مجلة النور للتقنيات الإلكترونية

من المعلوم لدى العاملين في تصميم الدارات الإلكترونية مدى الارتفاع الكبير في تكاليف شاشات الكريستال السائل المستخدمة مع المتحكمات الصغرية ، وخصوصا تلك الشاشات الرسومية Graphic LCD ، التي يبدأ سعرها من 20 دولار تقريبا ( الشاشة 128 × 64 سعرها حوالي 1000 ليرة في السوق المحلية ) ، لذلك قد يصعب على الهواة و الطلاب اقتناء أمثال هذه الشاشات دون ضرب الأخماس بالأسداس لتوفير ثمنها من المصاريف اليومية ( إن كان مهتما بالموضوع حقا ) ، لذلك سأبين في هذه المقالة طريقة ربط الشاشة الملونة المستخدمة في هاتف Nokia 6100 ( التي لا يتجاوز سعرها 250 ليرة أو 5 دولارات ) مع المتحكم PIC18F452 أو أي متحكم آخر يملك الذاكرة الكافية ، فلنبدأ ....

مواصفات الشاشة التي سنستخدمها :

• أبعاد الصورة : 132 × 132 بيكسل - Pixel
• الدقة : ترميز الألوان وفق نمطين للعمل : 8 بتات ( 256 لون ) أو 12 بت ( 4048 لون )
• التغذية الكهربائية : 3.3 فولت
• الربط : بروتوكول SPI التسلسلي بنمط 9 بت .

أهم نقطة في استخدام هذه الشاشة هي معرفة نوع المتحكم المبيت ضمنها ، فقد يكون المتحكم PCF8833 من شركة Philips أو المتحكم S1D15G00 من شركة Epson ، و يمكنك التفرقة بين النوعين بمقارنة لون الدارة المطبوعة الموجودة أسفل الشاشة ، وكلاهما قابلان للاستخدام طبعا مع مراعاة تعديل البرنامج الخاص بالمتحكم . طبعا يمكنك الحصول على النشرة الفنية للمتحكمين المذكورين من :

Philips/NXP PCF8833
Epson S1D15G00

هذه المقالة ستعنى بشكل أساسي بالمتحكم S1D15G00 ، أي الشاشة ذات الدارة الخضراء كما هو مبين في الصورة :

توجيه الشاشة :

تمتلك الشاشة كما ذكرنا 132 × 132 بكسل ، و لكن البكسلات الموجودة على الأطراف غير مرئية تماما ، لذا فالحجم الفعال هو 130×130 بكسل ، و التوجيه الافتراضي موضح بالشكل :

يمكن توجيه الشاشة بالنمط الذي نريد حسب توضعها على الدارة المطبوعة وذلك باستخدام الأوامر MIRRORX و MIRRORY ، فتتم الاستدارة بمقدار 180 درجة كما هوم مبين في الأسفل

التخاطب مع الشاشة :

كما ذكرت أعلاه ، يتم الاتصال مع الشاشة عبر مسرى SPI ، ولكن عبر خطين فقط لعدم الحاجة للقراءة من الشاشة ( تمتلك الشاشة خط قراءة يستخدم لقراءة بعض الإعدادات و الأعلام و درجة الحرارة ، لكني لن أستخدمه ) ، طبعا سيلعب المتحكم PIC18F452 دور السيد ، وستكون الشاشة هي التابع ..

مع إرسال أي بايت للشاشة يجب أن نحدد نوعه ( Command أو Data ) لذلك نستخدم بتا إضافيا يتم إرساله أولا ، و هو يعني بايت معطيات إن كان فعالا ( High ) أو بايت تحكم إن كان غير فعال ( Low )، وذلك مبين في المخطط الزمني التالي :

المشكلة التي تبدو للوهلة الأولى هي كون وحدة MSSP في متحكمات PIC16 - PIC18 بعرض 8 بت ، فكيف سنرسل 9 بتات في كل أمر ؟ يوجد حلان من وجهة نظري :

• كتابة برنامج SPI بعرض 9 بت بدون استخدام وحدة MSSP في المتحكم ، و هذه الطريقة توفر منفذ SPI لأغراض أخرى أكثر أهمية ، و يمكن استخدامها مع أي بوابة تمتلك ثلاثة أرجل شاغرة ( إذا أردنا استخدام رجل التصفير للشاشة )، لكنها محدودة السرعة ، وتشغل المعالج لفترة طويلة نسبيا .
• استخدام وحدة MSSP و ذلك بإرسال بت التحكم بشكل برمجي ، ثم نقوم بتفعيل وحدة MSSP بنمط SPI و نرسل البقية بالطريقة الاعتيادية ، هذه الطريقة هي الأعلى سرعة ، لكنها توجب مشاركة مسرى SPI مع دارات أخرى إن كان مستخدما ، وذلك يتطلب رجلا أخرى لاختيار الشاشة من بين الدارات الأخرى هي #CS .

بقيت نقطة مهمة في التخاطب مع الشاشة ، وهي سرعة المسرى ، وكما هو مبين في النشرة الفنية للمتحكم PCF8833 فينصح بعدم تجاوز القيمة 150ns كمدة زمنية لنبضات الساعة ،أي ما يزيد قليلا عن 6.6Mhz و قد قمت بتجربتها بسرعات مختلفة وصلت إلى 10Mhz و بقيت تعمل بشكل جيد ، لكن لا أنصح بتجاوز 6Mhz لضمان الالتزام بالمواصفات الفنية .

اخترت الطريقة الأولى للتخاطب مع الشاشة ، و قد كتبت التابع الذي ينجز هذه العملية بلغة التجميع للاستفادة القصوى من إمكانيات المعالج و ضمان عدم الإسراف في التعليمات ، والنتائج التي وصلت إليها مرضية جدا .. أما توصيل الشاشة مع المتحكم فقد تم بالطريقة التالية :

• RESTE ( تصفير الشاشة ) : مع القطب RB3 و هو فعال عند الصفر
• CS ( اختيار الشاشة ) : مع القطب RB2 وهو فعال أيضا عند الصفر
• SDA ( البيانات ) : مع القطب RB1
• CLK ( نبضات الساعة ) : مع القطب RB0

عرفنا من قبل أن الشاشة تحتاج إلى 3.3 فولت كتغذية كهربائية ، كما أن دارة الإضاءة الخلفية تحتاج إلى أكثر من 6 فولت للإضاءة الجيدة ( يمكن أن تصل إلى 8 فولت ) ، لذلك قمت بتصميم دارة تغذية متقطعة لرفع الجهد ، و دارة تغذية بـ 3.3 فولت ، و مع وضع مقاومات لتقسيم الجهد على المداخل الرقمية ، يمكن استخدام هذه الدارة لربط الشاشة مع المتحكمات التي تعمل على 5 فولت :

عنونة ذاكرة الإظهار :

يمتلك متحكم الشاشة ذاكرة بحجم 17424 كلمة ، كل منها بعرض 12 بت ( 4 بتات لكل لون : الأحمر و الأخضر و الأزرق ) يمكن تحديد عنوان البكسل الهدف باستخدام الأمرين PASET ( تعيين الصفحة أو السطر ) و CASET ( تعيين العمود ) .
يوجد معاملان لكل من الأمرين السابقين ، لذلك فهما يحددان بكسل البداية و بكسل النهاية ، فتتم عنونة مربع من البكسلات ، هذا يبدو معقدا للوهلة الأولى ، لكن مع خاصية الالتفاف ، و زيادة قيمة العنوان عند كل إرسال ، تسهل هذه الميزة كثيرا من رسم المحارف أو المربعات .

ذاكرة البكسلات مؤلفة من 132 سطر و 132 عمود

لعنونة بكسل وحيد نستخدم نفس العنوان للبداية و النهاية على كل محور ، و المثال التالي يبين كيفية عنونة البكسل (2,7) :

WriteSpiCommand(PASET); // Row address set (command 0x2B)
WriteSpiData(2); // startingx address
WriteSpiData(2); // ending x address (same as start)
WriteSpiCommand(CASET); // Column address set (command 0x2A)
WriteSpiData(7); // starting y address
WriteSpiData(7); // ending y address (same as start)

لعنونة مساحة مربعة من البكسلات ، نحدد موقع البداية و موقع النهاية على كل محور ، و المثال التالي يبين كيفية عنونة المربع الممتد من (4,3) إلى (11,9) :

WriteSpiCommand(PASET); // Row address set (command 0x2B)
WriteSpiData(4); // startingx address
WriteSpiData(11); // endingx address
WriteSpiCommand(CASET); // Column address set (command 0x2A)
WriteSpiData(3); // starting y address
WriteSpiData(9); // ending y address

بمجرد تعيين حدود الرسم المطلوب سواء كان مربعا أو بكسلا وحيدا ، فإن أي عملية كتابة إلى ذاكرة الشاشة ستتحول إلى هذه الحدود ، فإن حاولت كتابة عدد أكبر من البكسلات في هذه الحدود ، سيقوم متحكم الشاشة بتجاهلها .

ترميز الألوان :

يمكن ترميز الألوان ضمن برنامج المتحكم وفق عدة طرق يتم ترجمتها جميعا ضمن متحكم الشاشة إلى 12 بت ، وهي مبينة كالتالي :

الطريقة الأولى : 12 بت لكل بكسل :

هذا هو نمط العمل الطبيعي للشاشة ، و يحتاج إلى أربع بتات لكل لون من الألوان الأساسية ، فيحتاج بالتالي إلى بايت و نصف لكل بكسل ، ويمكن استخدام ثلاث بايتات متتالية لرسم بكسلين ، و يتم تكرار العملية حتى الانتهاء من رسم المنطقة المحددة بأكملها ، وهذه العملية مبينة في الشكل التالي :

قد يخطر في بال أحدكم السؤال التالي : ماذا إذا قمت باستخدام الطريقة السابقة لترميز بكسل واحد فقط ، أي بايتين ، مع تجاهل خانة اللون الأحمر للبكسل الثاني بتصفيرها ، هل سيؤثر ذلك على البكسل المجاور ؟ و الجواب لا ، لأن المتحكم الداخلي للشاشة لا يقبل الكتابة في ذاكرة الإظهار إلا عند اكتمال البكسل ، و أية قيم ناقصة يتم تجاهلها ، لذلك فالقسم الأحمر من البايت الثاني سينتظر وصول بقية الألوان ليكمل الترميز ، والتي لن تصل أبدا . و اعتمادا على الخاصية التي تقول أن أي أمر موجه للشاشة يقوم بإلغاء جميع القيم غير المكتملة في ذاكرة المتحكم ، سنستخدم أمر NOP بعد عملية الإرسال ، وذلك مبين في الشكل التالي :

الطريقة الثانية : 8 بت لكل بكسل :
في هذه الطريقة يكفي استخدام بايت واحد لكل بكسل ، بحيث يتم تقاسم البتات كالتالي : 3 للأحمر ، 3 للأخضر ، 2 للأزرق ، و لكن يجب التنبه إلى أمر مهم وهو الانتباه إلى أن هذه البتات الثمانية يتم تحويلها إلى 12 بت ضمن متحكم الشاشة لأن البكسل ممثل في ذاكرة الإظهار بـ 12 بت .

يتم هذا التحويل وفق جدول يتم تلقيمه لمتحكم الشاشة أثناء عملية التهيئة ، و يقوم هذا الجدول بتحويل اللون الأحمر من 3 إلى 4 بت ، والأخضر من 3 إلى 4 بت ، و الأزرق من 2 إلى 4 بت و تتم هذه العملية بإرسال تعليمة RGBSET ثم إتباعها بعشرين قيمة تحدد طريقة فك ترميز بايت اللون :

WriteSpiCommand(RGBSET); // Define Color Table (command 0x2D)
WriteSpiData(0); // red000 value
WriteSpiData(2); // red001 value
WriteSpiData(5); // red010 value
WriteSpiData(7); // red011 value
WriteSpiData(9); // red100 value
WriteSpiData(11); // red101 value
WriteSpiData(14); // red110 value
WriteSpiData(16); // red111 value
WriteSpiData(0); // green000 value
WriteSpiData(2); // green001 value
WriteSpiData(5); // green010 value
WriteSpiData(7); // green011 value
WriteSpiData(9); // green100 value
WriteSpiData(11); // green101 value
WriteSpiData(14); // green110 value
WriteSpiData(16); // green111 value
WriteSpiData(0); // blue000 value
WriteSpiData(6); // blue001 value
WriteSpiData(11); // blue010 value
WriteSpiData(15); // blue011 value

يجب التنبه إلى نقطة مهمة ، و هي أن هذه الطريقة تستهلك عددا أقل من عمليات النقل بمقدار الثلث مقارنة مع الطريقة السابقة ، لذلك ستجد ربحا ملحوظا في سرعة ملء الشاشة ، لكن الترميز بثمانية بتات يعني أن مجال الألوان هو 256 لون ، لذلك فلا أنصح باستخدامها لعرض الصور إلا إن كان التوفير في ذاكرة المتحكم له أولوية كبيرة ، وعموما أنصح بإضافة ذاكرة خارجية و استخدام نمط 12 بت لعرض الصور فهو أفضل و أكثر وضوحا .

الطريقة الثالثة : 16 بت لكل بكسل :

هذه الطريقة يمكن استخدامها فقط مع المتحكم PCF8833 ، و هي تتيح ترميز كل بكسل ببايتين ، أي 65 ألف لون لكل بكسل ، لكن كما نعلم أن ذاكرة الإظهار بعرض 12 بت ، لذلك يعاد ترميز الألوان بما يتناسب مع ذاكرة الإظهار ، أي 12 بت ، وهذا يعني عدم وجود كسب في دقة الصورة ، لذلك فلن أتطرق إلى التفاصيل و أتركها لمن أراد التوسع في هذا الموضوع بقراءة النشرة الفنية للمتحكم PCF8833 .

خاصية الالتفاف التلقائي :

تعد هذه الخاصية واحدة من أكثر الأمور أهمية لأنها توفر الكثير من العمل أثناء كتابة البرنامج ، و خاصة لرسم المربعات و طباعة المحارف باستخدام حلقات أبسط مما تتوقع ، و كما ذكرت سابقا أثناء شرح عملية العنونة و رسم المربعات ، يمكن بنفس الطريقة رسم المحارف ، فإن كانت لديك مجموعة محارف بقياس 8×8 بكسل ، يمكنك رسم المحرف على الشاشة بتحديد مربع بقياس 8×8 بكسل ، و البدء بتلقيم البكسلات باستخدام حلقة من 64 خطوة دون الاكتراث لعملية العنونة لكل بكسل ( كما اعتدنا في الشاشات العادية ) و ذلك لأن الشاشة ستنتقل من البكسل إلى جاره دون تدخل برمجي ، وبمجرد امتلاء السطر الأول يتم الاتنقال إلى السطر التالي ، وهكذا حتى يتم ملء المربع فيتم المحرف المراد رسمه !

هذه النتائج التي وصلت إليها في النهاية (اضغط على الصورة للتكبير) :