グラフィックＬＣＤ ＳＧ１２８６４ＡをＰＩＣでＩ２Ｃ接続化する

実は最初にＴＧ１２８６４Ｅを買ってみたが・・・

大きな文字や多彩な情報が表示できるLCDモジュールがあると良いな、
具体的にはトランシーバ等の表示器に使えるLCDが、と思った事が始まりです。
それで、秋月電子で販売されている、１２８×６４ドット グラフィックＬＣＤを購入しました
第一印象は、思ったより小さいな・・・と結構がっかり
ＳＣ１６０２Ｂ位の幅はあるかと勝手に思っていました。
まあ、気を取り直して、まずは制御実験をしてみようと言う事になりましたが・・・
やっぱり小さくて見ずらいので、ＳＧ１２８６４Ａを購入し直し、これで実験としました


参考文献
SG12864ASLB-GB資料　 秋月電子
TG12864E-02A資料　　　秋月電子

ＧＬＣＤ基板内ＰＩＣ１６Ｆ１８２９によるＳＧ１２８６４Ａのプログラミング

当初はSC1602Bのアクセスルーチンを使い回すだけで、CSビットが増えただけ、
すぐ動くかなと軽く考えてました・・・
実際は使い回しルーチンでは、まるで動かず焦りました・・・
結局、LCDアクセスタイミング表を見ながら、作り直す羽目になりましたとさ。
さらに、AccessVBAのプログラミング、それによるフォントデータ作成等を含めると、
思いの外、時間が掛かってしまいました。
まあ、その分結構楽しめたので、当局的にはお得な物件だったのですが・・・

さて、プログラムを作り始めてから気が付いたのですが・・・　(ーー;)　ｵｲｵｲ
ピットパターンを作り始めたら、これが結構メモリ容量を食うと言う事です。
PIC16F1829は8Kワードもあるので、余裕だろうと思っていたのですが、
意外と足りない気がしてきました・・・
当初8X8dot（7X5dot）、16X16dotをそれぞれ256個登録しようと考えていたのです。
で、単純計算したら、8X8dotを256個で2Kワード・・・　うえ～、16X16dot無理じゃん
いきなり挫折しそうになりましたです・・・
結局、8x6dot、16x8dot、20H～DFHの文字コード、と言う事で落ち着いています。
おまけ的に、16x16dotの一部のフォントも、メモリの隙間こっそり入れてみました。
外字登録は今の所対応していません。

（１）コマンドバイトおよびデータバイト
　　ＬＣＤへのコマンドおよびデータに関して、それぞれ１バイトで構成されています。

　１）コントロールビット
　　　Ｄ／Ｉビット：D/I=0でLCDのコントロールコマンド、
　　　　　　　　　　D/I=1でデータ
　　　Ｒ／Ｗビット：1で読み込み、0で書き込み
　　　Ｅビット：今現在提示しているビット列をＬＣＤにラッチさせるためのパルスを生成
　　　　　　　　ラッチパルスは立下りで認識の様です
　　　CS1ビット：1でGCLD左画面へのアクセス、0でアクセスOFF
　　　CS2ビット：1でGCLD右画面へのアクセス、0でアクセスOFF

　２）インストラクション コード
　　ａ）ディスプレイ　ON/OFF
　　　　ＯＮ：３ＦＨ、ＯＦＦ：３ＥＨ
　　ｂ）ディスプレイ スタートライン
　　　　Ｃ０Ｈ＋（００Ｈ～３ＦＨ）　通常は（００Ｈ）すなわちＣ０Ｈを指定
　　　　
　　ｃ）ページアドレス セット
　　　　Ｂ８Ｈ＋（０－７）
　　ｄ）セット アドレス
　　　　４０Ｈ＋（０Ｈ～３ＦＨ）

　３）ＧＬＣＤへの基本的な低レベルアクセス サブルーチン
　　a)ＳＥＮＤ＿ＣＭＤ
　　　Ｗｒｅｇの８ｂｉｔのインストラクション コードを送信
　　ｂ）ＳＥＮＤ＿ＤＡＴＡ
　　　Ｗｒｅｇの８ｂｉｔの(グラフィック)データを送信
　　c)ＲＥＡＤ＿ＳＴＡ
　　　８ｂｉｔのＧＬＣＤステータスを受信、Ｗｒｅｇに入れて返します
　　ｄ）ＲＥＡＤ＿ＤＡＴＡ
　　　８ｂｉｔの(グラフィック)データを受信、Ｗｒｅｇに入れて返します

ＬＣＤ制御プログラム　Ver1.0の概要

グラフィック画面に対しての自由な図形描画は今後のVer対応の事とします。
今回は下記の決まり切った座標での文字パターン描画を行う事までとします。
描画位置指定はＸＹ座標では無く、キャラクタ表示用ＶＲＡＭアドレスを指定します。
その表示位置は、表示モードによって変わります。

今回のメインとなるサブルーチンは下記の１つのみです・・・

　サブルーチン名：ＰＵＴＷ
　　機能：Ｗｒｅｇの文字コード（２０Ｈ～ＤＦＨ）をＧＬＣＤに表示する
　　　　　　表示モード指定レジスタ：ＤＳＰ＿ＭＯＤＥ
　　　　　　表示位置指定レジスタ：ＤＳＰ＿ＡＤＲ
　　　　　　これらを事前に指定してから、呼び出します。

呼び出しに必要な定数・変数詳細

（１）８ｘ６ｄｏｔフォント表示モード　１行２１文字８行構成
　　　ＤＳＰ＿ＭＯＤＥ＝００Ｈを指定
　　　ＤＳＰ＿ＡＤＲ値
　　　　０行目　００Ｈ～１４Ｈ（０桁～２０桁）
　　　　１行目　１５Ｈ～２９Ｈ（２１～４１）
　　　　２行目　２ＡＨ～３ＥＨ（４２～６２）
　　　　３行目　３ＦＨ～５３Ｈ（６３～８３）
　　　　４行目　５４Ｈ～６８Ｈ（８４～１０４）
　　　　５行目　６９Ｈ～７ＤＨ（１０５～１２５）
　　　　６行目　７ＥＨ～９２Ｈ（１２６～１４６）
　　　　７行目　９３Ｈ～Ａ７Ｈ（１４７～１６７）

（２）１６ｘ８ｄｏｔフォント表示モード　１行１６文字４行構成
　　　ＤＳＰ＿ＭＯＤＥ＝０２Ｈを指定
　　　ＤＳＰ＿ＡＤＲ値
　　　　０行目　００Ｈ～０ＦＨ（０桁～１５桁）
　　　　１行目　１０Ｈ～１ＦＨ（１６～３１）
　　　　２行目　２０Ｈ～２ＦＨ（３２～４７）
　　　　３行目　３０Ｈ～３ＦＨ（４８～６３）

（３）１６ｘ１６ｄｏｔフォント表示モード　１行８文字４行構成
　　　ＤＳＰ＿ＭＯＤＥ＝０３Ｈを指定
　　　ＤＳＰ＿ＡＤＲ値
　　　　０行目　００Ｈ～０７Ｈ（０桁～７桁）
　　　　１行目　０８Ｈ～０ＦＨ（８～１５）
　　　　２行目　１０Ｈ～１７Ｈ（１６～２３）
　　　　３行目　１８Ｈ～１ＦＨ（２４～３１）

用意したフォント

（１）８×６dotFONT
　　文字コードは２０Ｈ～ＤＦＨで、英数字カナデータを用意、
　　計192個、960バイトです。
　　縦８文字、横２１文字で最後は2dot余ります
　　7X5フォントを使用、右と下はそれぞれ1dot使用していません
　　文字が小さくて、ちょっと見にくいのが難点で、あまり推奨されません
　　ただし、沢山文字表示できます

（２）１６×８dotFONT
　　文字コードは２０Ｈ～ＤＦＨで、英数字カナデータを用意、
　　計192個、約2Kバイトです。
　　洗練されていませんが、縦４文字、横１６文字、画面いっぱい使用しています。
　　15X7フォントを使用しており、まあまあ見易い大きさだと思います。
　　

　グラフィック描画制御用コマンドワード詳細

　　これはLCDのインストラクションコマンドでは無いです。
　　Ｉ２Ｃ経由でＧＬＣＤ制御PICに与える、描画動作指定コマンドです。
　　今回は、文字位置指定アドレスと文字コードで、
　　指定の位置に文字表示のみとなります。
　　コマンドによって必要なI2Cデータバイト数は変化します。
　　しかし、基本は２バイトのコマンドワードで動作指定します。

（１）Ｉ２Ｃ関連
　　ＰＩＣ内臓ＭＳＳＰを使用します。
　　Ｉ２ＣアドレスはＡＱＭ１６０２と同じ、７ＣＨです
　　ホストＣＰＵへのデータ送信は対応していません。
　　Ｉ２Ｃを介して受信した１バイトデータを「Ｉ２Ｃ＿ＤＡＴＡ」とします

（２）コマンドワード（ＣＭＤ＿ＷＯＲＤ）詳細
　１）構成
　　制御ＰＩＣに１命令送信するのに、Ｉ２Ｃ＿DATA、２バイトを使います
　　最初にコントロールバイト（ＣＭＤ＿ＣＴＲＬ）、
　　次にデータバイト（ＣＭＤ＿ＤＡＴＡ）と言う感じで進行します。
　　このコントロールバイトとデータバイトで、１つのコマンドワードを構成します。
　　（ＣＭＤ＿ＷＯＲＤ＝ＣＭＤ＿ＣＴＲＬ＋ＣＭＤ＿ＤＡＴＡ）
　　その内、コントロールバイトを「ＣＴＲＬ」とします

　２）コントロールバイト「ＣＴＲＬ」の構成
　　ｂｉｔ７　ＣＯ
　　　　　　　１＝連続コマンドワード送信
　　　　　　　０＝最終コマンドワード送信
　　ｂｉｔ６　Ｄ／Ｉ
　　　　　　　１＝データバイトはデータ
　　　　　　　０＝データバイトはコマンド
　　ｂｉｔ５　ＣＰＵ動作指定
　　　　　　　１＝ＰＩＣによる描画（bit4-0はGPU命令となる)
　　　　　　　０＝ＧＬＣＤダイレクト描画制御（ｂｉｔ2-0はGLCD制御線処理）

　　ｂｉｔ４　ＲＥＳＥＲＶＥＤ

　　ｂｉｔ３　ＲＥＳＥＲＶＥＤ

　　ｂｉｔ２　ＣＳ２
　　　　　　１＝ＣＳ２イネーブル
　　　　　　０＝ＣＳ２ディセーブル

　　ｂｉｔ１　ＣＳ１
　　　　　　１＝ＣＳ１イネーブル
　　　　　　０＝ＣＳ１ディセーブル

　　ｂｉｔ０　ＲＥＳＥＴ
　　　　　　１＝ＧＬＣＤをリセットする
　　　　　　０＝通常動作

（３）ＧＰＵコマンド(ＣＴＲＬのｂｉｔ４－０、すなわちＣＴＲＬ＝２０Ｈ～３ＦＨ）

　　ＣＴＲＬ，ｂｉｔ５＝１にてGPUモードとなり、ＣＴＲＬのｂｉｔ構成が変化します。
　　ｂｉｔ０～４はＰＩＣに与えるグラフィック描画命令です
　　ＣＴＲＬ，ｂｉｔ(７～５)はそのままで、ｂｉｔ０～４はＧＰＵ動作命令と認識されます
　　ＣＴＲＬに続くデータバイトとの組み合わせでＧＰＵ命令は構成されます。

　　ＧＰＵ命令　ＣＭＤ＿ＷＯＲＤ＝（ＣＭＤ＿ＣＴＲＬ＋ＣＭＤ＿ＤＡＴＡ）
　１）ＮＯＰ：ＣＴＲＬ＝２０Ｈ、ＤＡＴＡは不要です
　　　機能　何もしない
　　　処理時間　約１０ｕｓ（ＣＴＲＬの処理時間）

　２）ＣＬＲ＿ＰＡＧＥ：CMD_WORD={（ＣＴＲＬ＝２１Ｈ）＋ＤＡＴＡ｝
　　　機能　ＧＬＣＤ画面をクリアします
　　　処理時間　約１５ｍｓ(ＤＡＴＡの処理時間)
　　　ＤＡＴＡ＝００Ｈ～０７Ｈ　左画面の指定ページをクリア
　　　ＤＡＴＡ＝０８Ｈ～０ＦＨ　右画面の指定ページをクリア
　　　ＤＡＴＡ＝１０Ｈ　左右画面をクリア（オールクリア）
　　　ＤＡＴＡ＝１１Ｈ　左画面の全ページをクリア
　　　ＤＡＴＡ＝１２Ｈ　右画面の全ページをクリア
　　　　　　　　

　３）ＤＳＰ＿ＭＯＤＥ：CMD_WORD=｛（ＣＴＲＬ＝２２Ｈ）＋ＤＡＴＡ｝
　　　機能　ディスプレイモード「ＤＳＰ＿ＭＯＤＥ」を指定します
　　　　　　　新たに変更されない限り、指定データは保持されます
　　　処理時間　約１０ｕｓ（ＤＡＴＡの処理時間)
　　　ＤＡＴＡ＝００Ｈ　８ｘ６ｄｏｔフォント キャラクタ表示モード
　　　ＤＡＴＡ＝０２Ｈ　１６ｘ８ｄｏｔフォント キャラクタ表示モード

　４）ＤＳＰ＿ＡＤＲ：CMD_WORD=｛（ＣＴＲＬ＝２３Ｈ）＋ＤＡＴＡ｝
　　　機能　キャラクタ表示ＶＲＡＭアドレス「ＤＳＰ＿ＡＤＲ」のデータを指定します
　　　　　　　新たに変更されない限り、指定データは保持されます
　　　処理時間　約１０ｕｓ（ＤＡＴＡの処理時間)
　　　DATA＝００Ｈ～Ａ７Ｈ（最大）
　　　指定できる範囲は表示モードで違います。

　５）ＷＲＩＴＥ＿ＣＨＡＲ：CMD_WORD=｛（ＣＴＲＬ＝２４Ｈ）＋ＤＡＴＡ｝
　　　機能　ＧＬＣＤに現在の設定で１文字書き込み・表示させます
　　　処理時間　４００ｕｓ（ＤＡＴＡの処理時間、最大値)
　　　事前に「DSP_MODE」、「DSP_ADR」の設定が必要です
　　　ＤＡＴＡ＝文字コード、２０Ｈ～ＤＦＨ

ホストＣＰＵから見た本グラフィック基板制御方法

Ｉ２Ｃインターフェイス経由で簡単なコマンドを送るだけですので楽になります。
ただ、GLCD基板での描画時間が掛かりますので、その間待たされるのが欠点です。
コマンドは「コマンドワード」の２バイトをＩ２Ｃで送信する事が基本です。
コマンド送信は、ウエイトの関係で、命令それぞれで用意しています。
プログラム詳細はPIC16F1823による、サンプルプログラムを参照してください。

（１）パワーオン ウエイト
　　G基板の立ち上がり処理の待ち時間、２秒程度待ちます。
　　その間にMSSP関連の設定準備をします。

（２）「SET_DSP_MODE」 グラフィック・モード指定
　　　Wレジスタにモードデータを入れて呼び出し

（３）「SET_DSP_ADR」　キャラクタVRAMアドレス指定
　　　WレジスタにVRAMアドレスを入れて呼び出し

（４）「PUTW」　Wレジスタの文字コードをLCDに表示
　　　（２）、（３）で指定された条件でLCDに表示されます

（５）「PUTL]　MSAD0、MSAD1レジスタに指定された文字列をLCDに表示
　　　（２）、（３）で指定された条件でLCDに表示されます

８ｘ８、１６ｘ１６フォントエディタによる、キャラクタのビットデータの作成

初期構想で８ｘ８dotと１６x１６dotのデータを作るつもりでした・・・
しかし、ＰＩＣ１６Ｆ１８２９と言えど、ちょっとメモリ領域が不足かなと気づき、
８ｘ６dotと１６ｘ８dot英数カナで、とりあえず様子見かな・・・としました。
ビットパターン作成ですが、当初ＷＯＲＤで専用のマス目用紙を作成し、鉛筆で記入しながら、そこからビットデータを作るつもりでした。
しかし、良く考えるとデータ量がやたら多く、紙での作成は超面倒になりました・・・

と言う訳で、ここは大昔に買ったＭＳオフィスのアクセスＶＢＡを起動、
８ｘ８dot、１６ｘ１６dot用のフォントエディタを即興で作る事にしました。
詳細はフォントエディタのページを参照して下さい。

超手抜きのプログラムですが、下記の最低限の３要素を満たしています
①１６Ｘ１６ドットマトリクス編集画面がある。
　　マウスで１ドットのボタンを押すと、そのボタンの色が変化する、
　　これで、そのまま視覚的にフォントデータを構成できる
②ＳＧ１２８６４のドット画面構成に合わせて、ビットパターンデータを生成できる
　　編集画面は、リアルタイムで縦のビットデータを１６進表示されます。
　　因みにその逆も可能で、１６進データを入力すると、編集画面に反映されます。
③作成データは保存でき、セーブしたデータの呼び出しも簡単
　　これは元々データベースソフトなので、何もしない最低限でも、操作性は問題無
　　これがそのままＬＣＤにコピペ可能なテキストデータとして出力できる

この小プログラムは意外と便利でフォントデータ作成に大活躍してくれました。

ＦＯＮＴエディタＶＢＡソースは、ちょっと恥ずかしいので公開はやめようかな・・・
と思いましたが、別ページにて公開する事にしました。
雑然としているので、読みにくいと思います。
Access2000、或いはそれ以降があれば、VBAソースコード他が参照できると思います。

感想、その他

この基板を製作する意図は、「ＰＩＣキット」用のＧＬＣＤボードでした。
そのため、Ｉ２Ｃインターフェイスで簡単に接続・操作する事を目的としています。
ピン数の少ないＣＰＵで、ＧＬＣＤを操作可能となる点は、大きなメリットと思っています。
今の所は文字の表示のみで、ＳＣ１６０２と機能的に大して変わりませんが、
文字を多く表示させたい、大きな文字を表示させたい、と言う２大目標は実現できました。
低機能の割には、結構ソフト制作に時間が掛かりました。
しかし、一旦基本的な事が出来ると、機能拡張は比較的楽になるので、
今後バグ取りも含めて、バージョンアップしていきたいと思います。
また、フォントデザインが何かイマイチで、ちょっと難儀しましたが・・・
やっぱりイマイチのままでした・・・

その他問題点
GLCD基板側が１コマンドワード受信ごとに処理実行しています。
そのため、ホスト側データ転送に適切なウエイトを挿入する必要があります。
ウエイト不足の場合はI2Cデータの取りこぼしが発生して、誤動作してしまいます。
必要ウエイトは処理によって、それぞれ違います。

その対処方法として、
①ホスト側で状況を見ながら適切なウエイトを入れる（GLCD基板側は簡単になる）
②GLCD基板側の受信バッファで対処（一気に大量に送信されるとバッファが溢れる）
③I2Cのクロックストレッチで対処する（ホスト側が強制的に待たされる）

まず、②のFIFOバッファは少々考えた末、没にして削除しました。
今回は命令種類が少ないので、①のホスト側でのウエイト対処としました。
命令種が増えたら、③のクロックストレッチで処理しようかと考えていますが・・・
また、現在のプログラムには無駄が多く、とりあえず動作しました程度です。
今後は描画処理時間の効率化も徐々に進めて行こうかとは思っています。
このグラフィックＬＣＤは応用範囲が広く、まだまだ楽しめるデバイスです。