Как подключить дисплей HPDL-1414 к Arduino

Для работы нам понадобятся:

• Ардуино UNO (или совместимая плата);
• экран со светодиодами HPDL-1414;
• макетная плата;
• соединительные провода;
• персональный компьютер или ноутбук.

1Описание и подключение«умного» экрана HPDL-1414

Экран HPDL-1414 – это миниатюрный модуль размером 20×17.5 мм и высотой 6 мм без учёта высоты выводов. На экран одновременно можно выводить до 4-х символов. К недостаткам дисплея можно отнести то, что символы, которых нет в ПЗУ дисплея, вывести невозможно, т.е. произвольное управление сегментами дисплея не предусмотрено.

Высота каждого символа – 2.85 мм, ширина – 2.1 мм. Символ состоит из 16-ти сегментов и десятичной точки. Сегменты обозначаются латинскими буквами от A до M.

На боковой грани модуля, на которой расположен вывод 1, располагается маркировка вида HPDL 1414 YYWW Z. Здесь HPDL 1414 – название модуля; YYWW – это год и неделя изготовления, а Z – это категория интенсивности свечения.

Всего имеются 4 категории яркости:

В соответствии со сказанным, дата изготовления приведённого на фотографии модуля – 41-я неделя 1999 года, и самая большая яркость свечения (категория K).

Модуль HPDL 1414 имеет 12 «ножек»-выводов. Первая ножка обозначена срезом на верхней продольной выступающей полоске. Назначение выводов следующее:

Выводы располагаются на корпусе модуля против часовой стрелки.

Напряжение питания экрана составляет от 4.5 до 5.5 В.

2Принципы работы с экраном HPDL-1414

Дисплей HPDL-1414 имеет встроенную память, в которой записаны 64 символа. Для вывода заданного символа на дисплей прежде всего необходимо с помощью линий адреса A0 и A1 выбрать один из четырёх разрядов экрана. И после этого выставить на линиях данных D0…D6 адрес ячейки памяти нужного символа в соответствии с приведённой таблицей.

Кстати, приведённая таблица представляет собой первые 64 печатных символа из таблицы символов ASCII. ASCII – это таблица, в которой в определённом стандартизированном порядке представлены распространённые печатные (и непечатные) символы.

Например, для вывода на экран HPDL-1414 символа "@" необходимо выставить на линии данных D0..D6 шестнадцатеричное число 0x40. В этом и заключается функциональность ASCII-декодера: он преобразует числовой код символа из таблицы ASCII в символ на экране.

Временная диаграмма передачи данных представлена ниже.

На диаграмме используются следующие обозначения.

Согласно диаграмме, сначала следует выставить разряд символа экрана (от 0 до 3) на линиях A0 и A1, затем опустить строб записи данных WR#, затем выставить адрес символа согласно таблице ASCII на линиях D0..D6, а затем поднять строб WR#.

3Управление экраном HPDL-1414 с помощью Arduino

Теперь у нас есть все необходимые данные для работы с дисплеем 1414. Подключим его к Arduino вот по такой схеме.

И напишем первый скетч, в котором будем явно назначать для каждого разряда символ:

#define AD0 2 // пины установки разряда экрана HPDL 1414
#define AD1 3
#define WR 4 // пин разрешения записи
const int D[]={5,6,7,8,9,10,11}; // номера пинов для D0..D6

void setup() {
  // задаём режимы работы выводов Arduino
  pinMode(AD0,OUTPUT);
  pinMode(AD1,OUTPUT);
  pinMode(WR,OUTPUT);
  for (int i=0; i<7; i++){ pinMode(D[i],OUTPUT); }
  
  digitalWrite(WR, HIGH); // ставим строб разрешения записи в исходное состояние
  
  // Выводим на экран HP1414 четыре символа:
  writeChar(3, 'A'); // переменная типа Char указывается в одинарных кавычках
  writeChar(2, 'A');
  writeChar(1, 'V');
  writeChar(0, 'E');
}

void loop() {
    // ничего не делаем
}

// Выводит в заданный разряд экрана заданный символ
void writeChar(int digit, unsigned char chr) {
    digitalWrite(AD0, 1 & digit); // выставляем младший разряд адреса
    digitalWrite(AD1, 1 & digit>>1); // выставляем старший разряд адреса
    digitalWrite(WR, LOW); // разрешаем запись данных
    int address = (int)chr; // переменная типа char хранит номер символа в таблице ASCII,
        // поэтому достаточно преобразовать его в int
    for (int i=0; i<7; i++) {
        digitalWrite(D[i], address>>i & 1); // поразрядно выставляем адрес символа на линии данных D0..D6
    }
    digitalWrite(WR, HIGH); // запрещаем запись данных, символ выводится на экран
}

Получим такой результат:

Тут нужно дать несколько пояснений. В функции writeChar() имеется строка int address = (int)chr, которая преобразует символ типа Char в целое число. Дело в том, что переменные типа Char в Arduino сами по себе хранят численные значения символов согласно таблице ASCII. Поэтому достаточно преобразовать переменную типа Char в Integer, чтобы узнать её адрес в таблице ASCII. Например, символ "A" при преобразовании в Integer будет 65 или 0x41. А это как раз то, что нам и нужно выставить на линиях D0..D6 экрана HPDL 1414.

Далее с помощью операции сдвига >> i мы сдвигаем адрес символа на i разрядов, берём младший разряд сдвинутого числа с помощью операции логического умножения & 1. Таким образом каждый разряд выставляем на соответствующих линиях данных D0..D6.

Операция логическое «И» называется конъюнкция или логическое умножение.

4Вывод бегущей строки на экран HPDL-1414 с помощью Arduino

Теперь немного усложним задачу: будем выводить на экран 1414 бегущую строку. По сути, у нас уже есть всё необходимое для этого. Добавим лишь одну функцию, которая будет разбивать переданную строку на подстроки и выводить их со сдвигом на экран.

void writeString(String s) {
    s.toUpperCase(); // т.к. в ПЗУ символы только в верхнем регистре, 
        // то переводим строку в верхний регистр
    int t = 150; // длительность задержки, мс
    int position = 0; // текущая позиция в строке
    for (int i=0; i<s.length()+4; i++)  {  // выводим по 4 символа строки
        for (int dig=0; dig<4; dig++) { // один символ на один разряд индикатора
            writeChar(3-dig, s.charAt(position+dig));
        }
        position += 1; // смещаемся на 1 позицию в строке
        delay(t); // задержка регулирует скорость бегущей строки
    }
}
  

Использовать эту функцию крайне просто:

    writeString("hello, soltau.ru!");

Если добавить этот вызов в функцию loop(), то получим бесконечно бегущую строку на экране.

А чтобы строка как бы «выезжала» с правого края дисплея, добавим перед циклом for в предыдущем скетче в функцию writeString() вот что:

// выводим первые 4 символа строки:
writeChar(0, s.charAt(0));
delay(t);
writeChar(1, s.charAt(0));
writeChar(0, s.charAt(1));
delay(t);
writeChar(2, s.charAt(0));
writeChar(1, s.charAt(1));
writeChar(0, s.charAt(2));
delay(t);  

Конечно, использовать 7 выводов для управления дисплеем весьма расточительно. Чтобы сэкономить выводы Arduino можно использовать сдвиговый регистр (шифтер). Он преобразует последовательный интерфейс SPI в параллельный, и с его помощью можно сократить число задействованных выводов до 4-х. Ну и ещё 2 вывода для выбора разряда дисплея. Всего будет задействовано 6 выводов вместо текущих 9-ти. Подключение сдвигового регистра 74HC595 мы подробно обсуждали здесь. Можно воспользоваться и другим сдвиговым регистром, на ваше усмотрение.