【原创重量级】Atmel XMEGA-B1 Xplained —— 段式LCD

hejunpeng

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本帖最后由 hejunpeng 于 2015-4-20 13:15 编辑

Atmel XMEGA-B1 Xplained —— 段式LCD

——基于Atmel Studio 6和Atmel软件框架（ASF）

Atmel XMEGA-B1 Xplained拿到手有段时间了，这篇文章主要是写XMEGA段式LCD是使用方法，由于XMEGA部分型号自带段式LCD驱动功能，这可以大大简化了段式LCD的驱动，使的段式LCD在XMEGA上使用起来更加方便、灵活。XMEGA-B1 Xplained我已经在论坛帖子里详细介绍了，详见以下连接：

【Atmel XMEGA-B1 Xplained —— 开箱、测试】

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-459697-1-1.html

文章主要是基于ASF LCD驱动库函数来介绍的，XMEGA-B1 Xplained板载一个4*40的段式LCD，ASF里面提供了一个LCD - Atmel YMCC24248AAAYDCL(component) 库函数，这个函数是专门针对XMEGA-B1 Xplained板载LCD来用的，使用起来极为方便。这篇文章着重介绍部分LCD使用原理，所以没有采用此库函数，使用的是LCD驱动函数。

整个文章都是基于Atmel AVR XMEGA和Atmel Studio 6写的，先介绍了Atmel Studio 6新建工程项目，接着介绍添加ASF库函数，最后逐一介绍了段式LCD的是使用过程，并附上大量截图和代码，目的是为了大家能看的舒服、用的舒服，当然高手可以跃过此帖了。这篇文章主要分享给正在研究AVR XMEGA、段式LCD、Atmel Studio 6 以及Atmel ASF 的朋友。

下面先附上XMEGA-B1 Xplained段式LCD演示视频：http://v.youku.com/v_show/id_XODc2NDgzNzIw.html?firsttime=0

进入正题

要操作LCD，首先要知道怎样去操作MCU的IO端口，因为对MCU的IO操作是最简单的，它是控制一切外围设备的基础。新建工程、加入ASF库函数、IO操作，这些步骤我已经在论坛帖子里做了更详细的介绍，详见以下链接：

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-459702-1-1.html

新建工程：文件 -> 新建 -> 项目

新建项目类型：选择C/C++语言 -> 选择评估板ASF工程 -> 修改项目名称 -> 确定

选择评估板：XMEGA-B1 Xplained - ATxmega128B1

到这里，工程就新建完成了，下面是添加ASF软件库。

进入ASF向导：ASF Wizard

添加段式LCD驱动：选择Drivers -> LCD Controller driver -> Add

用同样的方法添加TC - Timer Counter 驱动。

添加系统时钟服务：选择Services -> System Clock Control -> Add

应用所有库函数。

段式LCD驱动添加成功后，可以找到lcd.c和lcd.h两个文件。

进入ASF Explorer 可以查看ASF的各种软件包使用方法和说明。如下图，选择展开 LCD controller driver，选择Quick Start Guide，将弹出使用说明的网页。

到这里，所有准备工作就完成了，下面附上程序源代码，后面再详细介绍LCD驱动使用方法。

【注】：代码在于液晶功能演示，没有实时性，使用了大量延时函数，实际应用中，应该去掉延时，引入实时操作特性。

源代码

2./*********************************************************
3.工程名称：XMEGA-B1 LCD
4.硬件平台：Atmel XMEGA-B1 Xplained
5.软件平台：Atmel Studio6.2 SP1
6.创建作者：hejunpeng(Elec-fans)
7.创建时间：2015/1/19
8.*********************************************************/
9.
10.
11.
12.#define F_CPU 8000000L
13.#include <asf.h> //包含 Atmel软件库头文件
14.#include <util/delay.h> //包含延时头文件
15.
16.
17./*********************************************************
18.函数声明
19.*********************************************************/
20.void LCD_Init(void); //LCD初始化
21.void LCD_Display_Full(void); //LCD满屏显示
22.void LCD_Display_ElecFans(void); //LCD显示Elec-Fans
23.void LCD_Display_Atmel(void); //LCD显示Atmel
24.void LCD_Display_EEfcous(void); //LCD显示eefcous
25.void LCD_Display_AVRMCU(void); //LCD显示AVRMCU
26.void LCD_Display_XMEGA(void); //LCD显示XMEGA
27.
28.
29./*********************************************************
30.功能：主程序
31.参数：无
32.*********************************************************/
33.int main (void)
34.{
35.
36.
37. // Insert system clock initialization code here (sysclk_init()).
38. sysclk_init(); //初始化系统时钟
39. board_init(); //初始化评估板
40.
41.
42. // Insert application code here, after the board has been initialized.
43. LCD_Init(); //LCD初始化
44.
45.
46.
47. LCD_Display_Full(); //满屏演示
48.
49. lcd_set_pixel(2, 0); //显示AVR logo
50. lcd_set_pixel(1, 0); //显示USB logo
51.
52. lcd_write_packet(LCD_TDG_7S_4C_gc, 8, "2015", 4, 1); //7段屏显示数字2015
53. LCD_Display_ElecFans(); //滚动显示Elec-Fans
54.
55. while(1)
56. {
57. if (ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_0)==0) //触摸按键CS0按下
58. {
59. LCD_Display_Atmel(); //LCD显示Atmel
60. }
61. if (ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_1)==0) //触摸按键CS1按下
62. {
63. LCD_Display_EEfcous(); //LCD显示eefcous
64. }
65. if (ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_2)==0) //触摸按键CS2按下
66. {
67. LCD_Display_AVRMCU(); //LCD显示AVRMCU
68. }
69. if (ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_3)==0) //触摸按键CS3按下
70. {
71. LCD_Display_XMEGA(); //LCD显示XMEGA
72. }
73.
74. PORTB.OUT = (~(PORTE.IN & 0x0f)<<4)&0xff; //将触摸按键键值映射到LED端口
75.
76. }
77.}
78.
79./*********************************************************
80.功能：LCD初始化
81.参数：无
82.*********************************************************/
83.void LCD_Init(void)
84.{
85. lcd_clk_init(); //设置LCD时钟源
86. lcd_connection_init(false, false, 40, false); //配置LCD硬件连接类型
87. lcd_timing_init(LCD_PRESC_16_gc, LCD_CLKDIV_DivBy4_gc,
88. LCD_LP_WAVE_ENABLE_gc, LCD_DUTY_1_4_gc); //配置LCD工作时序
89. lcd_blinkrate_init(LCD_BLINKRATE_2Hz_gc); //设置LCD闪烁频率
90. lcd_set_contrast(30); //设置LCD对比度
91. lcd_enable(); //使能LCD
92.}
93.
94./*********************************************************
95.功能：LCD满屏演示
96.参数：无
97.*********************************************************/
98.void LCD_Display_Full(void)
99.{
100.
101. /*** 4*40 段式LCD 刷满屏 ***/
102. for (int i=0; i<4; i++)
103. {
104. for (int j=0; j<40; j++)
105. {
106. lcd_set_pixel(i, j);
107. _delay_ms(5);
108. }
109. LED_On(IOPORT_CREATE_PIN(PORTB,7-i)); //LED0-3递增点亮
110. }
111. _delay_ms(150);
112. /*** 4*40 段式LCD 清满屏 ***/
113. for (int i=3; i>=0; i--)
114. {
115. for (int j=39; j>=0; j--)
116. {
117. lcd_clear_pixel(i, j);
118. }
119. LED_Off(IOPORT_CREATE_PIN(PORTB,7-i)); //LED0-3递增熄灭
120. }
121. _delay_ms(150);
122. /*** 4*40 段式LCD 刷满屏 ***/
123. for (int i=0; i<4; i++)
124. {
125. for (int j=0; j<40; j++)
126. {
127. lcd_set_pixel(i, j);
128. }
129. LED_On(IOPORT_CREATE_PIN(PORTB,7-i)); //LED0-3递增点亮
130. }
131. _delay_ms(150);
132. /*** 4*40 段式LCD 清满屏 ***/
133. for (int i=3; i>=0; i--)
134. {
135. for (int j=39; j>=0; j--)
136. {
137. lcd_clear_pixel(i, j);
138. }
139. LED_Off(IOPORT_CREATE_PIN(PORTB,7-i)); //LED0-3递增熄灭
140. }
141. _delay_ms(150);
142. /*** 4*40 段式LCD 刷满屏 ***/
143. for (int i=0; i<4; i++)
144. {
145. for (int j=0; j<40; j++)
146. {
147. lcd_set_pixel(i, j);
148. }
149. LED_On(IOPORT_CREATE_PIN(PORTB,7-i)); //LED0-3递增点亮
150. }
151. _delay_ms(300);
152. /*** 4*40 段式LCD 清满屏 ***/
153. for (int i=3; i>=0; i--)
154. {
155. for (int j=39; j>=0; j--)
156. {
157. lcd_clear_pixel(i, j);
158. _delay_ms(5);
159. }
160. LED_Off(IOPORT_CREATE_PIN(PORTB,7-i)); //LED0-3递增熄灭
161. }
162. _delay_ms(300);
163.}
164.
165./*********************************************************
166.功能：LCD显示Elec-Fans
167.参数：无
168.*********************************************************/
169.void LCD_Display_ElecFans(void)
170.{
171. unsigned char ElecFans[] = " Elec-fans "; //定义 Elec-fans字符串
172. unsigned char ElecFans_temp[] = ""; //定义 Elec-fans字符串缓存空间
173. unsigned char j=0;
174. while((ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_0))&&(ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_1))&&(ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_2))&&(ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_3)))
175. {
176. for (int i=0; i<9; i++)
177. {
178. ElecFans_temp = *(ElecFans+j+i);
179. }
180. if (++j > 14)
181. {
182. j=0;
183. }
184. for (int i=0; i<10; i++)
185. {
186. _delay_ms(5);
187. if(!((ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_0))&&(ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_1))&&(ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_2))&&(ioport_get_pin_level(GPIO_PUSH_BUTTON_3))))
188. {
189. break;
190. }
191. }
192.
193. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 12, " ", 7, 0); //清14段屏
194. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 16, ElecFans_temp, 7, 0); //显示 ElecFans_temp[]内容
195.
196.
197.
198. }
199.
200.}
201.
202./*********************************************************
203.功能：LCD显示Atmel
204.参数：无
205.*********************************************************/
206.void LCD_Display_Atmel(void)
207.{
208.
209. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 12, " ", 7, 0); //清14段屏
210.
211. /*** 显示Atmel的字母A斜体 ***/
212. lcd_set_pixel(1, 16);
213. lcd_set_pixel(1, 18);
214. lcd_set_pixel(2, 16);
215. lcd_set_pixel(2, 18);
216. lcd_set_pixel(2, 19);
217.
218. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 20, "tmel", 4, 0); //在斜体A后面显示tmel
219.}
220.
221./*********************************************************
222.功能：LCD显示eefcous
223.参数：无
224.*********************************************************/
225.void LCD_Display_EEfcous(void)
226.{
227. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 12, " ", 7, 0); //清14段屏
228. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 12, "eefocus", 7, 0); //14段屏显示字母eefocus
229.}
230.
231./*********************************************************
232.功能：LCD显示AVRMCU
233.参数：无
234.*********************************************************/
235.void LCD_Display_AVRMCU(void)
236.{
237. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 12, " ", 7, 0); //清14段屏
238.
239. /*** 显示AVR的字母A斜体 ***/
240. lcd_set_pixel(1, 12);
241. lcd_set_pixel(1, 14);
242. lcd_set_pixel(2, 12);
243. lcd_set_pixel(2, 14);
244. lcd_set_pixel(2, 15);
245.
246. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 16, "VR MCU",6, 0); //在斜体A后面显示VR
247.}
248.
249./*********************************************************
250.功能：LCD显示XMEGA
251.参数：无
252.*********************************************************/
253.void LCD_Display_XMEGA(void)
254.{
255. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 12, " ", 7, 0); //清14段屏
256. lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 16, "xmega", 5, 0); //显示XMEGA
257.}

复制代码

面先展示一下XMEGA-B1 Xplained 板载段式LCD COM和SEG分布图。

使用段式LCD显示之前，需要对LCD进行初始化，在上面源代码中是 LCD_Init(void)；需要以下准备流程：

①初始化系统时钟

②在conf_clock.h中配置RTC时钟源

③配置LCD时钟源

④配置LCD硬件连接类型

⑤配置LCD工作时序

⑥设置LCD闪烁频率

⑦设置LCD对比度

⑧使能LCD

由于使用的是XMEGA-B1 Xplained，所以还要在前面对评估板硬件进行初始化评估板，做好上面各个步骤之后，LCD就可以很轻松的用起来了，下面将逐一介绍每个步骤使用方法。

①初始化系统时钟

void sysclk_init(void); //初始化系统时钟

②在conf_clock.h中配置RTC时钟源

当CPU核心暂停，主振荡器停止时（节电模式），使用内部的32kHz振荡器，可以让LCD继续工作。配置方法是在conf_clock.h 中添加以下宏定义，如下图。

#define CONFIG_RTC_SOURCE SYSCLK_RTCSRC_ULP

③配置LCD时钟源

void lcd_clk_init(void); //设置LCD时钟源

④配置LCD硬件连接类型

该功能允许一个外部电阻偏置电压，对COM和SEG交替，LCD端口屏蔽和使用（或没有）。这个函数还可以对LCD进行清除显示（所有像素“关”），并可以停用液晶。根据以下表格对不同的LCD进行不同的配置，下面是配置函数说明。

void lcd_connection_init(com_swp, seg_swp, port_mask, x_bias); //配置LCD硬件连接类型

com_swp	COM 交替（false: 不交替，true: COM 交替）
seg_swp	SEG 交替（false: 不交替，true: SEG 交替）
port_mask	SEG使用数量
x_bias	外部偏置（false: 内部，true: 外部）

由于XMEGA-B1 Xplained中LCD连接COM、SEG都没有交替，LCD为4*40，所以SEG数量为40，使用的是内部偏置，所以函数如下：

lcd_connection_init(false, false, 40, false); //配置LCD硬件连接类型

⑤配置LCD工作时序

不同的LCD具有不同的工作时序，配置好工作时序，这是 MCU和LCD中间的桥梁。下面是配置函数说明。

void lcd_timing_init(lcd_pres, lcd_clkdiv, lcd_lp_wave, lcd_duty); //配置LCD工作时序

lcd_pres	预分频器的时钟源
lcd_clkdiv	预分频器的分频因子
lcd_lp_wave	波形类型，低功耗或默认波形
lcd_duty	占空比

当LCD工作时钟时RTC时钟频率32.768KHz时，针对不同的LCD工作频率配置不同的LCD时序，见如下表格：

256 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy1_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc
128 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy2_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc
85.3 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy3_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc
64 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy4_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc
51.2 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy5_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc
42.7 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy6_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc
36.6 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy7_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc
32 Hz	LCD.CTRB = LCD_PRESC_16_gc \| LCD_CLKDIV_DivBy8_gc \| LCD_DUTY_1_4_gc

XMEGA-B1 Xplained板载LCD时序如下图所示，其工作占空比为1/4，典型工作频率为64Hz。

根据以上数据，并开启低功耗，这里配置LCD时序如下函数。

lcd_timing_init(LCD_PRESC_16_gc, LCD_CLKDIV_DivBy4_gc,

LCD_LP_WAVE_ENABLE_gc, LCD_DUTY_1_4_gc); //配置LCD工作时序

⑥设置LCD闪烁频率

在LCD驱动库函数里面对LCD闪烁频率有0.5Hz、1Hz、2Hz、4Hz可以配置，这里配置为2Hz。函数如下：

lcd_blinkrate_init(LCD_BLINKRATE_2Hz_gc); //设置LCD闪烁频率

0.5Hz	LCD_BLINKRATE_0Hz5_gc
1Hz	LCD_BLINKRATE_1Hz_gc
2Hz	LCD_BLINKRATE_2Hz_gc
4Hz	LCD_BLINKRATE_4Hz_gc

⑦设置LCD对比度

此功能精确设置LCD的对比度。其电压转换式为：VLCD = 3.0 V + (fcont[5:0] * 0.016 V)，设置LCD的对比度函数如下。

void lcd_set_contrast(int8_t fcont);

⑧使能LCD

void lcd_enable(); //使能LCD

到这里，段式LCD所有初始化就介绍完了，有了上面这些准备工作，后面就可以将LCD的任意段点亮，下面将详细介绍使用方法。

首先介绍一个概念，COM和SEG，如果大家用过数码管，COM就相当于是数码管的位码端，SEG就相当于数码管的段码端，XMEGA-B1 Xplained板载LCD 的COM=4，SEG=40。下面是LCD驱动库函数最常用的几个函数，使用好这几个函数后，就可以对LCD进行极为灵活的操作。

①void lcd_set_pixel(uint8_t pix_com, uint8_t pix_seg);

②void lcd_clear_pixel(uint8_t pix_com, uint8_t pix_seg);

③void lcd_write_packet(enum LCD_TDG_enum lcd_tdg, uint8_t first_seg,

const uint8_t *data, size_t width, uint8_t dir);

上面三个函数是最为常用的，函数①是将段式LCD的一个段SEG显示，函数②是将段式LCD的一个段SEG清除，函数③是对LCD写字符串。下面详细介绍这三个函数使用。要想理解和使用这些函数，首先看一个图片，如下图：

图中，由于XMEGA-B1 Xplained板载LCD COM=4，SEG=40，所以COM0~COM3，SEG0~SEG39，我们看到屏幕左下方AVR的logo编号为E1，在图中的表格中对应COM2，SEG0,其显示和清除如下表格：

显示	函数①：lcd_set_pixel(2, 0);
清除	函数②：lcd_clear_pixel(2, 0);

同时显示AVR logo，显示效果如下：

③void lcd_write_packet(enum LCD_TDG_enum lcd_tdg, uint8_t first_seg,

const uint8_t *data, size_t width, uint8_t dir);

函数③相对于前面两个稍显复杂，主要用来显示ASCII字符串的，其中的传递参数功能如下表格：

lcd_tdg	LCD数码类型：7段3位、7段4位、14段4位、16段3位
first_seg	第一个数据被写的SEG所在的位置数目
*data	字符串缓冲区
width	字符串数量
dir	写数据的方向 ==0：左->右，!=0：右->左

其中lcd_tdg为数码类型，在LCD软件库中有明确的宏定义，如下表格：

7段3位	LCD_TDG_7S_3C_gc
7段4位	LCD_TDG_7S_4C_gc
14段4位	LCD_TDG_14S_4C_gc
16段3位	LCD_TDG_16S_3C_gc

根据上图，如果要在14段码区写入eefocus，所以数码类型lcd_tdg =LCD_TDG_14S_4C_gc，eefocus总共7个字符，所以width=7，eefocus的起始字母e写在上图的A6位上，而A6位对应的SEG=12，所以first_seg=12，根据不同的液晶内部电路排版，写入方向有所不同，图中eefocus从左往右写，依次是A6->A5->A4->A3->A2->A1->A0，从图中表格对应的SEG来看，也是从左往右写入，所以写入方向dir=0，有了这些信息之后，写入eefocus函数如下：

lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 12, "eefocus", 7, 0);//14段屏显示字母eefocus

当然知道了LCD的写入原理后，可以对函数作进一步的封装，使得操作更简单，显示效果如下：

根据上图，如果要在7段码区写入“2015”（年），所以数码类型lcd_tdg =LCD_TDG_7S_4C_gc，2015总共4个字符，所以width=4，“2015”的起始数字2写在上图的D3位上，而D3位对应的SEG=8，所以first_seg=8，根据不同的液晶内部电路排版，写入方向有所不同，图中“2015”从左往右写，依次是D3->D2>D1->D0，从图中表格对应的SEG来看，而是从右往左写入，所以写入方向dir=1，有了这些信息之后，写入“2015”函数如下：

lcd_write_packet(LCD_TDG_7S_4C_gc, 8, "2015", 4, 1); //7段屏显示数字2015

显示效果如下：

段式LCD最常用的三个函数就介绍完了，下面来一张综合显示图：

所用函数代码：

lcd_set_pixel(2, 0); //显示AVR logo

lcd_set_pixel(1, 0); //显示USB logo

lcd_write_packet(LCD_TDG_7S_4C_gc, 8, "2015", 4, 1); //7段屏显示数字2015

/*** 显示Atmel的字母A斜体 ***/

lcd_set_pixel(1, 16);

lcd_set_pixel(1, 18);

lcd_set_pixel(2, 16);

lcd_set_pixel(2, 18);

lcd_set_pixel(2, 19);

lcd_write_packet(LCD_TDG_14S_4C_gc, 20, "tmel", 4, 0); //在斜体A后面显示tmel

显示效果如下图：

到这里，XMEGA段式LCD是使用方法就结束了，下面介绍工程编译和程序烧写（下载）。编译和生成烧写文件如下图：

生成成功后，用XMEGA所需的烧录工具进行烧写程序即可，如Atmel官方的Atmel-ICE、AVR Dragon、AVRISP MKII、AVR ONE!、JTAGICE3、JTAGICE MKII等等或者第三方的XMEGA烧录工具。

下面附上一些显示效果图片：

咖啡分你一半

看不懂这个到底是什么东西~~~~~~~~~~~

hejunpeng

咖啡分你一半发表于 2015-5-9 14:06
看不懂这个到底是什么东西~~~~~~~~~~~

段式LCD

东方魔尊

①void lcd_set_pixel(uint8_t pix_com, uint8_t pix_seg);
②void lcd_clear_pixel(uint8_t pix_com, uint8_t pix_seg);
③void lcd_write_packet(enum LCD_TDG_enum lcd_tdg, uint8_t first_seg,
const uint8_t *data, size_t width, uint8_t dir);
这三个函数具体怎么实现啊？？？求解

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