Raspberry Pi 2でグラフィック液晶の制御(2)　制御編

※前回の続きです。

前回、グラフィック液晶のざっくりとした説明と接続をやりました。
今回はその液晶を実際に動かしてみたいと思います。

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制御方法

制御信号6本＋8bitコードなので基本的にはキャラクター液晶とそんなに変わりません。
レジスタ選択信号を切り替えて、イネーブルにした後データを転送するという方法にコントローラを選択する信号を追加するだけです。

初期化方法

この液晶を初期化する手順は以下のとおりです。

電源をGPIOからとった場合、Raspberry Piの電源入力と同時にGPIOの5Vから電源が取れるので、OSが起動している間に30ミリ秒は経つので気にしなくてOK。

後はリセットコネクタを1にしてその後0に、ちょっと待ってまた1に戻せば液晶がリセットされます。
その後にディスプレイスタートラインを0に設定、そしてディスプレイの表示をONにすることで初期化完了。
あとはページと行を指定してデータを送ってあげれば液晶を使うことができます。

コーディング

まず必要なライブラリと定数を定義します。

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

// データ線以外のポート定義
// データ線はdigitalWriteByteコマンドを使いたいので
// GPIOの0～7番に接続する。
// ※ R/WはL時書き込みモードなので接続しない。
//   もし万一読み込みモードに設定してしまった場合
//   パイが焼けてしまうので絶対に繋がない。
#define LCD_RS 13 // データ・コマンド切り替え信号
#define LCD_EN 12 // イネーブル信号
#define LCD_C1 10 // コントローラ切り替え信号（右半分）
#define LCD_C2 11 // コントローラ切り替え信号（左半分）
#define LCD_RE 14 // リセット信号

前回で決定したとおり、データコマンド切り替え（レジスタ選択）を13、イネーブル12 コントローラ切り替えを10/11 リセット信号14としました。

main関数を定義します。

int main(int argc,char *argv[]){

※あとでBMPファイルを読み込む際に引数をつけてファイルを指定するので引数を受け取れるようにしておきます。

次にライブラリと液晶を初期化します。

	if(wiringPiSetup() < 0) printf("GPIO Err...");
	int i=0;
	
	//データbit用ポートを出力に設定
	for(i=0;i<8;i++){pinMode(i,OUTPUT);delay(2);} 
	
	
	// データ以外のポートを出力に設定
	pinMode(LCD_RS,OUTPUT);
	pinMode(LCD_EN,OUTPUT);
	pinMode(LCD_C1,OUTPUT);
	pinMode(LCD_C2,OUTPUT);
	pinMode(LCD_RE,OUTPUT);

	digitalWrite(LCD_RE,1);
	delay(50);
	digitalWrite(LCD_RE,0);
	delay(50);
	digitalWrite(LCD_RE,1);

wiringPi初期化→データbit用ポート初期化→それ以外のポート初期化→リセット信号送信

という手順で初期化を行います。
データ用のbitはGPIO.0～7固定なのでループ関数でループさせています。
ただしループが早過ぎるのかdelayを指定しないと初期化がうまくいかない場合がありました。

次に液晶にデータを転送する関数を作ります。

// LCD制御命令
// CntSel＝コントローラセレクト
//　　1＝CS1　　2＝CS2
// rs＝データ・コマンド切り替え
//　　0＝コマンド　1＝データ
// Data　＝　8bit制御データ
int LCD_SET(int CntSel,int rs,int Data){
	int chip_sel[2]={LCD_C1,LCD_C2};
	digitalWrite(chip_sel[0],0);digitalWrite(chip_sel[1],0);
	digitalWriteByte(0);
	digitalWrite(LCD_EN,0);delayMicroseconds(0.45);
	digitalWrite(LCD_RS,rs);delayMicroseconds(2);
	
	digitalWrite(chip_sel[CntSel-1],1);
	digitalWrite(LCD_EN,1);delayMicroseconds(0.45);
	
	digitalWriteByte(Data);
	delayMicroseconds(2);
	digitalWrite(LCD_EN,0);
	digitalWrite(LCD_RS,0);
	digitalWriteByte(0);
	digitalWrite(chip_sel[0],0);digitalWrite(chip_sel[1],0);

	}

この関数は

コントローラ選択解除（CS1/CS2に0）→イネーブル信号＝0　→コントローラ選択→
イネーブル信号＝1　→データ転送→　今使った全部のポートに0を設定

という制御を指定ます。この関数を使用することによって液晶を

LCD_SET（コントローラ選択，レジスタ選択，データ（8bit））;

で制御できます。
例えばCS1に画像データ0xFF（11111111）を転送する場合は以下のように指定します。

LCD_SET（１，１，０ｘＦＦ）；　　※一部記号がみにくいので全角にしています。

この関数を利用してmain関数にて液晶の初期設定を行います。

	// 液晶初期化
	LCD_SET(1,0,0xC0);LCD_SET(1,0,0x3F);
	LCD_SET(2,0,0xC0);LCD_SET(2,0,0x3F);

それぞれのコントローラにスタートライン０指定（0xC0）と表示ON（0x3F）を送信しています。
なお、１６進数は分かりづらいという方は以下のとおりに指定することもできます。

	// 0b…で2進数表記になる CS1での例
	LCD_SET(1,0,0b11000000);
	LCD_SET(1,0,0b00111111);

main関数にBMP読み込み部分を実装します。

	// モノクロ2値 1bit 64x128サイズのBMPファイル読み込み
	// 液晶の入力端子がある方を「下」にした場合
	// Windows標準のペイントで「右90度回転」させればOK。
	// 入力端子を「上」にした場合は「左90度回転」
	unsigned char bhd[62],BMPData[128][8];

	FILE *bmpr;
	bmpr=fopen(argv[1],"rb");
	
	// 読み込み ファイル形式が（1bit BMP 64x128px）だと前提して
	// 色々と端折ってデータ読み込み。↑の形式じゃないとエラー
	fread(bhd,1,62,bmpr);fread(BMPData,1,64*128,bmpr);
	fclose(bmpr);

先ほど引数を読み込めるようにしたのでファイルに引数を代入します。
※この代入方法はあまりお勧めできません。きちんとその文字列がディレクトリ名なのかを確認しましょう。今回はpi上の決まった形式で作成したデータを利用するだけですので色々端折っています。

BMPデータを転送する関数を実装します。

//  BMPデータ転送関数
//  128x8バイトの配列を「末尾 ex: array[127][7]」から転送する
int LCD_BMP(unsigned char BMPData[128][8]){
	int d=0,n=0;
	LCD_SET(1,0,0x3E);LCD_SET(2,0,0x3E);
	// 転送 BMPファイルは左下から記録されているので後ろから読み込む
	for(d=0;d<128;d++){for(n=0;n<8;n++){LCD_SET(1+(d>=64),0,0x40+(d%64));LCD_SET(1+(d>=64),0,0xB8+n);LCD_SET(1+(d>=64),1,BMPData[127-d][7-n]);}}
	LCD_SET(1,0,0x3F);LCD_SET(2,0,0x3F);
	}

この関数は受け渡された［128］［8］の2次元配列を後ろから読み込んでLCDにセットします。やっていることは

LCDの表示をオフ→　［横ドットアドレス指定→
［ページアドレスしてい→ページx（0～7）に縦1行分データ転送］x8］x128
→LCD表示オン

という感じです。この液晶は横64ドットでコントローラがわかれていますので、
横ドットのアドレスは63までしかありませんが、ループは128回しています。これでどうやってコントローラをまたいで転送しているのかというと、「0x40＋（d％64）」の部分で0x40（横ドットアドレス0）に、繰り返し回数を64で割ったあまり（d％64）を足しています。　そしてコントローラの選択は「1＋（d＞＝64）」の部分で行っています。

この「１＋（ｄ＞＝６４）」の（ｄ＞＝６４）の部分は比較演算子で値が６４以上なら真になるようになっています。つまりBoolean型のTRUEが数値だと「１」であることを利用して、ループ回数６４回以上なら１＋TRUE（１）＝２になって、CS2が選択されるというわけです。

この関数を使うには…は単に配列をLCD_BMP（）；の（）の中に指定するだけですので省略

以上のコードをコンパイルします。コンパイルはいつもどおり -lwiringPi を指定するだけです。

例えばこのコードを「glcd」というファイル名でコンパイルした場合以下のとおりにすることで使えます。

root@raspberrypi:~# ./glcd ./gazou.bmp

「./gazou.bmp」が以下の画像だった場合、液晶には以下のように表示されます。

↓

以上、グラフィック液晶に画像を表示する事が出来ました。

今回は画像ファイルを読み込んでそれを表示しましたが、この液晶を制御しているコンピュータはRaspberry Pi 2。PICやAVRなんか目じゃないくらいの広大なメモリとストレージ。そして超高速な演算性能を持っていますし、基本LinuxなのでLinuxで出来る処理はすべてこの液晶に適応できるということです。フォントも自在に変更できますし、フレームバッファを利用すればコンソールやGUIを表示することさえできます。（コンソールはともかくGUIは需要あるのかしらないけど）

考えられる使い方は無限大ですね。

ソースコード

上記のコードを完成させたものを以下に貼っておきます。

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

// データ線以外のポート定義
// データ線はdigitalWriteByteコマンドを使いたいので
// GPIOの0～7番に接続する。
// ※ R/WはL時書き込みモードなので接続しない。
//   もし万一読み込みモードに設定してしまった場合
//   パイが焼けてしまうので絶対に繋がない。
#define LCD_RS 13 // データ・コマンド切り替え信号
#define LCD_EN 12 // イネーブル信号
#define LCD_C1 10 // コントローラ切り替え信号（右半分）
#define LCD_C2 11 // コントローラ切り替え信号（左半分）
#define LCD_RE 14 // リセット信号



int main(int argc,char *argv[]){
	if(wiringPiSetup() < 0) printf("GPIO Err...");
	int i=0;
	
	//データbit用ポートを出力に設定
	for(i=0;i<8;i++){pinMode(i,OUTPUT);delay(2);} 
	
	
	// データ以外のポートを出力に設定
	pinMode(LCD_RS,OUTPUT);
	pinMode(LCD_EN,OUTPUT);
	pinMode(LCD_C1,OUTPUT);
	pinMode(LCD_C2,OUTPUT);
	pinMode(LCD_RE,OUTPUT);

	digitalWrite(LCD_RE,1);
	delay(50);
	digitalWrite(LCD_RE,0);
	delay(50);
	digitalWrite(LCD_RE,1);
	// 液晶初期化
	LCD_SET(1,0,0xC0);LCD_SET(1,0,0x3F);
	LCD_SET(2,0,0xC0);LCD_SET(2,0,0x3F);
	
	
	// モノクロ2値 1bit 64x128サイズのBMPファイル読み込み
	// 液晶の入力端子がある方を「下」にした場合
	// Windows標準のペイントで「右90度回転」させればOK。
	// 入力端子を「上」にした場合は「左90度回転」
	unsigned char bhd[62],BMPData[128][8];

	FILE *bmpr;
	bmpr=fopen(argv[1],"rb");
	
	// 読み込み ファイル形式が（1bit BMP 64x128px）だと前提して
	// 色々と端折ってデータ読み込み。↑の形式じゃないとエラー
	fread(bhd,1,62,bmpr);fread(BMPData,1,64*128,bmpr);
	fclose(bmpr);
	// 読み込んだデータを転送
	LCD_BMP(BMPData);
	

	
}




//  BMPデータ転送関数
//  128x8バイトの配列を「末尾 ex: array[127][7]」から転送する
int LCD_BMP(unsigned char BMPData[128][8]){
	int d=0,n=0;
	LCD_SET(1,0,0x3E);LCD_SET(2,0,0x3E);
	// 転送 BMPファイルは左下から記録されているので後ろから読み込む
	for(d=0;d<128;d++){for(n=0;n<8;n++){LCD_SET(1+(d>=64),0,0x40+(d%64));LCD_SET(1+(d>=64),0,0xB8+n);LCD_SET(1+(d>=64),1,BMPData[127-d][7-n]);}}
	LCD_SET(1,0,0x3F);LCD_SET(2,0,0x3F);
	}
		

// LCD制御命令
// CntSel＝コントローラセレクト
//　　1 ＝CS1　　2 ＝CS2
// rs＝データ・コマンド切り替え
//　　0 ＝コマンド　1 ＝データ
// Data　＝　8bit制御データ
int LCD_SET(int CntSel,int rs,int Data){
	int chip_sel[2]={LCD_C1,LCD_C2};
	digitalWrite(chip_sel[0],0);digitalWrite(chip_sel[1],0);
	digitalWriteByte(0);
	digitalWrite(LCD_EN,0);delayMicroseconds(0.45);
	digitalWrite(LCD_RS,rs);delayMicroseconds(2);
	
	digitalWrite(chip_sel[CntSel-1],1);
	digitalWrite(LCD_EN,1);delayMicroseconds(0.45);
	
	digitalWriteByte(Data);
	delayMicroseconds(2);
	digitalWrite(LCD_EN,0);
	digitalWrite(LCD_RS,0);
	digitalWriteByte(0);
	digitalWrite(chip_sel[0],0);digitalWrite(chip_sel[1],0);

	}

※液晶の個体によってはこのコードでは表示が乱れることがあります。
表示が乱れる場合で、たまに正常に表示できる場合は「LCD_SET」関数内にある2つの

delayMicroseconds(2)

の数字を大きくしてみてください。　（2015年7月18日追記）

余談

ちなみにこの液晶、結構描画速度が高速なので。例えばGIFアニメみたいなパラパラ漫画を表示することも可能です。試してみた感じ15fps程度なら問題なく表示できますし、なんとか30fpsくらいならいけるみたいなので「動画」を表示しても問題ないくらいの描画性能があるみたいです。白黒ですが。

画像を選べばそんなに悪くないな pic.twitter.com/FMZDrFe3lZ

— Sakura87＠多摩提督 (@Sakura87_net) 2015, 7月 9

しかし、残像がひどい。むしろその応答速度の遅さを利用してもっと高速に切り替えて階調表示という手も…。

4諧調で表示してみたがなんかなぁ pic.twitter.com/EtxxdgRwHW — Sakura87＠多摩提督 (@Sakura87_net) 2015, 7月 7

う～ん…。

改版履歴

2015年7月11日：初版
2015年7月18日：ソースコードの部分に注意書きを追加