LCDキャラクタディスプレイモジュール（SC1602）表示プログラミング
AKI-H8/3048のオプション

１．はじめに
この文書はAKI-H8/3048のオプションであるLCDキャラクタディスプレイモジュール（以下LCDユニット）表示プログラミングを解説した学習用文書です。LCDを駆動するためにはLCDの使い方および，AKI-H8のポート割付を知らなければなりません。これらのことに興味がなく，使える関数をすぐに入手したい場合は松林氏のライブラリまたは hamayanさんのライブラリを参照してください。
LCDキャラクタディスプレイモジュール　16×2　の使用を前提に解説します。

２．LCDユニットの取り付け
説明書にしたがってLCDユニットを取り付けます。マザーボード上で＋５VとGNDラインを追ってゆくと，それぞれ1箇所ずつ未接続の個所があるので，はんだ付けで接続します。よく見ると，この接続位置のマザーボードの表面に「+」「-」と書いて○が3個ずつ書いてあります。

３．AKI-H8/3048でのLCDユニットのポート割り付け
AKI-H8のPort3がLCDユニットに接続されています。本来LCDユニットは8ビットのコードで表現された文字（半角文字）を表示します。
しかしAKI-H8のマザーボードでは使用ポート数と配線数を減らすために，LCDユニットの機能を利用して4ビット幅でデータを送信しています。
LCDユニット側にはRead/~Writeの端子がありますがこれは常にライト（書き込み）の状態（マザーボード上でGNDに接続）になっています。
本来はLCDユニットへのライトではbusy信号を見ながら作業を行なわなければならないのですが，CPU側で適当に待ちを入れて，タイミングを保ちます。（busy信号を見るように改造した例もあります）

４．LCDユニットの受け付ける命令（instruction set）
以下の表に示す命令中，（１）〜（６）までと，（１０）を使用します。
データ幅が上位4ビットなので，起動時には（５）（６）しか使えません。起動時の初期設定で（６）のDB4（DL)を用いて4ビット動作に切り替えます。切り替え後は8ビットのデータを「上位4ビット」「下位4ビット」の順に分けて「上位4ビット」の通路を通してデータの送信が出来ます。

CPUからLCDユニットへ命令を与えるには次のようにします。
LCDユニットから見た「RSとDB4〜DB7」を（H8から見るとbit0,1,2,3,4,5）所望の状態に保っておいて，「ES」を0→1に立ち上げると，そのときの「RSとDB4〜DB7」の信号をLCDユニットは信号を受け取ります。そのため，LCDユニットから見た「RSとDB4〜DB7」を（H8から見るとbit0,1,2,3,4,5）所望の状態に保っておいて，「ES」を0→1→0と変化させて，データを転送します。
「RS=0」の状態での書き込みはLCDユニットへの制御コード送信となり，「RS=1」の状態での書き込みは表示文字コードの送信となります。

５．LCDユニットの初期化手順
初期化は以下のように行なわれます。ただし，LCDユニットの表示機能の設定は一例です。
この初期化は６で示す初期化関数initLCD()中で行われています。
表示機能設定
「4ビット通信」「デューティ1/16」「キャラクタサイズ5*7」「カーソルOFF」「ブリンク（カーソルの点滅）OFF」「書き込み後自動カーソル右移動」「表示シフトOFF」

（１）15msec待ちます

（２）「４．（６）ファンクションセット」を設定します。以下DB7,DB6,DB5,DB4の設定で，RS=0のまま，ES：0→1→0と変化させます。　「４．（６）」を設定します。
この作業は電源投入時の不安定さ解消のため，時間待ちをはさみ全部で3回行ないます。
ここでは8ビット送信のままなので，接続されていないDB3，DB2，DB1，DB0は無効なデータをLCDユニットが取得している。

（３）4.1ms待ちます

（４）２回目の「４．（６）ファンクションセット」を設定します。作業内容は（２）と同じです。

（５）100μs待ちます

（６）３回目の「４．（６）ファンクションセット」を設定します。作業内容は（２）と同じです。

（７）4ビット通信に変更します。以下の設定で，RS=0のまま，ES：0→1→0と変化させます。
「４．（６）ファンクションセット」で設定します。ここでは8ビット送信のままなので，接続されていないDB3，DB2，DB1，DB0は無効なデータをLCDユニットが取得している。

（８）「４．（６）」を設定します。「4ビット通信」「デューティ1/16」「キャラクタサイズ5*7」
RS=0のまま4ビットずつ区切って送信する関数を使って，以下のデータを送信します。

（９）「４．（４）」を設定します。「表示ON」「カーソルOFF」「ブリンク（カーソルの点滅）OFF」
RS=0のまま4ビットずつ区切って送信する関数を使って，以下のデータを送信します。

（１０）「４．（３）」を設定します。「書き込み後自動カーソル右移動」「表示シフトOFF」
RS=0のまま4ビットずつ区切って送信する関数を使って，以下のデータを送信します。

（１１）「４．（１）」の命令を用いて全表示クリアします。
RS=0のまま4ビットずつ区切って送信する関数を使って，以下のデータを送信します。

６．LCDユニット制御用関数群を収めたヘッダファイルlcd_ctrl.h
ここでは，単純化のために，ヘッダファイルにしてありますが，実用化する場合はCソース＋ヘッダの形にしたほうがよいでしょう。

ヘッダファイルlcd_ctrl.h

/*****************************************************************
lcd_ctrl.h
LCD control function 2Sep2002 coskx
AKI-H8のport3に接続されたLCDのドライバ関数群を定義するヘッダファイル
このファイルがインクルードされる前に3048f.hまたはこれを含んだヘッダ
がインクルードされている必要があります。（インクルード順に注意）
提供する関数
（１）LCDの初期化
void initLCD( void )
（２）LCDに向けた putchar()
void LCDputchar(char data)
（３）LCDに向けた puts()
void LCDputs(char *str)
（４）LCDに向けた gotoxy()
void LCDgotoxy(unsigned x,unsigned y)
（５）LCDに向けた clrscr()   clear screen
void LCDclrscr(void)
（６）LCDに向けた byte の Hex 表示
void LCDputByteHex(char data)
（７）LCDに向けた short int の Hex 表示
void LCDputShortIntHex(short int data)
（８）LCDに向けた long int の Hex 表示
void LCDputLongIntHex(long int data)
*****************************************************************/
/*#include <3048f.h>*/

/* Port3 -> LCD */
/* 7    6    5    4    3    2    1    0 */
/*          ES   RS DB7 DB6 DB5 DB4 */

/* i/o */
#define init_LCD_Port()     P3.DDR = 0xff
#define LCD_Port            P3.DR.BYTE
#define LCD_RegisterSelect P3.DR.BIT.B4
#define LCD_EnableSignal    P3.DR.BIT.B5

static void msecwait(unsigned int msec)
/*mesc間なにもしない時間稼ぎ関数*/
{
    int i,j;
    for (i=0;i<msec;i++) {
        for (j=0;j<1588;j++);    /*1588は実測によって求めた値*/
    }
}

static void microsecwait(unsigned int microsec)
{/*だいたいmicrosec間なにもしない時間稼ぎ関数*/
    unsigned int i,j;
    for (i=microsec;--i;){j++;j++;j++;j++;j++;j++;j++;j++;}
}

static void LCDputCommand(char command) /*command width must be 4bits*/
{
    LCD_Port=(LCD_Port&0xf0)|command;
    LCD_EnableSignal=1;
    microsecwait(40);
    LCD_EnableSignal=0;
    microsecwait(40);
}

static void LCDputCommand2(char command2)
{
    LCDputCommand((command2>>4)&0xf);
    LCDputCommand(command2&0xf);
}

/************************************************************
LCDに向けた putchar()
************************************************************/
void LCDputchar(char data)
{
    LCD_RegisterSelect=1;
    LCDputCommand((data>>4)&0xf);
    LCDputCommand(data&0xf);
    LCD_RegisterSelect=0;
}

/************************************************************
LCDに向けた puts()
************************************************************/
void LCDputs(char *str)
{
    while(*str) LCDputchar(*str++);
}

/************************************************************
LCDの初期化
************************************************************/
void initLCD( void )
{
    init_LCD_Port();        /* output */
    LCD_Port=0;
    msecwait(15);           /* wait 15ms */
    LCDputCommand(0x3);     /* function set */
    microsecwait(4100);
    LCDputCommand(0x3);     /* function set */
    microsecwait(100);
    LCDputCommand(0x3);     /* function set */
    LCDputCommand(0x2);     /* function set data width=4bit*/
    LCDputCommand2(0x28);   /* function set 4bit duty:1/16,size:5*7 */
    LCDputCommand2(0x0c);   /* display on,cursor off,blink off */
    LCDputCommand2(0x06);   /* address:auto increment,cursor shift:right */
    LCDputCommand2(0x01);   /* clear display */
    microsecwait(1640);
}

/************************************************************
LCDに向けた gotoxy()
************************************************************/

void LCDgotoxy(unsigned x,unsigned y)
{
    unsigned char point;
    point=0x80+x+0x40*y;
    LCDputCommand2(point);
}

/************************************************************
LCDに向けた clrscr()   clear screen
************************************************************/
void LCDclrscr(void)
{
    LCDputCommand2(0x01);    /* clear display */
    microsecwait(1640);
}

static char hexnumeric[]="0123456789abcdef";
/************************************************************
LCDに向けた byte の Hex 表示
************************************************************/
void LCDputByteHex(char data)
{
    LCDputchar(hexnumeric[(data>>4)&0xf]);
    LCDputchar(hexnumeric[data&0xf]);
}

/************************************************************
LCDに向けた short int の Hex 表示
************************************************************/
void LCDputShortIntHex(short int data)
{
    LCDputByteHex((data>>8)&0xff);
    LCDputByteHex(data&0xff);
}

/************************************************************
LCDに向けた long int の Hex 表示
************************************************************/
void LCDputLongIntHex(long int data)
{
    LCDputShortIntHex((data>>16)&0xffff);
    LCDputShortIntHex(data&0xffff);
}

参考　LCD　PIN　Connection　（LCDモジュールについている14本のピンの説明）

H8から見たPort3のbit	LCDユニット（SC1602）の信号
0	DataBus4(DB4)
1	DataBus5(DB5)
2	DataBus6(DB6)
3	DataBus7(DB7)
4	RegisterSelect(RS)
5	EnableSignal(ES)
6	not used
7	not used

No	Symbol	Function
1	VDD	5V
2	VSS	GND
3	V0	Contrast Adjust
4	RS	Register Select
5	R/W	Read/Write
6	E	Enable Signal
7	DB0	Data Bit 0
8	DB1	Data Bit 1
9	DB2	Data Bit 2
10	DB3	Data Bit 3
11	DB4	Data Bit 4
12	DB5	Data Bit 5
13	DB6	Data Bit 6
14	DB7	Data Bit 7