====== 簡易ターミナル(LCD&Keypad)(PIC18F2620) ======
===== 概要 =====
PICを使った装置と、それを操作する人間とのインターフェイスには、いろいろな物が利用されています。
◎入力(操作者￫装置)
* トグルスイッチ、プッシュスイッチ、サムロータリスイッチ、ロータリエンコーダなど
◎出力(操作者￩装置)
* LED、7セグ、LCD、アナログメータなど
また、パソコン経由(RS232C+ターミナルソフト)で操作する場合もあります。
◎入力(操作者￫装置)
* キーボード
◎出力(操作者￩装置)
* モニター画面
各々、一長一短はありますが、今回は、汎用的で、小型で、PICとの接続が容易で、直感的に操作できるように
LCDとKeypadを組み合わせた「簡易ターミナル」を製作しました。
<仕様>
* 簡易ターミナルと装置側とはUSART(Tx、Rx)で直結可能とします。(レベル変換用の部品は不要です)
* 通信速度は、9600bpsとします。
* 入力(操作者￫装置)には、4×4のKeypad(16キー)を使用します。
* 出力(操作者￩装置)には、16文字×2行のLCDを使用します。
* 装置側のプログラムから簡易ターミナルにアクセスしやすいように、アクセスライブラリを提供します。
<概観のイメージ>
電池駆動にして、小型のケースに入れれば、持ち運びしやすくなります。
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===== 動作原理 =====
プログラムを、次の4つの箇所に分けて説明します。
* 簡易ターミナルの通常モードの処理について
* 簡易ターミナルのテストモードの処理について
* 装置側から簡易ターミナルにアクセスするライブラリについて
* 簡易ターミナルを評価するための装置側のサンプルプログラムについて(PIC12F683を使用)
<**処理の流れ(通常モード)**>※SWをOFFの状態で起動します。
￭入力(操作者￫装置)(Keypad￫装置)
- Keypadのキーがクリックされると、キーコードを装置側に返します。
- 1.に戻ります。
￭出力(操作者￩装置)(LCD￩装置)
- 装置側からのデータを受信します。(割り込み処理)
- データのSTX(0x02)~ETX(0x03)までを、一つのコマンドとして受け付けます。\\ コマンドフォーマット￫[(STX)(コマンド)、(引数1、2...)(ETX)]
- “A"コマンド￫行と列を指定してテキストを表示します。
- “B"コマンド￫カーソル位置からテキストを表示します。
- “C"コマンド￫LCDのコマンド(_LCD_CLEAR、_LCD_CURSOR_OFF、_LCD_TURN_ON等)処理を行います。
- 1.に戻ります。
<**処理の流れ(テストモード)**>※SWをONの状態で起動します。
テストモードでは、簡易ターミナルのTxとRxは直結されるため、簡易ターミナルからの送信(Tx)データは、
そのまま簡易ターミナルの受信(Rx)データとなります。
￭入力(操作者￫装置)(Keypad￫簡易ターミナル(見かけ上は装置側となる))
- “*"キーがクリックされると、装置側にLCDクリアコマンドを送信します。
- “#"キーがクリックされると、装置側にLCD表示データ(カーソル位置)を送信します。
- “A"キーがクリックされると、装置側にLCD表示オンコマンドを送信します。
- “B"キーがクリックされると、装置側にLCD表示オフコマンドを送信します。
- “C"キーがクリックされると、装置側にLCDカーソル移動(1行目)コマンドを送信します。
- “D"キーがクリックされると、装置側にLCDカーソル移動(2行目)コマンドを送信します。
- 上記以外のキーがクリックされると、装置側にLCD表示データ(カーソル位置)を送信します。
￭出力(操作者￩装置)(LCD￩簡易ターミナル(見かけ上は装置側となる))
通常モードの処理と同じです。
<**アクセスライブラリ**>
￭簡易ターミナル￫装置側
* クリックされたKeypadのキーコードを返します。\\ charterminal_get_char();
￭簡易ターミナル￩装置側
* LCDの行と列を指定して、文字を表示します。\\ voidterminal_put_char(short row, short col, char dat);
* LCDの行と列を指定して、文字列を表示します。\\ voidterminal_put_str(short row, short col, char *dat);
* LCDのカーソル位置に、文字を表示します。\\ voidterminal_put_char_cp(char dat);
* LCDのカーソル位置に、文字列を表示します。\\ voidterminal_put_str_cp(char *dat);
* LCDをコマンド制御します。\\ voidterminal_cmd(char cmd);
￭PIC(装置側)のプログラムで用意する関数
PICによっては、USARTモジュールが内蔵されているもの(PIC16F88など)もあれば、内蔵されていないもの(PIC12F683など)もあります。そのため、USARTの送受信関数には、いろいろなバリエーションが考えられます。
* USARTモジュールを使用する標準関数(UART1_Read関数、UART1_Write関数など)
* USARTモジュールを使用しない標準関数(Soft_UART_Read関数、Soft_UART_Write関数など)
* 独自に作成した関数\\ つまり、ライブラリ内では特定できない、次の二つの関数を実装して頂く必要があります。
* USARTから1文字受信するための関数\\ charterminal_stub_get_char();
* USARTへ1文字送信するための関数\\ voidterminal_stub_put_char(char c);
<**処理の流れ(評価用のプログラム:PIC12F683)**>
- アクセスライブラリ用のスタブ関数を実装します。\\ ￫charterminal_stub_get_char();
- アクセスライブラリ用のスタブ関数を実装します。\\ ￫voidterminal_stub_put_char(char c);
- USARTを初期化します。
- 簡易ターミナルより、キーコードを受信します。\\ ￫charterminal_get_char();
- キーコードが“A"であれば、A/D変換(CH1)した結果を、簡易ターミナルに送信します。\\ ￫voidterminal_put_str(short row, short col, char *dat);
- キーコードが“B"であれば、A/D変換(CH2)した結果を、簡易ターミナルに送信します。\\ ￫voidterminal_put_str(short row, short col, char *dat);
- キーコードが“C"であれば、LED1を反転させます。
- キーコードが“D"であれば、LED2を反転させます。
- キーコードが“*"であれば、LCDクリアコマンドを、簡易ターミナルに送信します。\\ ￫voidterminal_cmd(char cmd);
- 上記以外のキーコードであれば、無視します。
- 4.に戻ります。
<簡易ターミナルとPIC(装置側)との接続>
簡易ターミナルとPIC(装置側)は直結可能なので、パソコンとPIC(装置側)の接続時に必要となる、レベル変換用の部品は不要になります。
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<テストモード時の接続>
簡易ターミナルのTxとRxを直結してください。起動時はスイッチ(SW)を押下しながら電源を入れてください。
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===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-210500.png}}
===== ソースコード =====
◎簡易ターミナルの本体側
//**********************************************************************
/*
＜簡易ターミナル（LCD&Keypad）＞
*/
//**********************************************************************
//■■■インクルード■■■
#include "lib_terminal.h"
//**********************************************************************
//■■■関数＆データ宣言■■■
extern void main();
extern void init_lcd();
extern void init_keypad();
extern char get_keypad();
extern void init_usart();
extern char recv_data[], recv_flg;
extern void command_proc(char * cmd);
extern void test_mode();
//**********************************************************************
//■■■マクロ定義■■■
//keypad
char keypadPort at PORTB;
//LCD
sbit LCD_RS at RA5_bit;
sbit LCD_EN at RA4_bit;
sbit LCD_D7 at RA0_bit;
sbit LCD_D6 at RA1_bit;
sbit LCD_D5 at RA2_bit;
sbit LCD_D4 at RA3_bit;
sbit LCD_RS_Direction at TRISA5_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISA4_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISA0_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISA1_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISA2_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISA3_bit;
//USART
sbit TX_Direction at TRISC.B6;
sbit RX_Direction at TRISC.B7;
//SW
sbit SW at RE3_bit;
//other
#define INPUT_MODE 1
#define OUTPUT_MODE 0
//**********************************************************************
//■■■メイン関数■■■
void main()
{
char kd;
//クロックを8MHzに設定します。
OSCCON.IRCF2 = 1;
OSCCON.IRCF1 = 1;
OSCCON.IRCF0 = 1;
//Ａ／Ｄ変換は使用しません。
ADCON1.PCFG3 = 1;
ADCON1.PCFG2 = 1;
ADCON1.PCFG1 = 1;
ADCON1.PCFG0 = 1;
//
init_lcd();
init_keypad();
init_usart();
Lcd_Out(1, 1, "terminal v1.00");
Delay_ms(1000);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
// 割り込みを許可します。
INTCON.PEIE = 1;
INTCON.GIE = 1;
//
if (SW == 0) {
test_mode();
}
while (1) {
//データの受信と表示
if (recv_flg == 1) {
command_proc(recv_data);
recv_flg = 0;
}
//キーの取得と送信
if ((kd = get_keypad()) != 0) {
UART1_Write(kd);
}
}
}
//**********************************************************************
//■■■ＬＣＤ初期化関数■■■
void init_lcd()
{
Lcd_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
}
//**********************************************************************
//■■■キーパッド初期化関数■■■
void init_keypad()
{
Keypad_Init();
}
//**********************************************************************
//■■■キー取得関数■■■
char kp_tbl[17] =
{0,'1','2','3','A','4','5','6','B','7','8','9','C','*','0','#','D',};
char get_keypad()
{
char kd;
//
kd = Keypad_Key_Click();
if (kd != 0) {
Delay_ms(100);
}
return (kp_tbl[kd]);
}
//**********************************************************************
//■■■ＵＳＡＲＴ初期化関数■■■
void init_usart()
{
TX_Direction = OUTPUT_MODE; //USART->TX
RX_Direction = INPUT_MODE; //USART->RX
UART1_Init(9600);
PIE1.RCIE = 1;
PIR1.RCIF = 0;
}
//**********************************************************************
//■■■割り込み関数■■■
char recv_data[32], recv_flg = 0;
char recv_temp[32], recv_pnt = 0;
void interrupt()
{
char rd;
//
if (PIR1.RCIF == 1) {
PIR1.RCIF = 0;
//
rd = UART1_Read();
if (rd == STX) {
recv_pnt = 0;
return;
}
if (rd == ETX) {
strncpy(recv_data, recv_temp, recv_pnt);
recv_data[recv_pnt] = 0x00;
recv_flg = 1;
recv_pnt = 0;
return;
}
recv_temp[recv_pnt] = rd;
recv_pnt++;
}
}
//**********************************************************************
//■■■コマンド処理関数■■■
void command_proc(char * cmd)
{
short row = 0, col = 0;
//
switch (cmd[0]) {
case 'A': //行と列を指定してテキストを表示する。
row = atoi(&cmd[2]);
col = atoi(&cmd[5]);
Lcd_Out(row, col, &cmd[8]);
return;
case 'B': //カーソル位置からテキストを表示する。
Lcd_Out_Cp(&cmd[2]);
return;
case 'C': //コマンド処理を行います。
Lcd_Cmd(cmd[2]);
return;
}
}
//**********************************************************************
//■■■テスト関数■■■
void test_mode()
{
char kd;
//
while (1) {
//データの受信と表示
if (recv_flg == 1) {
command_proc(recv_data);
recv_flg = 0;
}
//キーの取得と送信
if ((kd = get_keypad()) != 0) {
switch (kd) {
case '*':
terminal_cmd(_LCD_CLEAR);
break;
case '#':
terminal_put_str_cp("terminal test!");
break;
case 'A':
terminal_cmd(_LCD_TURN_ON);
break;
case 'B':
terminal_cmd(_LCD_TURN_OFF);
break;
case 'C':
terminal_cmd(_LCD_FIRST_ROW);
break;
case 'D':
terminal_cmd(_LCD_SECOND_ROW);
break;
default:
terminal_put_char_cp(kd);
break;
}
}
}
}
//**********************************************************************
char terminal_stub_get_char()
{
if (UART1_Data_Ready() == 1) {
return (UART1_Read());
}
return (0);
}
void terminal_stub_put_char(char c)
{
UART1_Write(c);
}
//**********************************************************************
◎アクセスライブラリ
//**********************************************************************
//■■■インクルード■■■
#include "lib_terminal.h"
//**********************************************************************
char tmp[4];
//**********************************************************************
void terminal_stub_put_str(char *s)
{
while (*s != 0x00) {
terminal_stub_put_char(*s);
s++;
}
}
//**********************************************************************
//■■■ターミナル文字受信関数■■■
char terminal_get_char()
{
return (terminal_stub_get_char());
}
//**********************************************************************
//■■■ターミナル文字送信（行列指定）関数■■■
void terminal_put_char(short row, short col, char c)
{
terminal_stub_put_char(STX);
terminal_stub_put_str("A,");
ByteToStr(row, tmp);
terminal_stub_put_str(&tmp[1]);
terminal_stub_put_char(',');
ByteToStr(col, tmp);
terminal_stub_put_str(&tmp[1]);
terminal_stub_put_char(',');
terminal_stub_put_char(c);
terminal_stub_put_char(ETX);
}
//**********************************************************************
//■■■ターミナル文字列送信（行列指定）関数■■■
void terminal_put_str(short row, short col, char *s)
{
terminal_stub_put_char(STX);
terminal_stub_put_str("A,");
ByteToStr(row, tmp);
terminal_stub_put_str(&tmp[1]);
terminal_stub_put_char(',');
ByteToStr(col, tmp);
terminal_stub_put_str(&tmp[1]);
terminal_stub_put_char(',');
terminal_stub_put_str(s);
terminal_stub_put_char(ETX);
}
//**********************************************************************
//■■■ターミナル文字送信関数■■■
void terminal_put_char_cp(char c)
{
terminal_stub_put_char(STX);
terminal_stub_put_str("B,");
terminal_stub_put_char(c);
terminal_stub_put_char(ETX);
}
//**********************************************************************
//■■■ターミナル文字列送信関数■■■
void terminal_put_str_cp(char *s)
{
terminal_stub_put_char(STX);
terminal_stub_put_str("B,");
terminal_stub_put_str(s);
terminal_stub_put_char(ETX);
}
//**********************************************************************
//■■■ターミナルコマンド送信関数■■■
void terminal_cmd(char cmd)
{
terminal_stub_put_char(STX);
terminal_stub_put_str("C,");
terminal_stub_put_char(cmd);
terminal_stub_put_char(ETX);
}
//**********************************************************************
◎簡易ターミナル評価用のPIC(装置側)※PIC12F683使用
//**********************************************************************
//■■■インクルード■■■
#include "lib_terminal.h"
//**********************************************************************
//■■■マクロ定義■■■
#define LED1 GPIO.F5
#define LED2 GPIO.F4
//**********************************************************************
//■■■メイン関数■■■
void main()
{
char rd, buf[6];
double ad;
//
OSCCON = 0b01110000; // クロックは8Mhz
CMCON0 = 0b00000111; // コンパレータは使用しない。
ANSEL = 0b00000011; // AN0、AN1を使用する。
TRISIO = 0b00001011;
//
LED1 = 0;
LED2 = 0;
//
Soft_UART_Init(&GPIO, 3, 2, 9600, 0);
//
while (1) {
rd = terminal_get_char();
switch (rd) {
case 'A':
ad = Adc_Read(0);
ad = ad * 4.8828125;
WordToStr(ad, buf);
terminal_put_str(1, 1, buf);
terminal_put_str(1, 6, "mV");
break;
case 'B':
ad = Adc_Read(1);
ad = ad * 4.8828125;
WordToStr(ad, buf);
terminal_put_str(2, 1, buf);
terminal_put_str(2, 6, "mV");
break;
case 'C':
LED1 = ~LED1;
break;
case 'D':
LED2 = ~LED2;
break;
case '*':
terminal_cmd(_LCD_CLEAR);
break;
}
}
}
//**********************************************************************
char terminal_stub_get_char()
{
char rd, error;
//
while (1) {
rd = Soft_UART_Read(&error);
if (error == 0)
return(rd);
}
}
void terminal_stub_put_char(char c)
{
Soft_UART_Write(c);
}
//**********************************************************************
===== 動作確認 =====
左側より、評価用のPIC12F683、keypad、PIC18F2620、LCDです。
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-210846.png?500}}
左側:PIC18F2620です。
右側:4×4のKeypadです。
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-210900.png}}{{:imgpaste:202004:admin-20200430-210904.png}}
簡易ターミナルを評価するための、PIC12F683と点灯用のLEDです。
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-210953.png}}
テストモード<左側:起動直後は、LCDの画面はクリアされます>
テストモード<右側:1~0のキーを順次クリックすると、上段に表示されます>
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211002.png}}{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211005.png}}
テストモード<左側:“#"をクリックすると、文字列“terminal test!"が上段に表示されます>
テストモード<右側:“D"と“#"を順次クリックすると、カーソルが2行目に移動し、文字列が表示されます>
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211013.png}}{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211016.png}}
テストモード<左側:“A"をクリックすると、LCDの画面がOFFします>
テストモード<右側:“B"をクリックすると、LCDの画面がONします>
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211022.png}}{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211026.png}}
通常モード<左側:“A"をクリックすると、装置側のCH1のアナログデータがLCDの上段に表示されます>
通常モード<左側:“B"をクリックすると、装置側のCH2のアナログデータがLCDの下段に表示されます>
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211036.png}}{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211040.png}}
通常モード<左側:“*"をクリックすると、LCDの画面がクリアされます>
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211104.png}}
通常モード<左側:起動直後は、LED1とLED2は消灯しています>
通常モード<右側:“C"をクリックすると、LED1が点灯します>
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211114.png}}{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211118.png}}
通常モード<左側:“D"をクリックすると、LED2が点灯します>
通常モード<右側:“C"をクリックすると、LED1が消灯します>
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211124.png}}{{:imgpaste:202004:admin-20200430-211127.png}}
如何ですか?
簡易ターミナルを使用することにより、PICを使った自作装置の開発(デバッグ作業など)や運用時の操作性が
大幅に改善されるのではないでしょうか?
例えば、自作の電源装置への応用を考えると、次のように改善されます。
* 簡易ターミナル未使用￫出力電圧をボリュームやロータリーエンコードエンコーダで設定します。
* 簡易ターミナル使用￫出力電圧をKeypadでダイレクト設定(例えば、“13.8V")できます。
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