グラフィックLCD[SG12864A]について

最近、あまり作っていないのでグラフィックLCD(SUNLIKE社 SG12864A)についてまとめておきます。

SG12864Aは、横128ドット、縦64ドットを表せるグラフィックLCDです。
色数は残念ながらモノクロですが、8bitマイコンで扱いやすいと言えます。
このLCDは検索すると沢山使い方がヒットするので、要点だけにします。
CS1やE、DB0等の接続端子についてはググってください。
制御コマンド等についてはこちらを見てください。

いつものようにおかしなところがあったら、各自脳内で補完してください。

【SG12864A仕様】
動作電圧: 5.0V
コントローラー: KS0107
I/F: 8bitパラレル
色数: モノクロ
解像度: 128x64

【SG12864AのVRAM構造】

※図は電子工作の実験室さんからお借りしました。（加筆修正済み）

128x64ドットと言っても、64x64ドット表示部を２つ並べています。
左右それぞれのアクセス対象をCS1、CS2で切り替えます。
縦8ドット分をPageという単位で表し、横64ドット分をColumnで表します。
従って、フォント等のイメージデータは縦8ドット分にスライスした形式で持つとアクセスが楽になります。

このへんは、電子工作の実験室さんの説明がわかりやすいので引用します。
---------------------------------------------------------------------------
このグラフィックLCDは図のように左右2つの64×64ドットの表示部として構成されています。
いずれも全く同じ機能を持っていて、CS1とCS2で選択することで別々に制御する必要があります。
それぞれの座標は下図のようになっていて、左上が原点(0, 0)で、右下端が(63, 63)と2つの表示部が独立した座標になっています。
上から８ＬｉｎｅずつまとめてＰａｇｅと呼び、Ｐａｇｅの内部は横方向に64本ので構成されていて、この1本の縦方向の8Ｌｉｎｅ分が１バイトのデータとして制御されます。
注意が必要なのは、1バイトの上側がデータビットの0ビット目となっていることです。
場所の指定方法はＣＳ１かＣＳ２で左右のどちらかを選択し、さらにＰａｇｅとＣｏｌｕｍ Ａｄｄｒｅｓｓで特定のバイトを指定します。
---------------------------------------------------------------------------

【SG12864Aの初期化】
1.左右のLCDをONにする[setDisplay()]
2.表示開始ラインを0にする[setStartline( 0 )]

void setDisplay( void )
{
　　set_E( 0 );　．．．．．E pinをLowにする
　　set_RW( 0 ); ．．．．．R/W pinをLowにする
　　set_DI( 0 ); ．．．．．D/I pinをLowにする
　　set_CS1( 1 );．．．．．CS1 pinをHighにする
　　set_CS2( 1 );．．．．．CS2 pinをHighにする
　　PORT_DB = 0x3F;．．．．DB0～DB7に0x3Fを出力する(LCD ON)
　　set_E( 1 );　．．．．．E pinをHighにする
　　set_E( 0 );　．．．．．E pinをLowにする
}

void setStartline( unsigned char ln )
{
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
　　set_RW( 0 ); ．．．．．．R/W pinをLowにする
　　set_DI( 0 ); ．．．．．．D/I pinをLowにする
　　set_CS1( 1 );．．．．．．CS1 pinをHighにする
　　set_CS2( 1 );．．．．．．CS2 pinをHighにする
　　PORT_DB = 0xC0+(ln&0x3F);DB0～DB7に開始ラインを出力する
　　set_E( 1 );　．．．．．．E pinをHighにする
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
}

【VRAMにデータを書き込む】
1.書き込むLCDを指定する[setCS1()、setCS2()]
2.Pageで縦位置を指定する[setPage( page )]
　※Pageは一度設定すると、再度設定しなおすまで値が保持されます。
3.Columnで横位置を指定する[setColumn( colm )]
　※Columnは設定すると、データを書き込み毎に自動的に+1されます。
4.データを書き込む[writeData( dat )]
　※書き込む単位は1バイト(8bit)単位となります。

// global
unsigned char cs1 = 0;
unsigned char cs2 = 0;

void setCS1( unsigned char fg )
{
　　if( fg == 0 ){
　　　　cs1 = 0;
　　}else{
　　　　cs1 = 1;
　　}
}

void setCS2( unsigned char fg )
{
　　if( fg == 0 ){
　　　　cs2 = 0;
　　}else{
　　　　cs2 = 1;
　　}
}

void setPage( unsigned char pg )
{
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
　　set_RW( 0 ); ．．．．．．R/W pinをLowにする
　　set_DI( 0 ); ．．．．．．D/I pinをLowにする
　　set_CS1( cs1 );．．．．．cs1が1なら左側を設定
　　set_CS2( cs2 );．．．．．cs2が1なら右側を設定
　　PORT_DB = 0xB8+(pg&0x07);DB0～DB7に縦(Page)位置を出力する
　　set_E( 1 );　．．．．．．E pinをHighにする
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
}

void setColmn( unsigned char cl )
{
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
　　set_RW( 0 ); ．．．．．．R/W pinをLowにする
　　set_DI( 0 ); ．．．．．．D/I pinをLowにする
　　set_CS1( cs1 );．．．．．cs1が1なら左側を設定
　　set_CS2( cs2 );．．．．．cs2が1なら右側を設定
　　PORT_DB = 0x40+(cl&0x07);DB0～DB7に横(Column)位置を出力する
　　set_E( 1 );　．．．．．．E pinをHighにする
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
}

void writeData( unsigned char val )
{
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
　　set_RW( 0 ); ．．．．．．R/W pinをLowにする
　　set_DI( 1 ); ．．．．．．D/I pinをHighにする
　　set_CS1( cs1 );．．．．．cs1が1なら左側に書き込み
　　set_CS2( cs2 );．．．．．cs2が1なら右側に書き込み
　　PORT_DB = val; ．．．．．DB0～DB7にデータを出力する
　　set_E( 1 );　．．．．．．E pinをHighにする
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
}

例えば、以下のようにすると画面左上に3本線が表示されます。
unsigned char x;
setCS1( 1 ); setCS2( 0 );
setPage( 0 );
setColumn( 0 ); // Xアドレス(Column)の自動+1を利用する
for( x = 0; x ＜64; x++ ){　
　　writeData( 0x2A );
}

表示エリアを拡大すると、以下のようになります。
(0,0)　　　　　　　　(63,0)
□□□□□　□□□
■■■■■　■■■
□□□□□　□□□
■■■■■～■■■
□□□□□　□□□
■■■■■　■■■
□□□□□　□□□
□□□□□　□□□

また、画面クリアは以下のようにCS1とCS2を両方ONにして一度に書き込みます。
unsigned char x, y;
setCS1( 1 ); setCS2( 1 );　※両画面同時に書き換える
for( y = 0; y ＜8; y++ ){　
　　setPage( y );
　　setColumn( 0 );
　　for( x = 0; x ＜64; x++ ){
　　　　writeData( 0 );
　　}
}

【VRAMのデータを読み込む】
1.書き込むLCDを指定する[setCS1()、setCS2()]
2.Pageで縦位置を指定する[setPage( page )]
3.Columnで横位置を指定する[setColumn( colm )]
4.データを読み込む[readData()]
　※読み込みはダミー読み込みと確定読み込みの２回行う必要があります。
　※読み込む単位は1バイト(8bit)単位となります。

unsigned char readData()
{
　　unsigned char val;

　　// ダミー読み込み
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
　　set_RW( 1 ); ．．．．．．R/W pinをHighにする
　　set_DI( 1 ); ．．．．．．D/I pinをHighにする
　　set_CS1( cs1 );．．．．．cs1が1なら左側を読み込み
　　set_CS2( cs2 );．．．．．cs2が1なら右側を読み込み
　　set_E( 1 );　．．．．．．E pinをHighにする
　　val = PORT_DB; ．．．．．DB0～DB7からデータを受け取る
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする

　　// 確定読み込み
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする
　　set_RW( 1 ); ．．．．．．R/W pinをHighにする
　　set_DI( 1 ); ．．．．．．D/I pinをHighにする
　　set_CS1( cs1 );．．．．．cs1が1なら左側を読み込み
　　set_CS2( cs2 );．．．．．cs2が1なら右側を読み込み
　　set_E( 1 );　．．．．．．E pinをHighにする
　　val = PORT_DB; ．．．．．DB0～DB7からデータを受け取る
　　set_E( 0 );　．．．．．．E pinをLowにする

　　return val;
}

※PSoCの場合、PORTのDRIVE設定(PRTxDM0、PRTxDM1、PRTxDM2)を読み込み前にHigh-Z、読み込み後にStrongにする必要があります。


【VRAMの指定位置にドットを書く】
void setPixel( int x, int y )
{
　　unsigned char tpg; // page
　　unsigned char tcol; // colmn
　　BOOL tcs1; // cs1
　　BOOL tcs2; // cs2
　　unsigned char tx, ty;
　　unsigned char bitpos;
　　unsigned char val;
　　unsigned char sb;
　　unsigned char setbit[] = { 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80 };

　　tx = x;
　　ty = y;

　　if( tx ＜64 ){
　　　　tcs1 = TRUE; tcs2 = FALSE; // 左側LCDにアクセス
　　}else{
　　　　tcs1 = FALSE; tcs2 = TRUE; // 右側LCDにアクセス
　　　　tx = tx-64; // tx = 0...63に収める
　　}
　　tx &= 0x3f; // X = 0...63に収める
　　ty &= 0x3f; // Y = 0...63に収める

　　tpg = ty/8; // Pageアドレスは y座標÷8
　　tcol = tx;
　　bitpos = ty%8;
　　sb = setbit[bitpos]; // 書き込む値

　　setCS1( tcs1 );
　　setCS2( tcs2 );
　　setPage( tpg );
　　setColumn( tcol );
　　val = readData();　　　　　　　 // ドットデータ読み込み(縦8ドット単位)
　　val |= sb;　　　　　　　　　　　// ドットを打つ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// ページアドレスは同じなので設定する必要はない
　　setColumn( tcol ); // Xアドレスは増加するので再設定が必要
　　writeData( v );　　　　　　　　　// データ書き込み
}

【キャラクタ文字を描画する】
扱いを簡単にするため、ここでは8x8ドットを基本としたキャラクタ座標で文字(8x8ドットを表示するようにします。
キャラクタ座標になると、横位置は0～15、縦位置は0～7で指定する事になります。つまり、横16文字縦8文字表示のキャラクタLCDになります。

まずフォントデータを作成します。フォントデータは横8ドット、縦8ドットで構成されているものとします。
このツールを使うとC言語のソース形式で出力できます。
SG12864A_MakeFont

#include "font8x8_YX.h"　．．．出力されたフォントデータの配列(font8x8_YX[])
void dispChrText( int col, int row, unsigned char code )
{
　　int i;
　　unsigned char v;
　　int ofs = code ＜＜ 3;　．．．．フォント位置を算出。1文字8バイトのため8倍する
　　int x = col ＜＜ 3;　　　．．．．キャラクタ座標をドット座標に直す
　　int y = row & 0x07;
　　if( x > 63 ){　．．．．．．．．X座標が64以上の場合は右側LCDを有効にする
　　　　x = x-64;
　　　　setCS1( 0 );
　　　　setCS2( 1 );
　　}else{
　　　　setCS1( 1 );
　　　　setCS2( 0 );
　　}
　　setPage( y );
　　setColumn( x );

　　for( i = 0; i ＜8; i++ ){
　　　　v = font8x8_YX[ofs+i];　．．．．．．．フォントを描画
　　　　writeData( v );
　　}
}

上の関数は、(col,row)の位置に指定の文字コード(code)を表示します。
引数のとる値は、colは0～15、rowは0～7、codeは0～255となります。
例えば左上の位置に'A'を表示するには以下のようにします。
dispChrText( 0, 0, 'A' );
または
dispChrText( 0, 0, 0x41 );
同じ位置に違う文字を描画すると前の文字は消されます。(上書き)

任意の位置に文字を表示するには以下のようにします。
void dispChr( int sx, int sy, unsigned char code )
{
　　int i, j;
　　unsigned char v;
　　int ofs = code ＜＜ 3;
　　for( i = 0; i ＜8; i++ ){
　　　　v = font8x8_YX[ofs+i];
　　　　for( j = 0; j ＜8; j++ ){
　　　　　　if( (v&0x01) != 0 ){
　　　　　　　　setPixel( sx+i, sy+j );
　　　　　　}
　　　　　　v = v ＞＞ 1;
　　　　}
　　}
}
表示位置のsxは0～127、syは0～63で指定できますが描画速度は遅いです。(setPixel関数を使わないようにすれば速く描画できますがコードが複雑になります)
状況によって使い分ける必要がありそうです。


【まとめ】
１．フォント等のイメージデータは縦方向でデータを持つ
２．Pageの値保持、Colmnの自動インクリメント機能をうまく使う。
　　特に自動インクリメントはデータのブロック転送に向いています。
３．文字やイメージをキャラクタ座標(8ドット単位)で描画する(重ね合わせ無し)と速い
４．ドットの読み込みは２回必要のため処理が重くなる
５．一度(1フレーム毎)に多くのVRAMを読み書きする場合はメインメモリ上にバッファを持って一括（ブロック）転送した方が速い


【参考】
・電子工作の実験室
　→グラフィック液晶表示器用ライブラリ