Aris Edge S3A3 – nakładka z wyświetlaczem TFT Aris Edge LCD

Moduł Aris Edge S3A3 z mikrokontrolerem Renesas Synergy S3 ma wyprowadzenia zgodne ze standardem Arduino. Umożliwia to dołączenie wielu układów (płytek) rozszerzeń przeznaczonych dla tego standardu. Producent modułu mikrokontrolera oferuje własny moduł kolorowego graficznego wyświetlacza TFT zintegrowanego z rezystancyjnym panelem dotykowym, sprzętowo zgodny z tym standardem. Kolorowy wyświetlacz z panelem dotykowym pozwala na zaprojektowanie i wykonanie atrakcyjnego i funkcjonalnego interfejsu użytkownika.

Zachęcamy do przeczytania artykułu opisującego płytkę Aris Edge S3A3 z mikrokontrolerem Renesas Synergy S3: Aris Edge S3A3 – moduł z mikrokontrolerem Renesas Synergy S3

W nakładce użyto kolorowej matrycy TFT o rozdzielczości 176×220 pikseli sterowanej przez specjalizowany sterownik Ilitek ILI9225. Wybrane właściwości ILI 9225 zostały wyszczególnione poniżej:

  • Sterowanie matrycą kolorowego wyświetlacza o rozdzielczości 176×220 pikseli
  • Wbudowana pamięć obrazu RAM
  • Interfejsy komunikacyjne:
    1. i80 z magistralą o szerokości 8, 9,16 lub 18 bitów
    2. M68 z magistralą o szerokości 8, 9, 16 lub 18 bitów
    3. SPI
  • Funkcja adresowania obszaru okna (definiowany obszar prostokąta) w pamięci obrazu RAM
  • Możliwość programowej zmiany orientacji wyświetlanej informacji na ekranie.
  • Zasilanie napięciem od 2,5V do 3,3V.
  • Wbudowany układ pompy ładunkowej do uzyskiwania podwyższonego napięcia zasilającego drivery sterujące pikselami matrycy

Sterowanie wyświetlaniem odbywa się przez zapisywanie rejestrów sterujących oraz zapisywanie pamięci obrazu RAM. Kolor każdego piksela jest zapisany na 18 bitach pamięci obrazu, czyli dla rozdzielczości 176×220 mamy 176*220*18 = 696960 bitów i musimy zapewnić przestrzeń o takiej pojemności. Dostęp do pamięci jest 8-bitowy, więc jest ona zorganizowana jako pamięć o pojemności 696960/8 = 87120 bajtów. 18-bitowa głębia koloru daje możliwość wyświetlania dużej ilości odcieni. W bardzo wielu realizacjach interfejsu użytkownika nie jest to potrzebne i doskonale sprawdza się rozdzielczość 8 bitowa. W dalej opisywanym programie przykładowym jest wykorzystywana aplikacja Guix generująca obrazy w rozdzielczości 8 bitowej i tak są zapisywane w lokalnym buforze pamięci RAM mikrokontrolera. Te 8-bitowe dane przeznaczone do wyświetlania pobierane z lokalnego bufora są konwertowane przed wysyłaniem do sterownika na postać 16-bitową. Pozwala to zaoszczędzić połowę pojemności lokalnego bufora RAM bez wpływu na jakość wyświetlania.

Sterownik zapewnia wszystkie niezbędne układy potrzebne do prawidłowego sterownia matrycą:

  • Programowo sterowany układ generowania poziomu napięcia zasilającego drivery
  • Układ generowania przebiegów czasowych. Źródłem sygnału zegarowego jest wbudowany oscylator RC z możliwością ustalania częstotliwości pracy przez dołączany zewnętrzny rezystor
  • Liczniki adresujące pamięć obrazu RAM
  • Układy interfejsów komunikacyjnych

Moduły wyświetlacza z wbudowanymi sterownikami mogą się komunikować z mikrokontrolerami przez magistrale równoległe lub szeregowe. W systemach, w których niezbędna jest szybka wymiana dużych ilości danych (np. animacji graficznych) warto rozważyć stosowanie interfejsu równoległego. Jest to jednak kłopotliwe, bo wymaga użycia wielu linii portów i realizacji dużej linii połączeń. W większości przypadków do komunikacji z wyświetlaczem wystarczy szybki interfejs szeregowy. W wyświetlaczu do modułu Aris Edge S3A3 wybrano interfejs SPI zbudowany z linii:

  • LCD_MOSI – linia danych wysyłanych z mikrokontrolera do sterownika wyświetlacza
  • LCD_SCLK – linia zegara taktującego przesyłaniem danych
  • LCD_CS – linia wyboru aktywnego układu na magistrali SPI
  • LCD_DC – linia sterująca przeznaczeniem zapisywanych danych. Dla DC=”L” dane przesyłane magistralą określają adres rejestru, a dla DC=”H” dane są zapisywane pod wybranym adresem

Na rysunku 1 pokazano przykład przebiegów elektrycznych na magistrali dla przypadku zapisu rejestru sterującego daną. Jak widać wymaga to transferu dwóch bajtów: indeksu rejestru (komendy) i danej wpisywanej do rejestru zaadresowanego przez pierwszy bajt.

Rysunek 1. Zapisanie rejestru sterującego daną

Przebiegi sterujące dla wszystkich możliwych transferów danych można znaleźć w dokumentacji sterownika.

Interfejs jest uzupełniony o linię zerowania LCD_RESET# i linię LCD_BL sterującą jasnością podświetlania panelu TFT. LCD_BL jest sterowania przebiegiem PWM – rysunek 2.

Rysunek 2. Układ sterowania podświetlaniem panelu TFT

Wyprowadzenia sygnałów magistrali sterującej SPI i sygnałów dodatkowych zostały pokazane na rysunku 3.

Rysunek 3. Podłączenie sygnałów magistrali SPI

Wbudowany w wyświetlacz rezystancyjny, 4-ro przewodowy panel dotykowy jest obsługiwany przez specjalizowany sterownik SX8676. Analogowe sygnały z wyprowadzeń panelu (X+, X-, Y+ i Y-) są mierzone przez wbudowane przetworniki analogowo-cyfrowe. Zmierzone wartości podlegają cyfrowej obróbce i po tym procesie można je odczytywać z układu przez magistralę I2C. Na rysunku 4 pokazano fragment schematu z układem sterownika panelu, a na rysunku 5 podłączenie linii magistrali I2C i sygnałów dodatkowych do wyprowadzeń modułu wyświetlacza.

Rysunek 4. Sterownik panelu dotykowego

Rysunek 5. Podłączenie sygnałów sterownika panelu dotykowego

Firmowa aplikacja demonstracyjna dostarczana razem z modułem Aris Edge S3A3 odczytuje dane pomiarowe ze wszystkich czujników. Oprócz przesłania ich przez łącze Bluetooth do aplikacji smatfonowej, może również je wyświetlać na opisywanym wyświetlaczu. Oczywiście obie płytki: mikrokontrolera i wyświetlacza należy ze sobą połączyć – rysunek 6.

Rysunek 6. Połączone płytki

Do połączenia wykorzystuje się szpilki umieszczone pod spodem płytki mikrokontrolera. Górne złącza (gniazda) pozostają wolne i można do nich podłączać dodatkowe moduły rozszerzeń.

Firma Arrow Electronics przygotowała 10 zestawów, w skład których wchodzą Aris Edge S3A3 oraz nakładka z ekranem LCD Aris Edge LCD. Będą one nagrodami w konkursie, w którym pytania oparte będą na treści artykułów o zestawie. Zadania konkursowe ogłoszone zostaną we wrześniu. Serdecznie zapraszamy do udziału już teraz!

O autorze

Absolwent Wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej, współpracownik miesięcznika Elektronika Praktyczna, autor książek o mikrokontrolerach Microchip i wyświetlaczach graficznych, wydanych nakładem Wydawnictwa BTC.
Zawodowo zajmuje się projektowaniem zaawansowanych systemów mikroprocesorowych.