alfabeetlistel LCD ekraanidel enamasti siiski üks - reeglina must, kuid esineb ka valge ja värvilise kirjaga ekraane.

Kodulabori digitaalse mooduli külge ühendub 2×16 märgiline alfabeetiline LCD WC1602A. Ekraani juhtimiseks on 4-bitine andmesiin ja 3 juhtviiku, kuid selle suhtlusprotokoll on liiga mahukas, et seda siinkohal lahti seletada. Lihtsuse huvides on ekraani kasutamiseks Kodulabori teegis olemas vastavad funktsioonid, mille lähtekoodi leiab Kodulabori veebilehelt.

Esimene asi, mis ekraani kasutamiseks teha tuleb, on see algseadistada. Vastavaks otstarbeks on funktsioon lcd_alpha_init, millega saab lisada ekraanile ka vilkuva kursori. Ekraanil on olenemata sellest, kas seda on näha või mitte, pidevalt üks aktiivne kursori positsioon, kuhu sisestatakse järgmine täht. Seega tuleb enne teksti sisestamist viia kursor soovitud asukohale. Kursori asukoha muutmiseks on lcd_alpha_goto_xy ja teksti kuvamiseks lcd_alpha_write_string funktsioon. Kõik alfabeetilise LCD funktsioonid on lahti seletatud selle teegis.

Järgnev programmikood demonstreerib alfabeetilise LCD kasutamist kellana. Kellaaeg algab alates “00:00:00” ja suureneb iga ligikaudu sekundiga. Kuna aja lugemine toimub viite funktsiooniga, siis pole see päris täpne. Ebatäpsust selgitab perioodilise katkestuse harjutus. Programm loeb sekundeid ja teisendab need arvutuste abil minutiteks ja sekunditeks. Kellaaja teksti kujule viimiseks on kasutusel C-keele standardfunktsioon sprintf.

//
// Kodulabori alfabeetilise LCD kasutamise näide.
// LCD-le kuvatakse kellaaeg programmi algusest alates.
//
#include <stdio.h>
#include <homelab/module/lcd_alpha.h>
#include <homelab/delay.h>
 
//
// Põhiprogramm
//
int main(void)
{
	int seconds = 0;
	char text[16];
 
	// LCD ekraani seadistamine
	lcd_alpha_init(LCD_ALPHA_DISP_ON);
 
	// LCD ekraani puhastamine
	lcd_alpha_clear();
 
	// Programmi nimi
	lcd_alpha_write_string("Aja loendur");
 
	// Lõputu tsükkel	
	while (true)
	{
		// Sekundite teisendamine kellaaja kujule
		// hh:mm:ss
		sprintf(text, "%02d:%02d:%02d",
			(seconds / 3600) % 24,
			(seconds / 60) % 60,
			 seconds % 60);
 
		// Kellaaja teksti kuvamine LCD teise rea alguses
		lcd_alpha_goto_xy(0, 1);
		lcd_alpha_write_string(text);
 
		// Sekundi suurendamine 1 võrra
		seconds++;
 
		// Riistvaraline paus 1000 millisekundit
		hw_delay_ms(1000);
	}
}

Vajalikud teadmised: [HW] Kasutajaliidese moodul, [LIB] Graafiline LCD, [LIB] Viide,
[PRT] Graafiline LCD

Graafiline LCD on vedelkristall-ekraan, millega saab peale teksti ka kujundeid kuvada. Selle ehitus sarnaneb alfabeetilisele LCD-le ja põhiline erinevus seisneb selles, et graafilisel ekraanil on kõik pikslid jaotatud üle ekraani ühe suure maatriksina. Kui tegu on monokromaatilise graafilise LCD ekraaniga, siis piksel on üks pisike ruudukujuline segment. Värvilistel ekraanidel moodustab üks piksel kolmest alampikslist, millest igaüks laseb läbi värvifiltri kas punast, rohelist või sinist valgust. Kuna alampikslid on lähestikku, paistavad need kui üks piksel.

Graafilise LCD pikslitest moodustatud pilt

Monokromaatilised graafilised ekraanid on tavaliselt passiivmaatriksiga, suured värvilised ekraanid, kaasa arvatud arvutiekraanid, on aktiivmaatriksiga. Kogu tausta- ja pikslite värvi puudutav info on graafilistel LCD-del sarnane alfabeetiliste LCD omadustega ja sarnaselt alfabeetiliste ekraanidega on ka graafilistel ekraanidel eraldi kontroller, mis hoolitseb sideliidese kaudu info vastuvõtmise ja segmentide elektrivälja tekitamise eest. Kui alfabeetilisele LCD ekraanile piisab teksti kuvamiseks märkide indeksite saatmisest, siis graafilised ekraanid ise tähti ei moodusta - kõik tekstid ja pildid tuleb kasutajal ise pikselhaaval tekitada.

Kodulabori III seeria kasutajaliidesele on paigaldatud 128 x 160 piksliga 1.8“ täisvärviline TFT LCD ekraan. Ekraani juhib Sitronixi ST7735 LCD kontroller, mida juhtakse üle SPI siini. Lisaks on juhitav ekraani taustavalgus, kuid ilma taustavalguseta ei ole võimalik ekraani kasutada. Ekraaniga suhtlemine pole kuigi keeruline, kuid funktsioonide suure arvu tõttu pole siinkohal seda lahti seletatud. Kodulabori teegis on olemas funktsioonid selle kasutamiseks.

Graafilise LCD teegi funktsioonid on sarnased alfabeetilise LCD omadele. Esmalt tuleb ekraan algväärtustada funktsiooniga lcd_gfx_init. Teeki on sisse kirjutatud tähekaart kogu ladina tähestiku, numbrite ja üldkasutatavate märkidega. Tähe kõrgus on 7 ja laius 5 pikslit. Iga tähe vahe on horisontaalselt 6 ja vertikaalselt 8 pikslit, ehk kokku mahub ekraanile 6 rida ja 14 tulpa tähti. Tähe või teksti kuvamiseks tuleb eelnevalt lcd_gfx_goto_char_xy funktsiooniga määrata selle asukoht. Tähe kuvamiseks on lcd_gfx_write_char ja teksti kuvamiseks lcd_gfx_write_string funktsioon.

Järgnevalt on toodud näide aja loenduri kohta. Programm loendab sekundeid (ligikaudu), minuteid ja tunde. Aja tekstiks teisendamiseks on kasutusel sprintf funktsioon.

//
// Kodulabori graafilise LCD kasutamise näide.
// LCD-le kuvatakse kellaaeg programmi algusest alates.
//
#include <stdio.h>
#include <homelab/module/lcd_gfx.h>
#include <homelab/delay.h>
 
//
// Põhiprogramm
//
int main(void)
{
	int seconds = 0;
	char text[16];
 
	// LCD ekraani algseadistamine
	lcd_gfx_init();
 
	// Ekraani puhastamine
	lcd_gfx_clear();
 
	// Taustavalgustuse tööle lülitamine
	lcd_gfx_backlight(true);	
 
	// Programmi nime kuvamine
	lcd_gfx_goto_char_xy(1, 1);
	lcd_gfx_write_string("Aja loendur");
 
	// Lõputu tsükkel	
	while (true)
	{
		// Sekundite teisendamine kellaaja kujule
		// hh:mm:ss
		sprintf(text, "%02d:%02d:%02d",
			(seconds / 3600) % 24,
			(seconds / 60) % 60,
			 seconds % 60);
 
		// Kellaaja teksti kuvamine
		lcd_gfx_goto_char_xy(3, 3);
		lcd_gfx_write_string(text);
 
		// Sekundi suurendamine 1 võrra
		seconds++;
 
		// Riistvaraline paus 1000 millisekundit
		hw_delay_ms(1000);
	}
}