TP4 : Pilotage d'un écran LCD en mode utilisateur
Objectifs:
- Configuration des GPIOs pour le pilotage d'un périphérique
- Fonctionnement d'un écran LCD et fonctions de base
- Affichage du monitoring système
Pré-requis (Raspberry Pi):
- Outils de compilation croisée
- Configuration et utilisation des GPIO
Ressources:
- Datasheet du LCD de la plateforme
- LCD Display HD44780
- Datasheet du HD44780
- Adressage de la mémoire interne de l'afficheur
Prenez le temps de parcourir les documents sur les afficheurs LCD HD44780 avant de commencer le TP.
Dans votre compte-rendu, faîtes apparaitre clairement:
- Le problème vous devez résoudre; en d'autres mots quelles sont les fonctionnalités à implémenter.
- Le fonctionnement de principe: quelle solution avez vous choisi, quels sont vos choix techniques.
- Implémentation et résultats: vos observations, quels problèmes avez-vous rencontrez et comment les avez-vous résolus.
- Vous pouvez aussi inclure du code commenté et correctement indenté.
1. Configuration des GPIO pour le pilotage de l'écran
L'écran LCD de type HD44780 dispose de plusieurs signaux de contrôle et de données. Les signaux de contrôle sont au nombre de 3: RS, RW et E. Les signaux de données sont au nombre de 4 ou 8 suivant le mode.
Dans ce TP, nous utiliserons l'écran en mode 4-bit car la carte Raspberry Pi dispose d'un nombre limité de GPIO. De plus, le signal RW sera connecté directement à la masse car nous allons gérer que les opérations d'écriture (Note: les GPIO de la carte Raspberry Pi ne supporte pas les niveaux de tension 5V émis par l'afficheur).
Les signaux de contrôle RS et E sont utilisés de la manière suivante:
- RS vaut 1 pour l'envoi d'une donnée (e.g. un caractère) et vaut 0 pour l'envoi d'une commande.
- E est un signal de validation; la valeur sur le bus de données (4 bits) est pris en compte à chaque front descendant de ce signal.
Voici le mapping des GPIO pour les différents signaux:
| Signal LCD | GPIO |
|---|---|
| RS | 7 |
| E | 8 |
| D4, D5, D6, D7 | 22, 23, 24, 25 |
Pour le contrôle des GPIO, vous utiliserez ce que vous avez vu lors des précédents TP.
Vous devez répondre aux questions en vous aidant du cours:
- Comment faut-il configurer les GPIOs pour les différents signaux de l'afficheur LCD ?
- Quelle valeur faut-il configurer comme valeur d'initialisation pour les différents signaux ?
- Pouvez-vous donner, en résumé, les étapes clés pour l'initialisation des GPIO en mode utilisateur ?
2. Fonctionnement de l'écran et fonctions de base
Comme cela a été présenté en cours la prise en compte de la donnée est ré&lisée lors d'un front descendant du signal EN Pour créer un front descendant. On place la donnée, puis le signal E est mis à 1 pendant 1µs puis remis à 0 pendant une 1µs supplémentaire pour garantir le délai entre deux commandes.
Question:
- Ecrire une fonction lcd_strobe (nommée nybble dans le cours) qui permet de générer le signal E.
Nous utilisons l'afficheur LCD en mode 4 bits. Or, les commandes et les données sont transmises sur 8 bits ou 1 octet. Ainsi, toutes les commandes et toutes les données sont transmises en deux étapes: les 4 bits de poids fort et ensuite les 4 bits de poids faible.
Question:
- Ecrire les fonctions lcd_command et lcd_data en vous aidant du cours.
Nous avons toutes les fonctions dont nous avons besoin. Maintenant regardons d'un peu plus près la phase d'initialisation de l'afficheur LCD. Au démarrage, l'afficheur est dans un mode non défini (8 bits ou 4 bits). Il faut donc le forcer en mode 4 bits.
Question:
- Ecrire une fonction lcd_init qui réalise la séquence d'initialisation telle que vue en cours. Vérifiez son fonctionnement sur une carte Raspberry Pi.
Vous ajouterez l'initialisatiion des GPIOs.
- Ecrire la fonction lcd_cleanup qui vide la mémoire de l'afficheur (i.e. clear) et remet les GPIOs en entrée. Savez-vous pourquoi c'est nécessaie ?
Vous êtes prêt à tester votre code et vérifier qu'il affiche correctement une chaine de caractère.
Question:
- Ecrivez un programme qui affiche la chaine de caractère "Hello World!" sur l'afficheur. Vérifiez son fonctionnement sur une carte Raspberry Pi.
Il peut être utile de manipuler la position du curseur pour choisir où placer les caractères sur l'afficheur.
Pour cela, l'afficheur dispose de trois instructions: Cursor home, Display clear et Set DDRAM address. La dernière instruction est relative à la mémoire interne de l'afficheur (Display Data RAM).
La mémoire DDRAM est construite de la manière suivante:
| 0x00 ..... Ligne 1 ..... 0x13 |
| 0x40 ..... Ligne 2 ..... 0x53 |
| 0x14 ..... Ligne 3 ..... 0x27 |
| 0x54 ..... Ligne 4 ..... 0x67 |
Questions:
- Ecrire une fonction lcd_clear_display qui vide la mémoire de l'afficheur et place le pointeur d'adresse à 0.
- Ecrire une fonction lcd_home qui replace le pointeur d'adresse à 0.
- Ecrire une fonction lcd_set_cursor qui positionne le curseur aux coordonnées (x,y) avec x la colonne, y la ligne.
- Ecrivez un programme qui affiche "Hello World!" sur chacun des lignes de l'afficheur.
3. Affichage du monitoring système
Maintenant que vous disposer de tous les éléments pour contrôler l'afficheur LCD. Nous allons monitorer le système grâce au fichier /proc/loadavg dont le contenu est décrit comme:
The first three fields in this file are load average figures giving the number of jobs in the run queue (state R) or waiting for disk I/O (state D) averaged over 1, 5, and 15 minutes. They are the same as the load average numbers given by uptime(1) and other programs. The fourth field consists of two numbers separated by a slash (/). The first of these is the number of currently runnable kernel scheduling entities (processes, threads). The value after the slash is the number of kernel scheduling entities that currently exist on the system. The fifth field is the PID of the process that was most recently created on the system.
Question:
- Ecrivez un programme qui lit le contenu du fichier /proc/loadavg et qui affiche son contenu sur l'afficheur avec une fréquence d'actualisation de 1 seconde.
Bonus:
- Parser le contenu du fichier /proc/loadavg pour afficher des valeurs plus facilement compréhensibles.
