الفكرة العامة :
الفكرة العامة تشبه إلى حد كبير العرض المرئى (السينيمائى) ، والذى يتكون من شريط كبير يحتوى على العديد من المناظر ، يتم عرضها منظر (صورة أو إطار) تلو الآخر وبسرعة لتشكيل الحركة . وكل ما علينا هو "تشكيل" بعض الصور (الإطارات) وعرضها بسرعة . كيف يتم ذلك ، هذا هو الموضوع .
فى البداية يجب أن يكون لديك مصفوفتان :
المصفوفة الأولى : تكون مصفوفة ثابتة وتحتوى على عناصر تمثل الرسالة المطلوب عرضها ، حيث أن كل حرف من الأحرف يمكن تمثيله بخريطة من نقط قد تكون فى شكل مصفوفة 5x7 أو فى شكل مصفوفة 8x8 أو أى شكل آخر . هنا سوف نبدأ بحرف واحد وليكن الحرف (A) ، المصفوفة التى تمثل هذا الحرف سوف تكون بالشكل التالى :
كود:
font [8]={0xfc,0xfe,0x11,0x11,0xfe,0xfc,0x00,0x00};
المصفوفة الثانية : تكون مصفوفة متغيرة ، تسمى مصفوفة المخزن المؤقت buffer وعناصرها تمثل صورة (إطار) للشاشة وسوف يتم تغيير (تحديث update) محتوياتها بشكل مستمر للحصول على صور تلو الأخرى ، كما سوف نرى لاحقا ، ونظرا لأن الشاشة ، كبداية ، مكونة من وحدة ليد ماتريكس 8x8 فإن هذه المصفوفة سوف تحتوى على 8 عناصر كما يلى :
كود:
buffer[8];
ملخص الخطوات :
الخطوة الأولى :
مسح جميع بايتات مصفوفة المخزن المؤقت buffer الذى يمثل صورة لشاشة الليد ماتريكس ، وذلك لضمان عدم وجود أى بيانات سابقة غير مرغوب فيها .
الخطوة الثانية :
تشكيل صورة (إطار) تلو الأخرى عن طريق تحديث بيانات المخزن المؤقت بالبيانات الموجودة فى مصفوفة المخزن الثابت (الرسالة المطلوب عرضها) والتى تمثل بايتات التمثيل النقطى للحروف font ويتم هذا التحديث فى الخطوات التالية :
• إزاحة جميع عناصر (بايتات)مصفوفة المخزن المؤقت لموقع واحد جهة اليسار ، بغرض بداية عملية التحريك جهة اليسار (للغة الإنجليزية) ، فيخلو آخر موقع من البيانات .
• نقل أول عنصر (بايت) من المخزن الثابت ووضعه فى آخر موقع لمصفوفة المخزن المؤقت . لنحصل على مصفوفة مخزن مؤقت تمثل صورة أو إطار يحتوى على بايت بيانات موجود فى آخر موقع .
• تنفيذ عملية مسح scanning الأعمدة وعرض هذه الصورة (توصيل عامود تلو الآخر وعرض البيانات المرتبطة به )، فيظهر كما فى الشكل التالى :
لعلك لاحظت أن بداية ظهور العرض تكون من بداية الشاشة وجهة اليسار .
• نكرر ما سبق لكل بايت من بايتات الرسالة ، وعند نقل بايت تتولد صورة (إطار) جديدة يتم عرضها ، وتكون النتائج كما يلى :
اختيار الأجهزة (الهادوير) :
فى البداية سوف نستخدم الميكروكونترولر PIC16F628A لرخص لتوفره ولرخص سعره ولأنه يحقق جميع متطلبات مرحلة البداية . على الرغم من أننا بدأنا بشاشة تتكون من وحدة واحدة 8x8 إلا أن الميكروكونترولر PIC16F628A لا يستطيع بمفرده توفير إمكانية لعرض ، بسبب قلة أطراف الدخل / الخرج ، وحتى مع استخدام الميكروكونترولر الأكبر ينبغى علينا استخدام دوائر متكاملة مساعدة لتقليل عدد الأطراف اللازمة للشاشة .
فى البداية سوف نستخم المنفذ PORTB بالكامل لإرسال بيانات الصفوف الثمانية ، وسوف نستخدم مسجل الإزاحة 7[img]اختيار الأجهزة (الهادوير) :[/img]4164 للتحكم فى مسح الأعمدة ، وهو ما سوف يسهل عمل توسعة للشاشة مستقبلا .
مسجلات الإزاحة shift registers تعتبر جزء مهم من إلكترونيات المنطق الرقمى ، فهى بمثابة اللاصق الموجود بين عالم البيانات التسلسلية وعالم البيانات المتوازية . فهى تقلل من عدد الأسلاك (الخطوط) ، ومن ثم عدد الأطراف المستخدمة ، وحتى أنها تساعد على تخفيف الحمل عن وحدة المعالجة المركزية من خلال قدرتها على تخزين بياناتها .
تأتى مسجلات الإزاحة فى أحجام ونماذج مختلفة من أجل الاستخدامات المختلفة . والآن ، سوف نناقش الدائرة المتكاملة 74HC164 وهى : مسجل إزاحة ، 8 بت ، دخل تسلسلى ، خرج متوازى ، بدون مزلاج (ماسك) . لماذا ؟ حسنا . السبب أنه واحد من أبسط سجلات الإزاحة المتاحة ، والذى يجعل تعلمه أسهل .
لمحة سريعة على سجل الإزاحة 74HC164 :
الرقم “74” يعنى أنه من العائلة المنطقية “74XX” ، وحيث أنه منطقى فهو لا يمكنه التحكم المباشر فى تيار كبير ( إجمالى تيار الشريحة 16-20mA ) ، فهو فقط يمرر الإشارات ، ولكن ذلك هذه الإشارات يمكنها تشغيل ترانزستورات من أجل الأحمال ذات التيار المرتفع .
الرقم “HC” يعنى سرعة مرتفعة ، ولكن كل ما مطلوب منك معرفته حوله هو أنه جهاز منخفض القدرة ويعمل على جهد من 2 إلى 5 فولت . أيضا يمكنه العمل بشكل جيد عند السرعات المرتفعة .
الرقم “164” هو رقم الموديل لهذه الشريحة .
فمسجل الإزاحة 74164 هو مسجل إزاحة 8 بت نوع "دخل تسلسلى ، خرج متوازى" يتم إشعاله بحافة نبضة . يتم إدخال البيانات تسلسليا من خلال أحد الدخلين DSA أو DSB ، يمكن استخدام أى من الدخلين ليكون فعال فى الحالة المرتفعة HIGH من أجل تمكين إدخال البيانات من المدخل الآخر . يجب توصيل المدخلين معا أو ربط المدخل الغير مستخدم بالجهد المرتفع .
يتم زحزحة البيانات بمكان واحد جهة اليمين عند كل انتقال من الجهد المنخفض إلى الجهد المرتفع LOW-to-HIGH لدخل الساعة clock (CP) ويخرج من الخرج Q0 .
المستوى المنخفض على طرف دخل الإعادة master reset (MR) يؤدى إلى تخطى جميع المداخل ومسح جميع البيانات وإجبار جميع المخارج لكى تكون على المستوى المنخفض LOW .
فيما يلى تمثيل حركى لاستخدام مسجل الأزاحة 74164 :
وصف الدائرة :
تتكون دائرة الاختبار من الميكروكونترولر PIC16F628A والذ يعمل على تردد 4MHz (ساعة داخلية أو ساعة خارجية) ، يتم توصيل أطراف المنفذ PORTB إلى أطراف الكاثودات المشتركة لوحدة الليد ماتريكس (الصفوف )خلال مقاومات تحديد التيار المناسبة ، كما يتم توصيل الطرف RA0 إلى مدخل الساعة لمسجل الإزاحة 74164 وتوصيل الطرف RA1 إلى طرف البيانات التسلسلية DS .
يتم توصيل طرف الأعادة العمومى MR إلى الجهد المرتفع لعدم استخدام خاصية الإعادة ، وبالتالى تمكين مسجل الإزاحة من العمل العادى .
يتم توصيل أطراف خرج مسجل الإزاحة إلى أطرااف الأنودات المشتركة (الأعمدة) .
العملية الأساسية هى عملية مسح الشاشة Scanning The Display :
تقنية هذا النوع من الشاشات تستخدم ظاهرة دوام الرؤية POV كأداة لإعطاء عرض لصورة وهمية (خداع بصرى) .
الآن ، عندما يكون لدينا ليد ماتريكس يكون لدينا خياران :
الخيار الأول : تقنية مسح الأعمدة بمعنى : تشغيل عامود column واحد فى كل مرة ، مع عرض (تواجد) نموذج الليدات الموصلة on وغير الموصلة off على صفوف هذا العامود ، وإعطائها بعض الوقت لترك أثر للصورة على أعيننا ، ثم بعد ذلك يتم إيقاف تشغيل العامود الأول والانتقال إلى تشغيل العامود الثانى ، ويتم تكرار نفس العملية مرة أخرى ومرة أخرى .
الخيار الثانى : تقنية مسح الصفوف ، يمكننا استخدام مسح الصفوف بنفس الكيفية ، بدلا من مسح الأعمدة .
كلا التقنيتين جيد على حد سواء .
التدريب الأساسى :
فى البداية سوف نطلق أسماء سهلة ومعبرة على أطراف الميكروكونترولر ، وذلك باستخدام التوجيه #define كما يلى :
كود:
#define CLK PORTA.B0
#define DS PORTA.B1
وكما ذكرت ، يجب أن يكون لدينا مصفوفة ثابتة font تحتوى على بيانات بايتات التمثيل النقطى لحروف الرسالة ، وسوف نبدأ بحرف واحد فقط هو الحرف “A” ، ومصفوفة المخزن المؤقت buffer والتى تحتوى على بتات بيانات إطار (صورة) يتم تحدبثها بصفة مستمرة للحصول على التأثير الحركى :
الخطوة الأولى : إنشاء دالة مسح عناصر مصفوفة المخزن المؤقت buffer :
مسح جميع عناصر مصفوفة المخزن المؤقت لضمان عدم وجود بيانات سابقة غير مرغوب فيها ، ومن المضل برمجيا وضع هذا الجزء فى دالة منفصلة كما يلى :
فى هذه الدالة تجد حلقة for تتكرر 8 مرات ، فى كل مرة يتم مسح عنص (بايت) من العناصر الثمانية لمصفوفة المخزن المؤقت .
الخطوة الثانية : إنشاء دالة لزحزحة جميع عناصر مصفوفة المخزن المؤقت بموقع واحد جهة اليسار :
كود:
void shift_buffer()//moves the data one place to the left to give the "movement" effect
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
buffer[i]=buffer[i+1];
}
}
فى هذه الدالة يتم نقل كل عنصر من عناصر مصفوفة المخزن المؤقت إلى مكان العنصر الذى يليه ، وتكون المحصلة زحزحة مكونات الصورة (الإطار) جهة اليسار مع تفريغ محتويات العنصر الأخير استعدادا لملوه بابايتالذى عليه الدور فى عملية تحديث الإطار .
الخطوة الثالثة : إنشاء دالة مسح وعرض محتويات المخزن المؤقت buffer أى الصورة (الإطار) :
كود:
void frame_scan()
{
unsigned char i;
DS=1; //put 1 on data pin
for(i=0;i<8;i++)//from byte 0 to byte 7
{
CLK=1; CLK=0; DS=0;// clock pulse and clear data
PORTB=~ buffer[i]; // inverse and send buffer data byte to PORTB
delay_ms(1);
}
PORTB=0xFF; //ones to OFF all led common cathodes 8 rows
}
فى هذه الدالة يتم تنفيذ ما سبق شرحه فى عملية مسح الأعمدة وعرض بيانات الصفوف وفقا للهارد وير المسخدم :
• نبدأ بوضع جهد مرتفع على طرف البيانات DS=1 .
ثم نقوم بتشكيل حلقة for تتكرر 8 مرات ، فى كل مرة :
• يتم إعطاء نبضة ساعة CLK (تنتقل من الحالة الابتدائية المنخفضة إلى الحالة المرتفعة ثم تعود إلى الحالة الابتدائية المنخفضة مرة أخرى ) يلى ذلك التأكيد على مسح خط البيانات DS ، والغرض تشغيل عامود معين فى كل دورة .
• بعد تشغيل العامود يتم عرض بيانات الصفوف المقابلة لهذا العامود ، بعد عكسها ، باستخدام العامل (~) ، لأنه سوف يتم إرسالها إلى أطراف الكاثود المشترك بوحدة الليد ماتريكس .
• بعد ذلك يتم وضع تأخير زمنى قصير كافى لرؤية بياات العامود ضمن الصورة الكاملة .
بعد انتهاء حقلة المسح وعرض محتويات المخزن المؤقت يتم إطفاء الشاشة لحظيا لمنع تداخل الصور المتتابعة .
ملحوظة :
عملية المسح السابقة يجب تكرارها عدد من المرات حتى نحصل على عرض مستقر ، وللتحكم فى سرعة العرض ، لذلك يمكن تعديل الدالة السابقة لتصبح بالشكل التالى :
كود:
void frame_scan()
{
unsigned char i ,n, speed=25;
//=======================
for(n=0;n<= speed;n++) //Repeat 25 times to obtain steady display , speed of display
{
DS=1; //put 1 on data pin
for(i=0;i<8;i++)//from byte 0 to byte 7
{
CLK=1; CLK=0; DS=0;// clock pulse and clear data
PORTB=~ buffer[i]; // inverse and send buffer data byte to PORTB
delay_ms(1);
}
PORTB=0xFF; //ones to OFF all led common cathodes 8 rows
}
}
الخطوة الخامسة : استخدام الدوال السابقة لإنشاء دالة تحديث بيانات المخزن المؤقت من المخزن الدائم :
كود:
void buffer_update()
{
unsigned char index;
//update display frame for each FONT[index] byte ,so we have 8 frames
for(index=0;index<8;index++)
{
shift_buffer();
buffer[7]= FONT[index];//put first character in last buffer location
frame_scan();
}
}//end of display frame buffer update
الآن إلى الدالة الرئيسية :
كود:
void main()
{
TRISA=0;
TRISB=0;
while(1)
{
clear_buffer();
buffer_update()
}//while end
}//main end
//======================
#define CLK PORTA.B0
#define DS PORTA.B1
//=====================
unsigned char FONT[8]={0xFC,0xFE,0x11,0x11,0xFE,0xFC,0x00,0x00};
unsigned char buffer[8];
//========================
void clear_buffer()
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++) buffer[i]=0; //clear 8 bytes
}
//=================================
void shift_buffer()//moves the data one place to the left to give the "movement" effect
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
buffer[i]=buffer[i+1];
}
}
//==========================
void frame_scan()
{
unsigned char i ,n, speed=25;
//=======================
for(n=0;n<= speed;n++) //Repeat 25 times to obtain steady display , speed of display
{
DS=1; //put 1 on data pin
for(i=0;i<8;i++)//from byte 0 to byte 7
{
CLK=1; CLK=0; DS=0;// clock pulse and clear data
PORTB=~ buffer[i]; // inverse and send buffer data byte to PORTB
delay_ms(1);
}
PORTB=0xFF; //ones to OFF all led common cathodes 8 rows
}
}
//=====================
void buffer_update()
{
unsigned char index;
//update display frame for each FONT[index] byte ,so we have 8 frames
for(index=0;index<8;index++)
{
shift_buffer();
buffer[7]= FONT[index];//put first character in last buffer location
frame_scan();
}
}//end of display frame buffer update
//=========================
void main()
{
TRISA=0;
TRISB=0;
while(1)
{
clear_buffer();
buffer_update();
}//while end
}//main end
كيفية البدء فى عمل شاشة ليد ماتريكس ناجحة والبرمجة بلغة السى مع المترجم ميكروسى برو :
