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。
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。
<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。
回路図
ソースコード
◎簡易ターミナルの本体側
- terminal_v1.c
//********************************************************************** /* ＜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
- lib_terminal.c
//********************************************************************** //■■■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
- terminal_test.c
//********************************************************************** //■■■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。
左側:PIC18F2620です。
右側:4×4のKeypadです。
簡易ターミナルを評価するための、PIC12F683と点灯用のLEDです。
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>
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>
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>
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>
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>
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>
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>
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。