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Saugdrossel / balancing choke

2020-08-29T20:22:47Z

Eprofi: Text erweitert, Bilder und Simulationsdatei (LTspice)

Autor: user/show/eprofi

Die Aufgabe einer Saugdrossel ist z.B. bei einem 12-pulsigen Gleichrichter, die beiden 6-pulsigen Hälften zu verbinden. Läßt man sie weg, sinkt der Stromflusswinkel in den Trafospulen und Dioden, so dass sich die Trafoverluste verdoppeln.

Momentan sehe ich eher einen 1:1-Spartrafo (eine Wicklung mit Mittelanzapfung) ohne Luftspalt.

Alternativ kann man zwei ungekoppelte Drosseln verwenden (nur geringfügige Verschlechterung) oder die beiden Hälften in Reihe schalten.

Da man hierzu nur sehr wenig Informationen findet, habe ich 2009 einen wikipedia-Eintrag erstellt, der kommentarlos vom umstrittenen Power-Lösch-User Millbart ins Nirwana befördert wurde.

Im wikipedia-Eintrag https://de.wikipedia.org/wiki/Dreiphasengleichrichter heißt es bei https://de.wikipedia.org/wiki/Dreiphasengleichrichter#Zw%C3%B6lfpulsgleichrichter :
"In Reihenschaltung, auch als B6-2S Schaltung bezeichnet, ergibt sich eine doppelte Ausgangsspannung, die Stromstärke der Schaltung entspricht der Stromstärke der einzelnen Brücken:"
 
Das stimmt aber nicht ganz: die Spannung ist weniger als die Summe der beiden Hälften, und der eigenltiche Grund der Reihenschaltung wird gar nicht genannt: die oben erwähnte Halbierung der Trafoverluste durch Erhöhung des Stromflußwinkels.

Im Absatz danach ein Bild der Parallelschaltung, bei dem die Saugdrossel fehlt:
"In Parallelschaltung, auch als B6-2P Schaltung bezeichnet, ergibt sich ein hoher Ausgangsstrom, die Ausgangsspannung entspricht der Spannung der einzelnen Brücken:"
 Hier eine LTspice-Simulation:
[[Datei:12pulsGleichrichterVariationen.png]]
Die Wicklungsströme der 4 Varianten:
[[Datei:12pulseWindingCurrents.png]]
Die Verlustleistung der 4 Varianten:
[[Datei:12pulseWindingLosses.png]]
Man sieht deutlich den kurzen hohen Stromfluss. Mit Ctrl+Klick auf den Graph-Namen im Plot-Pane kann man die Durchschnittsleistung anzeigen lassen, ebenso findet sich eine Liste in der Log-Datei, die man mit Ctrl+L anzeigen lassen kann. 
Hier die LTspice-Datei:
[[Datei:12pulsGleichrichterVariationen.asc]] 
die dazugehörige Plot-Datei zeigt gleich nach der Simulation die relevanten Ströme:
[[Datei:12pulsGleichrichterVariationen.plt]]

Datei:12pulsGleichrichterVariationen.plt

2020-08-29T20:15:20Z

Eprofi: Plot-Datei der LTspice-Simulation der 4 12-Puls-Gleichrichtervarianten

== Beschreibung ==
Plot-Datei der LTspice-Simulation der 4 12-Puls-Gleichrichtervarianten
== Lizenz ==
{{subst:Mehrlizenzdateien|Bild-CC-by-sa/3.0/de|Bild-CC-by-sa/3.0|Bild-GFDL-Neu}}

Datei:12pulsGleichrichterVariationen.asc

2020-08-29T20:13:18Z

Eprofi: LTspice-Simulation der 4 12-Puls-Gleichrichtervarianten

== Beschreibung ==
LTspice-Simulation der 4 12-Puls-Gleichrichtervarianten
== Lizenz ==
{{subst:Mehrlizenzdateien|Bild-CC-by-sa/3.0/de|Bild-CC-by-sa/3.0|Bild-GFDL-Neu}}

Datei:12pulseWindingLosses.png

2020-08-29T20:07:45Z

Eprofi: Die Trafo-Verlustleistung der 4 Varianten

== Beschreibung ==
Die Trafo-Verlustleistung der 4 Varianten
== Lizenz ==
{{subst:Mehrlizenzdateien|Bild-CC-by-sa/3.0/de|Bild-CC-by-sa/3.0|Bild-GFDL-Neu}}

Datei:12pulseWindingCurrents.png

2020-08-29T20:05:30Z

Eprofi: Plot der Wicklungsströme der 4 Varianten

== Beschreibung ==
Plot der Wicklungsströme der 4 Varianten
== Lizenz ==
{{subst:Mehrlizenzdateien|Bild-CC-by-sa/3.0/de|Bild-CC-by-sa/3.0|Bild-GFDL-Neu}}

Datei:12pulsGleichrichterVariationen.png

2020-08-29T19:53:32Z

Eprofi: 4 Versionen der 12-puls-Gleichrichterschaltung: 1. direkte Parallelschaltung wie in Wikipedia ohne Saugdrossel 2. Seriellschaltung 3. Parallelschaltung mit 2 ungekoppelten Drosseln 4. Parallelschaltung mit 2 gekoppelten Spulen (Spartrafo)

== Beschreibung ==
4 Versionen der 12-puls-Gleichrichterschaltung:

1. direkte Parallelschaltung wie in Wikipedia ohne Saugdrossel
2. Seriellschaltung
3. Parallelschaltung mit 2 ungekoppelten Drosseln
4. Parallelschaltung mit 2 gekoppelten Spulen (Spartrafo)
== Lizenz ==
{{subst:Mehrlizenzdateien|Bild-CC-by-sa/3.0/de|Bild-CC-by-sa/3.0|Bild-GFDL-Neu}}

Saugdrossel / balancing choke

2020-08-28T16:04:21Z

Eprofi: Die Seite wurde neu angelegt: „Autor: user/show/eprofi Die Aufgabe einer Saugdrossel ist z.B. bei einem 12-pulsigen Gleichrichter sie beiden Hälften zu verbinden. Läßt man sie weg, sinkt…“

Autor: user/show/eprofi
Die Aufgabe einer Saugdrossel ist z.B. bei einem 12-pulsigen Gleichrichter sie beiden Hälften zu verbinden. Läßt man sie weg, sinkt der Stromflusswinkel in den Trafospulen und Dioden, so dass sich die Trafoverluste verdoppeln.

Alternativ kann man zwei ungekoppelte Drosseln verwenden (nur geringfügige Verschlechterung) oder die beiden Hälften in Reihe schalten.

Da man hierzu nur sehr wenig Informationen findet, habe ich 2009 einen wikipedia-Eintrag erstellt, der kommentarlos vom umstrittenen Power-Lösch-User Millbart ins Nirwana befördert wurde.

Quarzfrequenzen und Primfaktoren

2018-09-11T10:56:46Z

Eprofi: Link in englische Wikipedia

Kaum zu glauben, wieviele verschiedene Quarzfrequenzen es gibt:

hier eine Liste der üblichsten (das ist eine Zusammenfassung aller bei Digikey erhältlichen Quarze und Oszillatoren):
Bei manchen habe ich die Primfaktoren im calc.exe windows-rechner-Format (einfach Copy und Paste in den Rechner) angegeben.
Für eine sehr ausführliche Liste mit Verwendung siehe auch https://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_oscillator_frequencies
20000
25600
26667
28000
30000
30760
31250
31500
32000
32560
32768
32919
36000
38000
38400
40000
46608,4
50000
60000
60002
65535
65536
75000
76790
76800
76810
77500
77503
83000
96000
100000
111000
120000
120847,5
131072
149475
1 228800
1 544000
1 843200
2 000000
2 048000
2 457600
3 072000
3 088000
3 276800
3 579000
3 579545
3 579550
3 686400
4 000000
4 032000
4 096000
4 194304
4 433619
4 800000
4 915200
5 000000
5 068800
5 120000
5 500000
5 529600
5 990400
6 000000
6 144000
6 176000
6 500000
6 757000
7 200000
7 372800
7 680000
8 000000
8 000156
8 192000
8 388608
8 432000
9 000000
9 216000
9 600000
9 830000
9 830400
10 000000
10 240000
10 245000
10 624400
10 738635
11 000000
11 059000
11 059200
11 289600
11 520000
12 000000
12 000393
12 096000
12 288000
12 352000
12 500000
12 688000
12 800000
13 000000
13 225000
13 500000
13 560000
14 000000
14 318180
14 400000
14 500000
14 745600 = 2y16 * 3y2 * 5y2 * 7y0=
14 850000
15 000000
15 360000
15 974400
16 000000 = 2y10 * 3y0 * 5y6 * 7y0=
16 000312
16 128000
16 257000
16 368000
16 384000
16 667000
16 670000
16 800000
16 934400
17 734475
17 734476
18 000000
18 432000 = 2y14 * 3y2 * 5y3 * 7y0=
18 869000
19 200000
19 440000
19 660000
19 660800 = 2y18 * 3y1 * 5y2 * 7y0=
19 680000
20 000000 = 2y 8 * 3y0 * 5y7 * 7y0=
20 118400
20 480000
21 477270
22 000000
22 118400
24 000000 = 2y 9 * 3y1 * 5y6 * 7y0=
24 000140
24 576000
24 704000
25 000000 = 2y 6 * 3y0 * 5y8 * 7y0=
25 175000
26 000000
27 000000
28 000000
28 224000
28 322000
28 375000
28 636000
28 636300
28 636360
29 491000
29 491200
29 498928
30 000000
32 000000
32 514000
32 768000
33 000000
33 333000
33 333300
33 868800
35 000000
35 328000
36 000000
38 000000
38 880000
40 000000
42 000000
44 000000
44 545000
44 736000
44 900000
46 000000
48 000000
49 152000
49 860000
50 000000
53 125000
55 000000
60 000000
64 000000
65 000000
66 000000
66 666000
66 666600
66 666700
72 000000
75 000000
80 000000
90 000000
100000000
106250000
125000000
133000000
155520000
156250000
159375000
161132800
250000000
311040000
622080000

[[Kategorie:Bauteile]]

Nanotec Stepper- und BLDC-Motorcontroller und NanoJEasy-Programmierung

2015-02-05T17:46:09Z

Eprofi: Die Seite wurde neu angelegt: „Von Nanotec gibt es recht interessante intelligente Stepper- und BLDC-Motortreiber, welche auch in NanoJEasy (Java- bzw. C++-Dialekt) programmiert werden könn…“

Von Nanotec gibt es recht interessante intelligente Stepper- und BLDC-Motortreiber, welche auch in NanoJEasy (Java- bzw. C++-Dialekt) programmiert werden können.

Erste Generation:
SMCI-Serie mit Microchip-DSP mit RS485 und CAN

Zweite Generation:
N5, C5 mit Arm-Prozessor, CAN, Ethernet

Wegen ihrer Komplexität lauern vielfältige Stolpersteine, die hier aus dem Weg geräumt werden sollen.

Hier gibt es den entsprechenden Diskussionsthread:

Temperatursensor

2013-02-09T07:19:06Z

Eprofi: /* ADT7310 */ erweitert um ADT74xx

Will man mit einem [[Mikrocontroller]] Temperaturen messen, dann braucht man
* einen [[Sensor]], der die Temperatur z. B. in eine Spannung oder einen Strom umsetzt
* einen [[ADC | AD-Wandler]], der das Signal digitalisiert. Der kann auf dem Sensor oder dem Mikrocontroller integriert sein.

Temperatursensoren gibt es nun in allen möglichen Varianten. Vom temperaturabhängigen [[Widerstand]] bis zum fertig abgeglichenen All-in-one-Bauteil mit digitalem Ausgang. Wie bei allen Sensoren sollte man auch hier genau hinschauen und [[Auflösung und Genauigkeit]] unterscheiden.

== Analoge Temperatursensoren ==

=== PT100 ===

Unter einem PT100 versteht man einen Platinwiderstand, der bei 0°C einen Widerstand von 100Ω hat.
Platinwiderstände sind temperaturabhängige Widerstände mit hoher Wiederholgenauigkeit und Konstanz[http://de.wikipedia.org/wiki/Konstante]. Wegen der relativ geringen Widerstandsänderung von nur ca. 0,4Ω pro Grad ist etwas mehr Schaltungsaufwand erforderlich als bei anderen Sensoren. Genauere Formeln zur Temperaturbestimmung gibt es u.a. bei [http://de.wikipedia.org/wiki/Pt100 Wikipedia]. Ein Schaltplan findet sich bei der [http://www.heise.de/ct/artikel/Sensibelchen-289608.html c't].

Die Sensoren gibt es auch mit anderen Widerstandswerten, z. B. mit 1000Ω und heißen dann entsprechend PT1000.

Vorteil:
* genormt
* großer Meßbereich
* hohe Linearität
* hohe Wiederholgenauigkeit
* einfach austauschbar

Nachteil:
* relativ teuer (bei segor.de ab 3,80€)
* brauchen aufwändigere Auswerteschaltung

Links:
* [http://de.wikibooks.org/wiki/Linearisierung_von_resistiven_Sensoren/_Pt100 Wikibooks: Linearisierung von resistiven Sensoren - PT100]
* [http://www.heise.de/ct/04/22/236/ c't-Artikel: Mikrocontroller-Programmierung: Timer, Sensoren und Drehgeber (mit PT100 Schaltung)]
* [http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3450 Maxim AN3450 Positive Analog Feedback Compensates PT100 Transducer]
* [http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/4875 Maxim AN4875 High-Accuracy Temperature Measurements Call for Platinum Resistance Temperature Detectors (PRTDs) and Precision Delta-Sigma ADCs]
* [http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01154a.pdf Microchip AN1154 Precision RTD Instrumentation for Temperature Sensing]
* [http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN709_0.pdf Analog Devices AN709 RTD Interfacing and Linearization Using an ADuC8xx MicroConverter]

=== NTC/PTC ===

NTC und PTC sind temperaturabhängige Widerstände.

* NTC (engl. '''N'''egative '''T'''emperature '''C'''oefficient, Heißleiter), hat bei hohen Temperaturen seinen niedrigsten Widerstand, z. B. Silizium
* PTC (engl. '''P'''ositive '''T'''emperature '''C'''oefficient, Kaltleiter), hat bei niedrigen Temperaturen seinen geringsten Widerstand, z. B. Glühlampe

Um den Widerstandswert zu messen schaltet man sie mit einem normalen Widerstand oder einer [[Konstantstromquelle]] in Reihe zu einem [[Spannungsteiler]] und misst den Spannungsabfall. Eine Beispielschaltung findet sich [http://www.mathar.com/msp_thermo1.html hier].

Vorteil:
* billig (z.B. [http://www.reichelt.de/?ARTICLE=9594 KTY81-110] bei Reichelt ~0,60€)

Nachteil:
* müssen für höhere Genauigkeiten abgeglichen werden
* brauchen A/D-Wandler
* sind nichtlinear

Beispiele:
* KTY10-5
* KTY13-6
* KTY81-121
* KTY81-122

Links:
* [http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm Temperaturabhängige Stromquelle und NTC/PTC inclusive Linearisierung]
*[http://www.umnicom.de/Elektronik/Mikrokontroller/Atmel/AtFan/AtFan.html#2.2.2 Berechnung des Linearisierungswiderstandes für gewünschten Temperaturbereich] der fällt sonst immer vom Himmel
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/208587#2065880 KTY 10-5 Formelprobleme]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/225563 Codesammlung: Beispiel mit 0,5°C Auflösung]
* [http://preis-ing.de/e_calc/index.php?seite=auternzc Automatisches Erzeugen von C-Code zur NTC Auswertung] Aus den NTC Parametern und den Anforderungen wird ein schneller und schlanker C-Code generiert.

=== LMx35 ===

Eine IC-Familie, die pro Kelvin Temperaturänderung ihre Ausgangsspannung um 10 mV ändert. Die ICs gibt es in verschiedenen Genauigkeiten und Temperaturbereichen mit den Bezeichnungen LM135(A), LM235(A) und LM335(A). Der günstigste ist der LM335 mit einem Temperaturbereich von −40 … +100°C.
In verschiedenen Bauformen erhältlich. Beispielschaltungen finden sich im [http://www.national.com/ds.cgi/LM/LM135.pdf Datenblatt] und [http://www.suessbrich.info/elek/elektherm1.html hier]

Vorteile:
* hat auch ohne Kalibrierung eine Genauigkeit von einem Grad (bei 25°C)
* relativ billig (LM335 bei Reichelt ab 0,76 €)

Nachteile:
* benötigt A/D-Wandler
* bei längerer Anschlussleitung störanfällig

Links:
* [http://www.schramm-software.de/tipps/temperaturmessung/analogsensoren.htm Test-Schaltungen und -Code zur Auswertung mit ADC (AVR-Assembler)]

=== LM334 ===

Ein IC ähnlich dem LM335 mit dem Unterschied, dass der durch das IC fließende Strom proportional von der Temperatur abhängt. Mit einer einfachen Schaltung aus nur zwei Widerständen kann man dann den Strom in einer Weise wandeln, dass pro Kelvin eine Spannungsänderung von 10mV ausgegeben wird. Da die Strom-Spannungswandlung auf der Platine (und damit nahe am AD-Wandler) stattfindet und die Übertragung des Messwerts durch einen Strom stattfindet, sind Störungen durch Netzbrumm etc. viel geringer als beim LM335

Vorteile:

* relativ billig ([http://www.reichelt.de/?ARTICLE=10468 Reichelt 0,54 €])

Nachteile:
* benötigt A/D-Wandler
* Bereich 0°C-70°C

Ähnliche ICs:
* AD592 (Ausgangsstrom 1µA pro Kelvin, absolute Temperatur) [http://www.reichelt.de/?ARTICLE=3825 Reichelt: 3,75 €], Conrad 174912 8,50 €

=== SMT160-30 ===

Ist ein Zwischending zwischen Digital und Analog. Sein Ausgangssignal ist ein digitales PWM-Signal, zu dessen Messung man am besten den Input-Capture-Eingang eines Mikrocontrollers verwendet. Man kann ihn also wie einen analogen Sensor nur indirekt auslesen, anstatt über einen AD-Wandler hier über einen Timer.

Vorteile:
* Digitales PWM-Signal ist unempfindlich gegen Störeinflüsse
* gibt es in SO8, TO18, TO92 und TO220, gut befestigbar, z.B am Kühlkörper
* linear
* kein Abgleich nötig

Nachteile (viele):
* benötigt Timer
* jittert extrem, genaue Messungen nur über Mittelung / Filterung möglich
* nicht nur das PWM-Verhältnis, sondern auf die Frequenz ist temp-abhängig (1-4kHz)
* teuer (Farnell 10,90€ +16%, Conrad 9,xx€ , www.hy-line.de ??).
* TO92 Gehäuse ist günstiger, dafür weniger genau

Links:
* http://www.hy-line.de/co/sensor-tec/hersteller/smartec/smt-160-30/index.html

=== Thermoelement ===

Ein Thermoelement besteht im einfachsten Fall aus zwei ungleichen Metallendrähten, die an einem Punkt miteinander verbunden sind und bei dem die Verbindungsstelle einer anderen Temperatur ausgesetzt ist als die offenen Enden der Drähte. An den offenen Enden der Drähten entsteht eine Spannung (Thermospannung). Dieser Effekt wurde 1821 von Thomas Seebeck entdeckt ([http://de.wikipedia.org/wiki/Seebeck-Effekt Seebeck-Effekt] bei Wikipedia). Eine weitere Anwendung ist der thermoelektrische Generator ("Thermogenerator").

Vorteil:
* über einen sehr weiten Temperaturbereich einsetzbar

Nachteil:
* die sehr geringen Temperaturspannungen im Mikrovoltbereich benötigen eine sehr gute Auswertelektronik (guter Analogteil + AD-Wandler).

Links:

* [http://www.sensorwell.at/fileadmin/templates/images/data_sheets/temperatur_messtechnik.pdf Warum Thermoelemente Relativtemperaturen messen! oder Was ist eine Kaltstelle?] - Technische Information von www.sensorwell.at (PDF, ca. 600kB)

== Digitale Temperatursensoren ==

=== DS1621 ===

Der DS1621 ist Temperatursensor und A/D-Wandler in einem. Er gibt seine Daten per [[I²C]]-[[Bus]] aus. Ein Schaltplan für einen elektronischen Thermometer mit diesem IC findet sich [http://www.myplace.nu/avr/thermo/ hier].

Vorteile:
* bereits kalibriert
* kein A/D-Wandler nötig
* da I²C ein Bus ist, kann man mehrere DS1621 und andere I²C-Bausteine zusammen anschließen und braucht dafür trotzdem nur zwei I/O-Ports.
* Messbereich -55°C to +125°C
* Genauigkeit +-0,5°C
* Auflösung besser 0,01°C, wenn man die beiden Zählerregister (Count-Remain und Count-per-C) auswertet

Nachteile:
* teuer (Segor 5,80€; RS 3,95€; Conrad 5,22€)
* obwohl die meisten Register [[Speicher#NVRAM | nichtflüchtig]] sind, kann man ihn nicht als Stand-Alone-Thermostat einsetzen, da er erst nach einem Start-Conversion-Befehl zu messen beginnt.

Nachfolger:
* DS1631, DS1631A (Auto-Start-> Stand-Alone-Thermostat), DS1731
* weitere Stand-Alone-Thermostaten: DS1821, DS1629

=== LM75 ===

Der LM75 ist so ähnlich wie der DS1621, allerdings nur in SMD erhältlich und nicht so genau. Er ist aber öfters mal auf PC-Mainboards zu finden, so dass man beim Schlachten eines solchen günstig an einen Temperatursensor kommen kann. Eine Beispiel Schaltplan mit einem ATmega8 findet man [http://www.ucblog.de/2010/09/mikrocontroller-thermometer-schaltplan/ hier]

Vorteile:
* bereits kalibriert
* kein A/D-Wandler nötig
* I²C-Bus Ausgang
* billiger als DS1621 (Reichelt 1,45 €; RS 3V: 3,75€; 5V: 2,72€)
* Auflösung +-0,5°C

Nachteile:
* nur im SMD-Gehäuse erhältlich
* relativ ungenau (+-2°C), kann man jedoch kalibrieren / kompensieren

Kompatible Typen:
* AD7415ART
* DS7505S+

=== LM76 ===

Der LM76 ähnlich dem LM75, bietet aber eine 8-fach höhere Auflösung und eine Genauigkeit von 0.5 bzw. 1°C.

Vorteile:
* höhere Auflösung
* höhere Genauigkeit

Nachteil:
* schwerer zu beschaffen

=== TMP175 / TMP75 ===

Ähnelt dem LM75 stark! Temperatursensor von Texas Instruments.

=== DS18S20 / DS18B20 ===

Der DS18S20 (Nachfolger des DS1820) und DS18B20 sind scheinbar Temperatursensoren und A/D-Wandler in einem. Wenn man genauer hinschaut, stellt man fest, dass es sich um direktwandelnde Sensoren handelt. Die Temperatur wird ohne Umweg über eine analoge Zwischengröße (Spannung oder Strom) in ein digitales Signal überführt.

Die Datenkommunikation erfolgt über ein 1-Wire-Interface, wodurch man am [[Mikrocontroller]] mit nur einem einzigen I/O-Pin auskommen kann. Außerdem beherrschen sie die parasitäre Stromversorgung, d.h., man braucht für Daten und Stromversorgung zusammen nur zwei Leitungen.

Beim DS18B20 sind Auflösungen von 9, 10, 11 und 12 Bits konfigurierbar. Je kleiner die Auflösung, desto kürzer ist die Messzeit. Der DS18S20 hat eine feste Auflösung von 12 Bits, wobei die unteren 3 Bits aufwändiger auszuwerten sind als beim DS18B20. Der DS18S20 ist als Ersatz für den DS1820 gedacht. Der Hersteller empfiehlt den DS18B20 für Neuentwicklungen.

Vorteile:
* bereits kalibriert
* Genauigkeit +-0,5°C
* 1-Wire-Ausgang

Nachteil:
* relativ teuer: Reichelt: 2,50€ / CSD: 1,85€ / Conrad 5,08€

Links:
* [http://www.avr-projekte.de/ds18b20.htm Ein oder mehrere DS18B20 DS18S20 über Romcode einlesen. AVR-Assembler]
* [http://pic-projekte.de/wiki/index.php?title=Ansteuerung_eines_DS18S20 Ansteuern eines DS18S20 in C (PIC)]
* [http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS18S20.pdf Datenblatt DS18S20]
* [http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS18B20.pdf Datenblatt DS18B20]
* [http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/4377 Vergleich DS18B20 <-> DS18S20]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/6505 Code zur Ansteuerung (ASM ATTiny12)]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/14792 Code zur Ansteuerung (AVR-GCC)]
* [http://gandalf.arubi.uni-kl.de/avr_projects/tempsensor/ Code zur Ansteuerung mit CRC-Prüfung (AVR-GCC)]
* [http://www.schramm-software.de/tipps/temperaturmessung/digitalsensoren.htm Code zur Ansteuerung mit CRC-Prüfung (AVR-Assembler)]
* [http://chaokhun.kmitl.ac.th/~kswichit/avrthermo/avrthermo.html LED-Thermometer mit AT90S2313 (C)]
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-248219.html Webserver zur Ansteuerung von bis zu 63 Bausteinen]
* [http://www.teslabs.com/openplayer/docs/docs/other/ds18b20_pre1.pdf PDF Anleitung zur Beschaltung und Programmierung (C)]
*[http://www.digitemp.com/building.shtml Anleitung Sensorfühleraufbau (DigiTemp)]
* http://www.mikrocontroller.net/topic/14792
* http://www.mikrocontroller.net/topic/232156 (Timing der parasitären Versorgung)

=== DS1822 ===

Ähnlich wie DS18S20, aber weniger genau (+-2°) und in großen Stückzahlen billiger. Wegen der geringeren Verbreitung kommt der Preisvorteil aber bei Einzelstücken nicht beim Kunden an. So kostet er bei Reichelt mit 3,50€ mehr als der DS18S20.

=== DS1921 / DS1922 ===

Sind wie die DS1821 1-wire-Sensoren mit zusätzlicher Logging-Funktion.
Im iButton-Gehäuse befindet sich eine Lithium-Zelle, eine RTC, CMOS-RAM und der Temp-Sensor. Nach umfangreicher Progammierung startet der Button seine Mission (Aufzeichnung des Temperaturverlaufs).
Gibt es auch mit zusätzlicher Feuchtemessung (DS1923).

=== TSic ===

Die TSic Sensoren werden baugleich von 3 Herstellern angeboten:
* ZMD ([http://www.zmd.biz/temp.php?group=temp&content=products Homepage]) ([http://tarr.uspto.gov/servlet/tarr?regser=serial&entry=78673282 Trademark])
* IST AG ([http://www.ist-ag.com/eh/ist-ag/de/home.nsf/contentview/8F5D32432CAC53C2C1257405003C2433 Homepage])
* Hygrosens ([http://www.hygrosens.de/english/shop/list.html?tx_ttproducts_pi1%5Bcat%5D=11&cHash=dcd89b823b Homepage])

Die TSic Sensoren ([http://www.zmd.biz/pdf/ZMD%20TSic%20Data%20Sheet%20V3%207.pdf Datenblatt]) geben ihre Temperaturmessdaten automatisch in einem festen Intervall aus. Daher muss der Host nur warten bis die nächsten Messdaten rausgeschickt werden. Die TSic Sensoren die es im freien Handel gibt, geben ihre Messdaten alle 100ms (10Hz) aus.
Zur Übertragung wird das [http://www.zmd.biz/pdf/IST_TSic_ZACwire_V2.3%20Digital%20Output_17-Oct-06.pdf ZACwire] Protokoll benutzt. Es handelt sich um eine einfach zwei Byte Übertragung per Manchester-Code. Diese zwei Byte repräsentieren den digital gewandelten Temperaturwert. Im Gegensatz zu Sensoren wie den DS18xxx von Dallas muss dieser Wert aber erst auf einen dezimalen Wert umgerechnet werden.
Die Sensoren kommen mit 3 Pins aus (VCC, GND, Dout).

Vorteile:
* Bereits kalibriert
* Verschiedene Genauigkeiten lieferbar
* Sehr einfaches Kommunikationsprotokoll
* Geringer Stromverbrauch
* Hochgenau: bis zu +/- 0.1°C (TSic 50x)

Nachteil:
* Recht teuer (Reichelt: 4,70€ für den TSic206)
* Nur ein Sensor an einem I/O nutzbar (Kein Bussystem)

Achtung!
Die TSic Sensoren gibt es auch als Version mit analog Ausgang. Bei der Typenbezeichnung gibt die 3. Stelle an ob es sich um die analog- oder Digitalversion handelt (1 = analog, 6 = digital).
Der TSic201 ist also analog, wärend der TSic206 ein digitaler ist.

Links:

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/283615#3025721 ZACwire Protokoll im Logic Analyzer]
* [http://www.avr-projekte.de/zacwireasm.htm Zacwire Protokoll, AVR-Assembler]
* [http://www.loetstelle.net/projekte2/tsic306/tsic306.php GCC AtMega8 Interruptgesteuerte Statemachine für TSIC206/306]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/45573#347765 Ansatz zum Empfang der Daten]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/225554# Beispiel mit Strobe ohne Interrupt]
* [http://ethersex.de/index.php/Zacwire Fertige Ansteuerung durch AVR in Ethersex]
* [http://www.zmd.biz/temp.php?group=temp&content=products Herstellerseite mit Datenblättern und FAQ]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/82087 Diskussion mit Beispielcode (MSP430, AVR, PIC) blockierend]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/144424#1367539 C++ Interrupt]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/88847 noch mehr C, problematisch Interrupt]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/151791#1426974 C für ATmega8]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/159149#1510455 auch problematisch]
* [http://www.sinc.sunysb.edu/Stu/maman/ESE_381.htm Projekt mit tsic sensor, evtl. code]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/188462#1837622 fertiger Code zum Einlesen des Zacwire-Protokolls für PIC in ASM]
* [http://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=55103 RN: Bascom]
* [http://www.mikrocontroller.net/search?query=tsic* Suche in den Foren]
* [http://www.avr-projekte.de/tinyclock.htm TSIC206 Thermometer mit Uhr und Kalender. Komplette Bauanleitung mit ASM Quellcode für AT-Tiny2313]

=== SHT1x/SHT7x ===

Der SHT1x/SHT7x (SHT10, SHT11, SHT15, STH71, SHT75) sind kombinierte Temperatur- und Feuchtesensoren von [http://www.sensirion.com Sensirion]. Sie unterscheiden sich in Bauform und Genauigkeit.

Vorteile:
* digitale Schnittstelle mit einfacher [[I²C]]-''ähnlicher'' Ansteuerung
* keine Kalibrierung notwendig
* Beispielcode (C, MC51) auf der Sensirion-Seite verfügbar (relativ leicht portierbar)
* interne Heizelemente (Funktionsprüfung, "raue" Umgebung)
* Spannungsmonitor ("Battery fail")
* sehr hohe Genauigkeit

Nachteile:
* kann nicht am [[I²C]] Bus betrieben werden, theoretisch gleiche Clockleitung möglich, fixe Adresse
* relativ teuer (Farnell 18,60€)(SHT11 bei CSD 14€)

[http://www.sensirion.com/en/01_humidity_sensors/00_humidity_sensors.htm Übersicht] der Temperatur- /Feutchtigkeitssensoren von Sensirion.

=== SHT21 ===

[http://www.sensirion.com Sensirion] bietet auch den SHT21 Feuchtigkeits- und Temperatursensor an, welcher wesentlich genauer ist.

Vorteile:
* I2C digital, PWM and SDM/analog Volt Ausgabe
* Maximal 5 Messungen/s @ 14bit
* Temperaturbereich von -40 – +125°C
* Feuchtigkeit mit einer Genauigkeit von +-3%RH

Nachteile:
* teuer (Farnell 23 €, Segor 29 €)
* nur als SMD-Package

Application Notes und Datenblätter findet man [http://www.sensirion.com/en/01_humidity_sensors/10_Overview.htm hier].

=== ADT7310 / ADT7xxx-Familie von AD ===

Der [http://www.analog.com/en/sensors/digital-temperature-sensors/adt7310/products/product.html ADT7310] von [http://www.analog.com/ Analog Devices] besitzt eine Auflösung von 16 Bit und eine Genauigkeit von ±0.5°C im Bereich von −40°C bis +105°C.

Vorteile:
* Ansteuerung per [[SPI]] ADT73xx oder [[I2C]] ADT74xx
* keine Kalibrierung notwendig
* hohe [[Auflösung und Genauigkeit]]: 16 Bit
** ADT7x02 2,00°
** ADT7x01 1,00°
** ADT7x10 0,40 / 0,50°
** ADT7x20 0,20 / 0,25°
* auch für automotive / als Die lieferbar
* programmierbarer [[Interrupt]]ausgang für Unter- und Übertemperatur
* relativ günstig (ca. 3-8€ bei Digi-Key, Stand 12/2011)

Nachteile:
* TBD

NB: Der ADT7421 von ONsemi passt nicht in dieses Schema (1°C Resolution)

=== TSYS01 / G-NICO-018 von Measurement Specialties Inc. ===
* sehr hohe [[Auflösung und Genauigkeit]]: 0,10° @ -5°C … +50°C 16/24 Bit
* Gehäuse 16-VQFN Exposed Pad
* SPI / I2C über Pin auswählbar
* Preis: 8,60 (4,40 @1k) bei Digikey
kleiner Nachteil: der Sensor liefert den ADC-Wert und die Kompensationskonstanten (5 Polymon-Koeffizienten), mit denen im µC die Temperatur berechnet werden muss.

=== SE95 ===

Der [http://www.nxp.com/documents/data_sheet/SE95.pdf SE95] von NXP hat 13 Bit Auflösung, Genauigkeit ±2°C im Messbereich von -55°C bis +125°C, I²C, Gehäuse SO8 und TSSOP8. Einzelstück-Preis bei Segor 1,50€ (2012/I)

== Preisübersicht ==

{| class="wikitable"
|+ '''Preisübersicht 11/2012'''
|-
! Bauteil || Segor || RS-Components || Conrad || Farnell || Reichelt || DigiKey
|-
| AD592 || 21,40 || 5,74 || 6,43 || 5,90 || 3,95 || 4,61
|-
| ADT7310 || - || - || - || 4,56 || - || 3,02
|-
| ADT7410 || - || 3,35 || - || 2,71 || - || 3,02
|-
| DS1621 || 7,60 || 5,29 || 5,08 || 5,65 || - || 4,54
|-
| DS1629 || 8,70 || 8,68 || - || 5,00 || 6,50 || 7,65
|-
| DS1631 || 8,00 || 2,91 || - || 3,11 || - || 3,94
|-
| DS1731 || - || - || - || 9,79 || - || 3,81
|-
| DS1821 || 5,90 || 5,27 || 6,27 || - || - || 5,05
|-
| DS18B20 || 2,50 || 3,06 || - || 3,26 || 3,20 || 3,93
|-
| DS1921 || - || 26,15 || - || - || - || 21,13
|-
| DS1922 || - || 62,00 || - || - || - || 43,11
|-
| DS1923 || - || 97,96 || - || - || - || 80,30
|-
| KTY81/121 || - || - || - || 0,79 || 0,59 || 0,85
|-
| LM75 || 1,50 || 0,68 || 3,64 || 0,81 || 1,45 || 0,82
|-
| LM76 || - || 2,83 || - || 3,02 || - || 2,39
|-
| LM135 || 10,10 || 10,28 || - || 8,95 || 7,95 || 10,26
|-
| LM235 || - || - || - || 1,80 || 1,40 || 1,26
|-
| LM334 || 0,90 || 0,72 || 1,67 || 1,01 || 0,49 || 0,74
|-
| LM335 || 1,30 || 0,56 || 1,92 || 0,55 || 0,71 || 0,80
|-
| PT100 || 3,80 || 3,99 || 4,00 || 9,79 || 4,27 || 0,68
|-
| SE95 || 1,50 || 0,63 || - || 1,45 || - || 1,00
|-
| SHT11 || 26,00 || 24,38 || 33,20 || 25,65 || - || 36,76
|-
| SHT15 || - || 27,69 || 36,30 || 28,72 || - || -
|-
| SHT21 || 29,50 || 18,10 || - || 21,16 || - || -
|-
| SHT71 || 25,40 || 29,06 || 36,89 || 30,88 || - || -
|-
| SHT75 || - || 33,77 || 42,48 || 35,52 || - || -
|-
| SMT160-30 || - || 9,28 || 8,14 || 12,38 || - || -
|-
| TMP75 || - || 0,80 || - || 0,85 || - || 1,37
|-
| TSic206 || - || - || 5,84 || - || 4,20 || -
|}

[[Kategorie:Sensorik]]

AVR-Tutorial: LCD

2011-01-08T15:41:40Z

Eprofi: /* Das LCD und sein Controller */ Pinbelegung: Ausnahmen und Zählweise + Kleinigkeiten

Kaum ein elektronisches Gerät kommt heutzutage noch ohne ein LCD daher. Ist doch auch praktisch, Informationen im Klartext anzeigen zu können, ohne irgendwelche LEDs blinken zu lassen. Kein Wunder also, dass die häufigste Frage in Mikrocontroller-Foren ist: "Wie kann ich ein LCD anschließen?"

Kaum ein elektronisches Gerät kommt heutzutage noch ohne ein LCD daher. Ist doch auch praktisch, Informationen im Klartext anzeigen zu können, ohne irgendwelche LEDs blinken zu lassen. Kein Wunder also, dass die häufigste Frage in Mikrocontroller-Foren ist: "Wie kann ich ein LCD anschließen?"

==Das LCD und sein Controller==

Die meisten Text-LCDs verwenden den Controller [[HD44780|'''HD44780''']] oder einen kompatiblen (z. B. KS0070) und haben 14 oder 16 Pins. 
Die Pinbelegung ist meist (Ausnahme z. B. TC1602E (Pollin 120420): VDD VSS vertauscht) folgendermaßen:

ACHTUNG: Es gibt Displays mit abweichender Anschluss-Belegung, falscher Anschluss kann zur Zerstörung führen! Daher immer das zugehörige Datenblatt zu Rate ziehen.

Einzelheiten unter [http://www.mikrocontroller.net/articles/HD44780 Artikel zum Controller HD44780]

<center>
{| {{Tabelle}}
|- style="background-color:#ffddcc"
! Pin # || Bezeichnung || Funktion
|-
|align="center" | 1
|align="center" | Vss (selten: Vdd)
|| GND (selten: +5V)
|-
|align="center" | 2
|align="center" | Vdd (selten: Vss)
|| +5V (selten: Gnd)
|-
|align="center" | 3
|align="center" | Vee, V0, V5
|| Kontrastspannung (-5 / 0 bis 5V)
|-
|align="center" | 4
|align="center" | RS
|| Register Select (0=Befehl/Status 1=Daten)
|-
|align="center" | 5
|align="center" | RW
|| 1=Read 0=Write
|-
|align="center" | 6
|align="center" | E
|| 0=Disable 1=Enable
|-
|align="center" | 7
|align="center" | DB0
|| Datenbit 0
|-
|align="center" | 8
|align="center" | DB1
|| Datenbit 1
|-
|align="center" | 9
|align="center" | DB2
|| Datenbit 2
|-
|align="center" | 10
|align="center" | DB3
|| Datenbit 3
|-
|align="center" | 11
|align="center" | DB4
|| Datenbit 4
|-
|align="center" | 12
|align="center" | DB5
|| Datenbit 5
|-
|align="center" | 13
|align="center" | DB6
|| Datenbit 6
|-
|align="center" | 14
|align="center" | DB7
|| Datenbit 7
|-
|align="center" | 15
|align="center" | A
|| LED-Beleuchtung, meist Anode
|-
|align="center" | 16
|align="center" | K
|| LED-Beleuchtung, meist Kathode
|}
</center>

Achtung: Unbedingt von der richtigen Seite zu zählen anfangen! Meistens ist das Pin1-Pad eckig oder daneben eine kleine 1 auf der LCD-Platine, ansonsten im Datenblatt nachschauen.

Bei der DIL-Version (2x7, 2x8 Kontakte) auch darauf achten, auf welcher Platinen-Seite der Stecker montiert wird: auf der falschen (meist hinteren) Seite sind dann die Flachbandleitungen 1 und 2, 3 und 4 usw. vertauscht. 
Das kann man kompensieren, indem man es auf der anderen Kabelseite genauso permutiert oder es auf dem Layout bewusst so legt (Stecker auf der Bottom-Seite plazieren). 
Man kann es NICHT kompensieren, indem man das Flachbandkabel auf der anderen Seite in den Stecker führt.

Bei LCDs mit 16-poligem Anschluss sind die beiden letzten Pins für die Hintergrundbeleuchtung reserviert. Hier unbedingt das Datenblatt zu Rate ziehen, die beiden Anschlüsse sind je nach Hersteller verdreht beschaltet. Falls kein Datenblatt vorliegt, kann man mit einem Durchgangsprüfer feststellen, welcher Anschluss mit Masse (GND) verbunden ist.

Vss wird ganz einfach an GND angeschlossen und Vcc=Vdd an +5V. Vee=V0=V5 kann man testweise auch an GND legen. Wenn das LCD dann zu dunkel sein sollte, muss man ein 10k-Potentiometer zwischen GND und 5V schalten, mit dem Schleifer an Vee (meist kann man den +5V-Anschluss am Poti weglassen, da im Display ein PullUp ist):

[[Bild:LCD_Vee.gif|framed|center| Gewinnung der Kontrastspannung]]

Wenn der Kontrast zu schwach (z.B. bei tiefen Temperaturen) ist, statt Gnd eine negative Spannung (bis -5V, kann man leicht aus einem Timerpin, R, 2 Ds und 2 Cs erzeugen, so ist auch eine digital einstellbarer Kontrast mittels PWM möglich) ans Poti legen.

Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten zur Ansteuerung eines solchen Displays: den '''8-Bit-''' und den '''4-Bit-'''Modus.
* Für den '''8-Bit-Modus''' werden (wie der Name schon sagt) alle acht Datenleitungen zur Ansteuerung verwendet, somit kann durch einen Zugriff immer ein ganzes Byte übertragen werden.
* Der '''4-Bit-Modus''' verwendet nur die oberen vier Datenleitungen ('''DB4-DB7'''). Um ein Byte zu übertragen, braucht man somit zwei Zugriffe, wobei zuerst das höherwertige '''"Nibble"''' (= 4 Bits), also Bit 4 bis Bit 7 übertragen wird und dann das niederwertige, also Bit 0 bis Bit 3. Die unteren Datenleitungen des LCDs, die beim Lesezyklus Ausgänge sind, lässt man offen (siehe Datasheets, z. B. vom KS0070).

Der 4-Bit-Modus hat den Vorteil, dass man 4 IO-Pins weniger benötigt als beim 8-Bit-Modus. 6 bzw. 7 Pins (eines Portes) reichen aus.

Neben den vier Datenleitungen (DB4, DB5, DB6 und DB7) werden noch die Anschlüsse '''RS''', '''RW''' und '''E''' benötigt.

* Über '''RS''' wird ausgewählt, ob man einen Befehl oder ein Datenbyte an das LCD schicken möchte. Beim Schreiben gilt: ist RS Low, dann wird das ankommende Byte als Befehl interpretiert; Ist RS high, wird das Byte auf dem LCD angezeigt (genauer: ins Data-Register geschrieben, kann auch für den CG bestimmt sein).
* '''RW''' legt fest, ob geschrieben oder gelesen werden soll. High bedeutet lesen, low bedeutet schreiben. Wenn man RW auf lesen einstellt und RS auf Befehl, dann kann man das '''Busy-Flag''' an DB7 lesen, das anzeigt, ob das LCD den vorhergehenden Befehl fertig verarbeitet hat. Ist RS auf Daten eingestellt, dann kann man z. B. den Inhalt des Displays lesen - was jedoch nur in den wenigsten Fällen Sinn macht. Deshalb kann man RW dauerhaft auf low lassen (= an GND anschließen), so dass man noch ein IO-Pin am Controller einspart. Der Nachteil ist, dass man dann das Busy-Flag nicht lesen kann, weswegen man nach jedem Befehl ca. 50 µs (beim Return Home 2 ms, beim Clear Display 20 ms) warten sollte, um dem LCD Zeit zum Ausführen des Befehls zu geben. Dummerweise schwankt die Ausführungszeit von Display zu Display und ist auch von der Betriebsspannung abhängig. Für professionellere Sachen also lieber den IO-Pin opfern und Busy abfragen.
* Der '''E''' Anschluss schließlich signalisiert dem LCD, dass die übrigen Datenleitungen jetzt korrekte Pegel angenommen haben und es die gewünschten Daten von den Datenleitungen bzw. Kommandos von den Datenleitungen übernehmen kann. Beim Lesen gibt das Display die Daten / Status so lange aus, die E high ist. Beim Schreiben übernimmt das Display die Daten mit der fallenden Flanke.

== Anschluss an den Controller ==

Jetzt, da wir wissen, welche Anschlüsse das LCD benötigt, können wir das LCD mit dem Mikrocontroller verbinden:

ACHTUNG: Es gibt Displays mit abweichender Anschluss-Belegung, falscher Anschluss kann zur Zerstörung führen! Daher immer das zugehörige Datenblatt zu Rate ziehen.

Einzelheiten unter [http://www.mikrocontroller.net/articles/HD44780 Artikel zum Controller HD44780]

<center>
{| {{Tabelle}}
|- style="background-color:#ffddcc"
!Pinnummer LCD || Bezeichnung || Anschluss
|-
| align="center" |1 || Vss || GND
|-
| align="center" |2 || Vcc || 5V
|-
| align="center" |3 || Vee || GND oder [[Potentiometer | Poti]]
|-
| align="center" |4 || RS || PD4 am AVR
|-
| align="center" |5 || RW || GND
|-
| align="center" |6 || E || PD5 am AVR
|-
| align="center" |7 || DB0 || nicht angeschlossen
|-
| align="center" |8 || DB1 || nicht angeschlossen
|-
| align="center" |9 || DB2 || nicht angeschlossen
|-
| align="center" |10 || DB3 || nicht angeschlossen
|-
| align="center" |11 || DB4 || PD0 am AVR
|-
| align="center" |12 || DB5 || PD1 am AVR
|-
| align="center" |13 || DB6 || PD2 am AVR
|-
| align="center" |14 || DB7 || PD3 am AVR
|-
| align="center" |15 || A || Vorsicht! Meistens nicht direkt an +5V anschließbar, nur über einen Vorwiderstand (z. B. 330Ω)!
|-
| align="center" |16 || K || GND
|}
</center>

Ok alles ist verbunden. Wenn man jetzt den Strom einschaltet, sollten ein oder zwei schwarze Balken auf dem Display angezeigt werden. Doch wie bekommt man jetzt die Befehle und Daten in das Display?

== Ansteuerung des LCDs im 4-Bit-Modus ==

Um ein Byte zu übertragen, muss man es erstmal in die beiden Nibbles zerlegen, die getrennt übertragen werden. Da das obere Nibble (Bit 4 - Bit 7) als erstes übertragen wird, die 4 Datenleitungen jedoch an die vier unteren Bits des Port D angeschlossen sind, muss man die beiden Nibbles des zu übertragenden Bytes erstmal vertauschen. Der AVR kennt dazu praktischerweise einen eigenen Befehl:

<avrasm>
swap r16 ; vertauscht die beiden Nibbles von r16
</avrasm>

Aus 0b00100101 wird so z. B. 0b01010010.

Jetzt sind die Bits für die erste Phase der Übertragung an der richtigen Stelle. Trotzdem wollen wir das Ergebnis nicht einfach so mit '''out PORTD, r16''' an den Port geben. Um die Hälfte des Bytes, die jetzt nicht an die Datenleitungen des LCDs gegeben wird auf null zu setzen, verwendet man folgenden Befehl:

<avrasm>
andi r16, 0b00001111 ; Nur die vier unteren (mit 1 markierten)
; Bits werden übernommen, alle anderen werden null
</avrasm>

Also: Das obere Nibble wird erst mit dem unteren vertauscht, damit es unten ist. Dann wird das obere (das wir jetzt noch nicht brauchen) auf null gesetzt.

Jetzt müssen wir dem LCD noch mitteilen, ob wir Daten oder Befehle senden wollen. Das machen wir, indem wir das Bit, an dem RS angeschlossen ist (PD4), auf 0 (Befehl senden) oder auf 1 (Daten senden) setzen. Um ein Bit in einem normalen Register zu setzen, gibt es den Befehl sbr (Set Bit in Register). Dieser Befehl unterscheidet sich jedoch von sbi (das nur für IO-Register gilt) dadurch, dass man nicht die Nummer des zu setzenden Bits angibt, sondern eine Bitmaske. Das geht so:

<avrasm>
sbr r16, 0b00010000 ; Bit 4 setzen, alle anderen Bits bleiben gleich
</avrasm>

RS ist an PD4 angeschlossen. Wenn wir r16 an den Port D ausgeben, ist RS jetzt also high und das LCD erwartet Daten anstatt von Befehlen.

Das Ergebnis können wir jetzt endlich direkt an den Port D übergeben:

<avrasm>
out PORTD, r16
</avrasm>

Natürlich muss vorher der Port D auf Ausgang geschalten werden, indem man 0xFF ins Datenrichtungsregister DDRD schreibt.

Um dem LCD zu signalisieren, dass es das an den Datenleitungen anliegende Nibble übernehmen kann, wird die E-Leitung (Enable, an PD5 angeschlossen) auf high und kurz darauf wieder auf low gesetzt. Ein Puls an dieser Leitung teilt also dem LCD mit, das die restlichen Leitungen jetzt ihren vom Programm gewollten Pegel eingenommen haben und gültig sind.

<avrasm>
sbi PORTD, 5 ; Enable high
nop ; 3 Taktzyklen warten ("nop" = nichts tun)
nop
nop
cbi PORTD, 5 ; Enable wieder low
</avrasm>

Die eine Hälfte des Bytes wäre damit geschafft! Die andere Hälfte kommt direkt hinterher: Alles, was an der obenstehenden Vorgehensweise geändert werden muss, ist, das "swap" (Vertauschen der beiden Nibbles) wegzulassen.

== Initialisierung des Displays ==

Allerdings gibt es noch ein Problem. Wenn ein LCD eingeschaltet wird, dann läuft es zunächst im 8 Bit Modus. Irgendwie muss das Display initialisiert und auf den 4 Bit Modus umgeschaltet werden, und zwar nur mit den 4 zur Verfügung stehenden Datenleitungen. 

Wenn es Probleme gibt, dann meistens an diesem Punkt. Die "kompatiblen" Kontroller sind gelegentlich doch nicht 100% identisch. Es lohnt sich, das Datenblatt (siehe Weblinks im Artikel [[LCD]]) genau zu lesen, in welcher Reihenfolge und mit welchen Abständen (Delays) die Initialisierungbefehle gesendet werden. Eine weitere Hilfe können Ansteuerungsbeispiele in Forenbeiträgen geben z. B.

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/79609#664268 (A) KS0066U oder Ähnliche --- LCD Treiber]

=== Initialisierung für 4 Bit Modus ===

Achtung: Im Folgenden sind alle Bytes aus Sicht des LCD-Kontrollers angegeben! Da LCD-seitig nur die Leitungen DB4 - DB7 verwendet werden, ist daher immer nur das höherwertige Nibble gültig. Durch die Art der Verschaltung (DB4 - DB7 wurde auf dem PORT an PD0 bis PD3 angeschlossen) ergibt sich eine Verschiebung, so dass das am Kontroller auszugebende Byte nibblemässig vertauscht ist!

Die Sequenz, aus Sicht des Kontrollers, sieht so aus:

* Nach dem Anlegen der Betriebsspannung muss eine Zeit von mindestens ca. 15ms gewartet werden, um dem LCD-Kontroller Zeit für seine eigene Initialisierung zu geben
* $3 ins Steuerregister schreiben (RS = 0)
* Mindestens 4.1ms warten
* $3 ins Steuerregister schreiben (RS = 0)
* Mindestens 100µs warten
* $3 ins Steuerregister schreiben (RS = 0)
* $2 ins Steuerregister schreiben (RS = 0), dadurch wird auf 4 Bit Daten umgestellt
* Ab jetzt muss für die Übertragung eines Bytes jeweils zuerst das höherwertige Nibble und dann das niederwertige Nibble übertragen werden, wie oben beschrieben
* Mit dem Konfigurier-Befehl $20 das Display konfigurieren (4-Bit, 1 oder 2 Zeilen, 5x7 Format)
* Mit den restlichen Konfigurierbefehlen die Konfiguration vervollständigen: Display ein/aus, Cursor ein/aus, etc.

Eine Begründung, warum die ersten Befehle dreifach geschickt werden sollen, findet sich [http://www.mikrocontroller.net/topic/158983#1508510 im Forum].

=== Initialisierung für 8 Bit Modus ===

Der Vollständigkeit halber hier noch die notwendige Initialiserungssequenz für den 8 Bit Modus. Da hier die Daten komplett als 1 Byte übertragen werden können, sind einige Klimmzüge wie im 4 Bit Modus nicht notwendig. Begründung für die anfänglichen Wiederholungen siehe oben.

* Nach dem Anlegen der Betriebsspannung muss eine Zeit von mindestens ca. 15ms gewartet werden, um dem LCD-Kontroller Zeit für seine eigene Initialisierung zu geben
* $30 ins Steuerregister schreiben (RS = 0)
* Mindestens 4.1ms warten
* $30 ins Steuerregister schreiben (RS = 0)
* Mindestens 100µs warten
* $30 ins Steuerregister schreiben (RS = 0)
* Mit dem Konfigurier-Befehl 0x30 das Display konfigurieren (8-Bit, 1 oder 2 Zeilen, 5x7 Format)
* Mit den restlichen Konfigurierbefehlen die Konfiguration vervollständigen: Display ein/aus, Cursor ein/aus, etc.

== Routinen zur LCD-Ansteuerung ==

Die Routinen zur Kommunikation mit dem LCD sehen also so aus:

<avrasm>
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;; LCD-Routinen ;;
;; ============ ;;
;; (c)andreas-s@web.de ;;
;; ;;
;; 4bit-Interface ;;
;; DB4-DB7: PD0-PD3 ;;
;; RS: PD4 ;;
;; E: PD5 ;;
;; ;;
;; Takt: 4 MHz ;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;sendet ein Datenbyte an das LCD
lcd_data:
mov temp2, temp1 ; "Sicherungskopie" für
; die Übertragung des 2.Nibbles
swap temp1 ; Vertauschen
andi temp1, 0b00001111 ; oberes Nibble auf Null setzen
sbr temp1, 1<<4 ; entspricht 0b00010000 (Anm.1)
out PORTD, temp1 ; ausgeben
rcall lcd_enable ; Enable-Routine aufrufen
; 2. Nibble, kein swap da es schon
; an der richtigen stelle ist
andi temp2, 0b00001111 ; obere Hälfte auf Null setzen
sbr temp2, 1<<4 ; entspricht 0b00010000
out PORTD, temp2 ; ausgeben
rcall lcd_enable ; Enable-Routine aufrufen
rcall delay50us ; Delay-Routine aufrufen
ret ; zurück zum Hauptprogramm

; sendet einen Befehl an das LCD
lcd_command: ; wie lcd_data, nur RS=0
mov temp2, temp1
swap temp1
andi temp1, 0b00001111
out PORTD, temp1
rcall lcd_enable
andi temp2, 0b00001111
out PORTD, temp2
rcall lcd_enable
rcall delay50us
ret

; erzeugt den Enable-Puls
;
; Bei höherem Takt (>= 8 MHz) kann es notwendig sein,
; vor dem Enable High 1-2 Wartetakte (nop) einzufügen.
; Siehe dazu http://www.mikrocontroller.net/topic/81974#685882
lcd_enable:
sbi PORTD, 5 ; Enable high
nop ; 3 Taktzyklen warten
nop
nop
cbi PORTD, 5 ; Enable wieder low
ret ; Und wieder zurück

; Pause nach jeder Übertragung
delay50us: ; 50us Pause (bei 4 MHz)
ldi temp1, $42
delay50us_:dec temp1
brne delay50us_
ret ; wieder zurück

; Längere Pause für manche Befehle
delay5ms: ; 5ms Pause (bei 4 MHz)
ldi temp1, $21
WGLOOP0: ldi temp2, $C9
WGLOOP1: dec temp2
brne WGLOOP1
dec temp1
brne WGLOOP0
ret ; wieder zurück

; Initialisierung: muss ganz am Anfang des Programms aufgerufen werden
lcd_init:
ldi temp3,50
powerupwait:
rcall delay5ms
dec temp3
brne powerupwait
ldi temp1, 0b00000011 ; muss 3mal hintereinander gesendet
out PORTD, temp1 ; werden zur Initialisierung
rcall lcd_enable ; 1
rcall delay5ms
rcall lcd_enable ; 2
rcall delay5ms
rcall lcd_enable ; und 3!
rcall delay5ms
ldi temp1, 0b00000010 ; 4bit-Modus einstellen
out PORTD, temp1
rcall lcd_enable
rcall delay5ms
ldi temp1, 0b00101000 ; 4Bit / 2 Zeilen / 5x8
rcall lcd_command
ldi temp1, 0b00001100 ; Display ein / Cursor aus / kein Blinken
rcall lcd_command
ldi temp1, 0b00000100 ; inkrement / kein Scrollen
rcall lcd_command
ret

; Sendet den Befehl zur Löschung des Displays
lcd_clear:
ldi temp1, 0b00000001 ; Display löschen
rcall lcd_command
rcall delay5ms
ret

; Sendet den Befehl: Cursor Home
lcd_home:
ldi temp1, 0b00000010 ; Cursor Home
rcall lcd_command
rcall delay5ms
ret
</avrasm>

Anm.1: Siehe [[Bitmanipulation]]

Weitere Funktionen (wie z. B. Cursorposition verändern) sollten mit Hilfe der [[AVR-Tutorial:_LCD#Welche_Befehle_versteht_das_LCD.3F|Befehlscodeliste]] nicht schwer zu realisieren sein. Einfach den Code in temp laden, lcd_command aufrufen und ggf. eine Pause einfügen.

Natürlich kann man die LCD-Ansteuerung auch an einen anderen Port des Mikrocontrollers "verschieben": Wenn das LCD z. B. an Port B angeschlossen ist, dann reicht es, im Programm alle "PORTD" durch "PORTB" und "DDRD" durch "DDRB" zu ersetzen.

Wer eine höhere Taktfrequenz als 4 MHz verwendet, der sollte daran denken, die Dauer der Verzögerungsschleifen anzupassen.

==Anwendung==

Ein Programm, das diese Routinen zur Anzeige von Text verwendet, kann z. B. so aussehen (die Datei lcd-routines.asm muss sich im gleichen Verzeichnis befinden). Nach der Initialisierung wird zuerst der Displayinhalt gelöscht. Um dem LCD ein Zeichen zu schicken, lädt man es in temp1 und ruft die Routine "lcd_data" auf. Das folgende Beispiel zeigt das Wort "Test" auf dem LCD an.

[http://www.mikrocontroller.net/sourcecode/tutorial/lcd-test.asm Download lcd-test.asm]

<avrasm>
.include "m8def.inc"

.def temp1 = r16
.def temp2 = r17
.def temp3 = r18

ldi temp1, LOW(RAMEND) ; LOW-Byte der obersten RAM-Adresse
out SPL, temp1
ldi temp1, HIGH(RAMEND) ; HIGH-Byte der obersten RAM-Adresse
out SPH, temp1

ldi temp1, 0xFF ; Port D = Ausgang
out DDRD, temp1

rcall lcd_init ; Display initialisieren
rcall lcd_clear ; Display löschen

ldi temp1, 'T' ; Zeichen anzeigen
rcall lcd_data

ldi temp1, 'e' ; Zeichen anzeigen
rcall lcd_data

ldi temp1, 's' ; Zeichen anzeigen
rcall lcd_data

ldi temp1, 't' ; Zeichen anzeigen
rcall lcd_data

loop:
rjmp loop

.include "lcd-routines.asm" ; LCD-Routinen werden hier eingefügt
</avrasm>

Für längere Texte ist die Methode, jedes Zeichen einzeln in das Register zu laden und "lcd_data" aufzurufen natürlich nicht sehr praktisch. Dazu später aber mehr.

Bisher wurden in Register immer irgendwelche Zahlenwerte geladen, aber in diesem Programm kommt plötzlich die Anweisung
<avrasm>
ldi temp1, 'T'
</avrasm>
vor. Wie ist diese zu verstehen? Passiert hier etwas grundlegend anderes als beim Laden einer Zahl in ein Register?

Die Antwort darauf lautet: Nein. Auch hier wird letztendlich nur eine Zahl in ein Register geladen. Der Schlüssel zum Verständnis beruht darauf, dass zum LCD, so wie zu allen Ausgabegeräten, für die Ausgabe von Texten immer nur Zahlen übertragen werden, sog. Codes. Zum Beispiel könnte man vereinbaren, dass ein LCD, wenn es den Ausgabecode 65 erhält, ein 'A' anzeigt, bei einem Ausgabecode von 66 ein 'B' usw. Naturgemäß gibt es daher viele verschiedene Code-Buchstaben Zuordnungen. Damit hier etwas Ordnung in das potentielle Chaos kommt, hat man sich bereits in der Steinzeit der Programmierung auf bestimmte Codetabellen geeinigt, von denen die verbreitetste sicherlich die ASCII-Zuordnung ist.

==ASCII==

ASCII steht für ''American Standard Code for Information Interchange'' und ist ein standardisierter Code zur Zeichenumsetzung. Die Codetabelle sieht hexadezimal dabei wie folgt aus:

<center>
{| {{Tabelle}}
|- style="background-color:#ffddcc"
! ||x0||x1||x2||x3||x4||x5||x6||x7||x8||x9||xA||xB||xC||xD||xE||xF
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 0x
|NUL||SOH||STX||ETX||EOT||ENQ||ACK||BEL||BS||HT||LF||VT||FF||CR||SO||SI
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 1x
|DLE||DC1||DC2||DC3||DC4||NAK||SYN||ETB||CAN||EM||SUB||ESC||FS||GS||RS||US
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 2x
|SP||!||"||#||$||%||&||'||(||)||*||+||,||-||.||/
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 3x
|0||1||2||3||4||5||6||7||8||9||:||;||<||=||>||?
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 4x
|@||A||B||C||D||E||F||G||H||I||J||K||L||M||N||O
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 5x
|P||Q||R||S||T||U||V||W||X||Y||Z||[||\||]||^||_
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 6x
|`||a||b||c||d||e||f||g||h||i||j||k||l||m||n||o
|-
!style="background-color:#ffddcc"| 7x
|p||q||r||s||t||u||v||w||x||y||z||{|| | ||}||~||DEL
|}
</center>

Die ersten beiden Zeilen enthalten die Codes für einige Steuerzeichen, ihre vollständige Beschreibung würde hier zu weit führen. Das Zeichen '''SP''' steht für ein ''Space'', also ein Leerzeichen. '''BS''' steht für ''Backspace'', also ein Zeichen zurück. '''DEL''' steht für ''Delete'', also das Löschen eines Zeichens. '''CR''' steht für ''Carriage Return'', also wörtlich: der Wagenrücklauf (einer Schreibmaschine), während '''LF''' für ''Line feed'', also einen Zeilenvorschub steht.

Der Assembler kennt diese Codetabelle und ersetzt die Zeile

<avrasm>
ldi temp1, 'T'
</avrasm>

durch

<avrasm>
ldi temp1, $54
</avrasm>

was letztendlich auch der Lesbarkeit des Programmes zugute kommt. Funktional besteht kein Unterschied zwischen den beiden Anweisungen. Beide bewirken, dass das Register temp1 mit dem Bitmuster 01010100 ( = hexadezimal 54, = dezimal 84 oder eben der ASCII Code für '''T''') geladen wird.

Das LCD wiederrum kennt diese Code-Tabelle ebenfalls und wenn es über den Datenbus die Codezahl $54 zur Anzeige empfängt, dann schreibt es ein '''T''' an die aktuelle Cursorposition. Genauer gesagt, weiss das LCD nichts von einem '''T'''. Es sieht einfach in seinen internen Tabellen nach, welche Pixel beim Empfang der Codezahl $54 auf schwarz zu setzen sind. 'Zufällig' sind das genau jene Pixel, die für uns Menschen ein '''T''' ergeben.

==Welche Befehle versteht das LCD?==

Auf dem LCD arbeitet ein Controller vom Typ HD44780. Dieser Kontroller versteht eine Reihe von Befehlen, die allesamt mittels lcd_command gesendet werden können. Ein Kommando ist dabei nichts anderes als ein Befehlsbyte, in dem die verschiedenen Bits verschiedene Bedeutungen haben:

<center>
{| {{Tabelle}}
|- style="background-color:#ffddcc"
! Bitwert || Bedeutung
|-
|align="center" | 0
||dieses Bit muss 0 sein
|-
|align="center" | 1
||dieses Bit muss 1 sein
|-
|align="center" | x
||der Zustand dieses Bits ist egal
|-
|align="center" | sonstige Buchstaben
||das Bit muss je nach gewünschter Funktionalität gesetzt werden. Die mögliche Funktionalität des jeweiligen Bits geht aus der Befehlsbeschreibung hervor
|}
</center>

Beispiel: Das Kommando 'ON/OFF Control' soll benutzt werden, um das Display einzuschalten, der Cursor soll eingeschaltet werden und der Cursor soll blinken.
Das Befehlsbyte ist so aufgebaut:
0b00001dcb
Aus der Befehlsbeschreibung entnimmt man:
* Display ein bedeutet, dass an der Bitposition d eine 1 stehen muss. 
* Cursor ein bedeutet, dass an der Bitposition c ein 1 stehen muss. 
* Cursor blinken bedeutet, dass an der Bitposition b eine 1 stehen muss. 
Das dafür zu übertragende Befehlsbyte hat also die Gestalt 0b00001111 oder in hexadezimaler Schreibweise $0F.

===Clear display: 0b00000001===

Die Anzeige wird gelöscht und der Ausgabecursor kehrt an die Home Position (links, erste Zeile) zurück.

Ausführungszeit: 1.64ms

===Cursor home: 0b0000001x===

Der Cursor kehrt an die Home Position (links, erste Zeile) zurück. Ein verschobenes Display wird auf die Grundeinstellung zurückgesetzt.

Ausführungszeit: 40µs bis 1.64ms

===Entry mode: 0b000001is===

Legt die Cursor Richtung sowie eine mögliche Verschiebung des Displays fest
* i = 1, Cursorposition bei Ausgabe eines Zeichens erhöhen
* i = 0, Cursorposition bei Ausgabe eines Zeichens vermindern
* s = 1, Display wird gescrollt, wenn der Cursor das Ende/Anfang, je nach Einstellung von i, erreicht hat.

Ausführungszeit: 40µs

===On/off control: 0b00001dcb===

Display insgesamt ein/ausschalten; den Cursor ein/ausschalten; den Cursor auf blinken schalten/blinken aus. Wenn das Display ausgeschaltet wird, geht der Inhalt des Displays nicht verloren. Der vorher angezeigte Text wird nach wiedereinschalten erneut angezeigt.
Ist der Cursor eingeschaltet, aber Blinken ausgeschaltet, so wird der Cursor als Cursorzeile in Pixelzeile 8 dargestellt. Ist Blinken eingeschaltet, wird der Cursor als blinkendes ausgefülltes Rechteck dargestellt, welches abwechselnd mit dem Buchstaben an dieser Stelle angezeigt wird.

* d = 0, Display aus
* d = 1, Display ein
* c = 0, Cursor aus
* c = 1, Cursor ein
* b = 0, Cursor blinken aus
* b = 1, Cursor blinken ein

Ausführungszeit: 40µs

===Cursor/Scrollen: 0b0001srxx===

Bewegt den Cursor oder scrollt das Display um eine Position entweder nach rechts oder nach links.

* s = 1, Display scrollen
* s = 0, Cursor bewegen
* r = 1, nach rechts
* r = 0, nach links

Ausführungszeit: 40µs

===Konfiguration: 0b001dnfxx===

Einstellen der Interface Art, Modus, Font
* d = 0, 4-Bit Interface
* d = 1, 8-Bit Interface
* n = 0, 1 zeilig
* n = 1, 2 zeilig
* f = 0, 5x7 Pixel
* f = 1, 5x11 Pixel

Ausführungszeit: 40µs

===Character RAM Address Set: 0b01aaaaaa===

Mit diesem Kommando werden maximal 8 selbst definierte Zeichen definiert. Dazu wird der Character RAM Zeiger auf den Anfang des Character Generator (CG) RAM gesetzt und das Zeichen durch die Ausgabe von 8 Byte definiert. Der Adresszeiger wird nach Ausgabe jeder Pixelspalte (8 Bit) vom LCD selbst erhöht. Nach Beendigung der Zeichendefinition muss die Schreibposition explizit mit dem Kommando "Display RAM Address Set" wieder in den DD-RAM Bereich gesetzt werden.

aaaaaa 6-bit CG RAM Adresse

Ausführungszeit: 40µs

===Display RAM Address Set: 0b1aaaaaaa===

Den Cursor neu positionieren. Display Data (DD) Ram ist vom Character Generator (CG) Ram unabhängig. Der Adresszeiger wird bei Ausgabe eines Zeichens ins DD Ram automatisch erhöht. Das Display verhält sich so, als ob eine Zeile immer aus 32 logischen Zeichen besteht, von der, je nach konkretem Displaytyp (16 Zeichen, 20 Zeichen) immer nur ein Teil sichtbar ist.

aaaaaaa 7-bit DD RAM Adresse. Auf 2-zeiligen Displays (und den meisten 16x1 Displays), kann die Adressangabe wie folgt interpretiert werden:

1laaaaaa
* l = Zeilennummer (0 oder 1)
* a = 6-Bit Spaltennummer

--------------------------------
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
--- --- --- --- --- --- --- --- --- ---
0 0 1 A A A A A A A

Setzt die DDRAM Adresse:

Wenn N = 0 (1 line display)
AAAAAAA = "00h" - "4Fh"

Wenn N = 1 (2 line display) ((1x16))
AAAAAAA = "00h" - "27h" Zeile 1. (0x80)
AAAAAAA = "40h" - "67h" Zeile 2. (0xC0)

Ausführungszeit: 40µs

==Einschub: Code aufräumen==

Es wird Zeit, sich einmal etwas kritisch mit den bisher geschriebenen Funktionen auseinander zu setzen.

===Portnamen aus dem Code herausziehen===

Wenn wir die LCD-Funktionen einmal genauer betrachten, dann fällt sofort auf, dass über die Funktionen verstreut immer wieder das '''PORTD''' sowie einzelne Zahlen für die Pins an diesem Port auftauchen. Wenn das LCD an einem anderen Port betrieben werden soll, oder sich die Pin-Belegung ändert, dann muss an all diesen Stellen eine Anpassung vorgenommen werden. Dabei darf keine einzige Stelle übersehen werden, ansonsten würden die LCD-Funktionen nicht oder nicht vollständig funktionieren.

Eine Möglichkeit, dem vorzubeugen, ist es, diese immer gleichbleibenden Dinge an den Anfang der LCD-Funktionen vorzuziehen:

<avrasm>
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;; LCD-Routinen ;;
;; ============ ;;
;; (c)andreas-s@web.de ;;
;; ;;
;; 4bit-Interface ;;
;; DB4-DB7: PD0-PD3 ;;
;; RS: PD4 ;;
;; E: PD5 ;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

.equ LCD_PORT = PORTD
.equ LCD_DDR = DDRD
.equ PIN_E = 5
.equ PIN_RS = 4

;sendet ein Datenbyte an das LCD
lcd_data:
mov temp2, temp1 ; "Sicherungskopie" für
; die Übertragung des 2.Nibbles
swap temp1 ; Vertauschen
andi temp1, 0b00001111 ; oberes Nibble auf Null setzen
sbr temp1, 1<<PIN_RS ; entspricht 0b00010000
out LCD_PORT, temp1 ; ausgeben
rcall lcd_enable ; Enable-Routine aufrufen
; 2. Nibble, kein swap da es schon
; an der richtigen stelle ist
andi temp2, 0b00001111 ; obere Hälfte auf Null setzen
sbr temp2, 1<<PIN_RS ; entspricht 0b00010000
out LCD_PORT, temp2 ; ausgeben
rcall lcd_enable ; Enable-Routine aufrufen
rcall delay50us ; Delay-Routine aufrufen
ret ; zurück zum Hauptprogramm

; sendet einen Befehl an das LCD

lcd_command: ; wie lcd_data, nur RS=0
mov temp2, temp1
swap temp1
andi temp1, 0b00001111
out LCD_PORT, temp1
rcall lcd_enable
andi temp2, 0b00001111
out LCD_PORT, temp2
rcall lcd_enable
rcall delay50us
ret

; erzeugt den Enable-Puls
lcd_enable:
sbi LCD_PORT, PIN_E ; Enable high
nop ; 3 Taktzyklen warten
nop
nop
cbi LCD_PORT, PIN_E ; Enable wieder low
ret ; Und wieder zurück

; Pause nach jeder Übertragung
delay50us: ; 50us Pause
ldi temp1, $42
delay50us_:dec temp1
brne delay50us_
ret ; wieder zurück

; Längere Pause für manche Befehle
delay5ms: ; 5ms Pause
ldi temp1, $21
WGLOOP0: ldi temp2, $C9
WGLOOP1: dec temp2
brne WGLOOP1
dec temp1
brne WGLOOP0
ret ; wieder zurück

; Initialisierung: muss ganz am Anfang des Programms aufgerufen werden
lcd_init:
ldi temp1, 0xFF ; alle Pins am Ausgabeport auf Ausgang
out LCD_DDR, temp1

ldi temp3,6
powerupwait:
rcall delay5ms
dec temp3
brne powerupwait
ldi temp1, 0b00000011 ; muss 3mal hintereinander gesendet
out LCD_PORT, temp1 ; werden zur Initialisierung
rcall lcd_enable ; 1
rcall delay5ms
rcall lcd_enable ; 2
rcall delay5ms
rcall lcd_enable ; und 3!
rcall delay5ms
ldi temp1, 0b00000010 ; 4bit-Modus einstellen
out LCD_PORT, temp1
rcall lcd_enable
rcall delay5ms
ldi temp1, 0b00101000 ; 4 Bit, 2 Zeilen
rcall lcd_command
ldi temp1, 0b00001100 ; Display on, Cursor off
rcall lcd_command
ldi temp1, 0b00000100 ; endlich fertig
rcall lcd_command
ret

; Sendet den Befehl zur Löschung des Displays
lcd_clear:
ldi temp1, 0b00000001 ; Display löschen
rcall lcd_command
rcall delay5ms
ret

; Sendet den Befehl: Cursor Home
lcd_home:
ldi temp1, 0b00000010 ; Cursor Home
rcall lcd_command
rcall delay5ms
ret
</avrasm>

Mittels '''.equ''' werden mit dem Assembler Textersetzungen vereinbart. Der Assembler ersetzt alle Vorkomnisse des Quelltextes durch den zu ersetzenden Text. Dadurch ist es z. B. möglich, alle Vorkommnisse von '''PORTD''' durch '''LCD_PORT''' auszutauschen. Wird das LCD an einen anderen Port, z. B. '''PORTB''' gelegt, dann genügt es, die Zeilen
<avrasm>
.equ LCD_PORT = PORTD
.equ LCD_DDR = DDRD
</avrasm>
durch
<avrasm>
.equ LCD_PORT = PORTB
.equ LCD_DDR = DDRB
</avrasm>
zu ersetzen. Der Assembler sorgt dann dafür, dass diese Portänderung an den relevanten Stellen im Code über die Textersetzungen einfließt. Selbiges natürlich mit der Pin-Zuordnung.

===Registerbenutzung===

Bei diesen Funktionen mussten einige Register des Prozessors benutzt werden, um darin Zwischenergebnisse zu speichern bzw. zu bearbeiten.

Beachtet werden muss dabei natürlich, dass es zu keinen Überschneidungen kommt. Solange nur jede Funktion jeweils für sich betrachtet wird, ist das kein Problem. In 20 oder 30 Code-Zeilen kann man gut verfolgen, welches Register wofür benutzt wird. Schwieriger wird es, wenn Funktionen wiederum andere Funktionen aufrufen, die ihrerseits wieder Funktionen aufrufen usw. Jede dieser Funktionen benutzt einige Register und mit zunehmender Programmgröße wird es immer schwieriger, zu verfolgen, welches Register zu welchem Zeitpunkt wofür benutzt wird.

Speziell bei Basisfunktionen wie diesen LCD-Funktionen, ist es daher oft ratsam, dafür zu sorgen, dass jede Funktion die Register wieder in dem Zustand hinterlässt, indem sie sie auch vorgefunden hat. Wir benötigen dazu wieder den Stack, auf dem die Registerinhalte bei Betreten einer Funktion zwischengespeichert werden und von dem die Register bei Verlassen einer Funktion wiederhergestellt werden.

Nehmen wir die Funktion
<avrasm>
; Sendet den Befehl zur Löschung des Displays
lcd_clear:
ldi temp1, 0b00000001 ; Display löschen
rcall lcd_command
rcall delay5ms
ret
</avrasm>

Diese Funktion verändert das Register temp1. Um das Register abzusichern, schreiben wir die Funktion um:

<avrasm>
; Sendet den Befehl zur Löschung des Displays
lcd_clear:
push temp1 ; temp1 auf dem Stack sichern
ldi temp1, 0b00000001 ; Display löschen
rcall lcd_command
rcall delay5ms
pop temp1 ; temp1 vom Stack wiederherstellen
ret
</avrasm>

Am besten hält man sich an die Regel: Jede Funktion ist dafür zuständig, die Register zu sichern und wieder herzustellen, die sie auch selbst verändert. '''lcd_clear''' ruft die Funktionen '''lcd_command''' und '''delay5ms''' auf. Wenn diese Funktionen selbst wieder Register verändern (und das tun sie), so ist es die Aufgabe dieser Funktionen, sich um die Sicherung und das Wiederherstellen der entsprechenden Register zu kümmern. '''lcd_clear''' sollte sich nicht darum kümmern müssen. Auf diese Weise ist das Schlimmste, das einem passieren kann, dass ein paar Register unnütz gesichert und wiederhergestellt werden. Das kostet zwar etwas Rechenzeit und etwas Speicherplatz auf dem Stack, ist aber immer noch besser als das andere Extrem: Nach einem Funktionsaufruf haben einige Register nicht mehr den Wert, den sie haben sollten, und das Programm rechnet mit falschen Zahlen weiter.

===Lass den Assembler rechnen===
Betrachtet man den Code genauer, so fallen einige konstante Zahlenwerte auf (Das vorangestellte $ kennzeichnet die Zahl als Hexadezimalzahl):

<avrasm>
delay50us: ; 50us Pause
ldi temp1, $42
delay50us_:
dec temp1
brne delay50us_
ret ; wieder zurück
</avrasm>

Der Code benötigt eine Warteschleife, die mindestens 50µs dauert. Die beiden Befehle innerhalb der Schleife benötigen 3 Takte: 1 Takt für den '''dec''' und der '''brne''' benötigt 2 Takte, wenn die Bedingung zutrifft, der Branch also genommen wird. Bei 4 Mhz werden also 4000000 / 3 * 50 / 1000000 = 66.6 Durchläufe durch die Schleife benötigt, um eine Verzögerungszeit von 50µs (0.000050 Sekunden) zu erreichen, hexadezimal ausgedrückt: $42.

Der springende Punkt ist: Bei anderen Taktfrequenzen müsste man nun jedesmal diese Berechnung machen und den entsprechenden Zahlenwert einsetzen. Das kann aber der Assembler genausogut erledigen. Am Anfang des Codes wird ein Eintrag definiert, der die Taktfrequenz festlegt. Traditionell heißt dieser Eintrag XTAL:

<avrasm>
.equ XTAL = 4000000

...

delay50us: ; 50us Pause
ldi temp1, ( XTAL * 50 / 3 ) / 1000000
delay50us_:
dec temp1
brne delay50us_
ret ; wieder zurück
</avrasm>

An einer anderen Codestelle gibt es weitere derartige magische Zahlen:

<avrasm>
; Längere Pause für manche Befehle
delay5ms: ; 5ms Pause
ldi temp1, $21
WGLOOP0: ldi temp2, $C9
WGLOOP1: dec temp2
brne WGLOOP1
dec temp1
brne WGLOOP0
ret ; wieder zurück
</avrasm>

Was geht hier vor?
Die innere Schleife benötigt wieder 3 Takte pro Durchlauf. Bei $C9 = 201 Durchläufen werden also 201 * 3 = 603 Takte verbraucht. In der äußeren Schleife werden pro Durchlauf alo 1 + 603 + 1 + 2 = 607 Takte verbraucht. Da die äußere Schleife $21 = 33 mal wiederholt wird, werden 20031 Takte verbraucht. Bei 4Mhz benötigt der Prozessor 20031 / 4000000 = 0.005007 Sekunden, also 5 ms.
Wird der Wiederholwert für die innere Schleife bei $C9 belassen, so werden 4000000 / 607 * 5 / 1000 Wiederholungen der äusseren Schleife benötigt. Auch diese Berechnung kann wieder der Assembler übernehmen:

<avrasm>
; Längere Pause für manche Befehle
delay5ms: ; 5ms Pause
ldi temp1, ( XTAL * 5 / 607 ) / 1000
WGLOOP0: ldi temp2, $C9
WGLOOP1: dec temp2
brne WGLOOP1
dec temp1
brne WGLOOP0
ret ; wieder zurück
</avrasm>

Ein kleines Problem kann bei der Verwendung dieses Verfahrens entstehen: Bei hohen Taktfrequenzen und großen Wartezeiten kann der berechnete Wert größer als 255 werden und man bekommt die Fehlermeldung "Operand(s) out of range" beim Assemblieren. Dieser Fall tritt zum Beispiel für obige Konstruktion bei einer Taktfrequenz von 16 MHz ein (genauer gesagt ab 15,3 MHz), während darunter XTAL beliebig geändert werden kann. Als einfachste Lösung bietet es sich an, die Zahl der Takte pro Schleifendurchlauf durch das Einfügen von '''nop''' zu erhöhen und die Berechnungsvorschrift anzupassen.

== Ausgabe eines konstanten Textes ==

Weiter oben wurde schon einmal ein Text ausgegeben. Dies geschah durch Ausgabe von einzelnen Zeichen. Das können wir auch anders machen. Wir können den Text im Speicher ablegen und eine Funktion schreiben, die die einzelnen Zeichen aus dem Speicher holt und ausgibt. Dabei erhebt sich aber eine Fragestellung: Woher weiß die Funktion eigentlich, wie lange der Text ist? Die Antwort darauf lautet: Sie kann es nicht wissen. Wir müssen irgendwelche Vereinbarungen treffen, woran die Funktion erkennen kann, dass der Text zu Ende ist. Im Wesentlichen werden dazu 2 Methoden benutzt:
* Der Text enthält ein spezielles Zeichen, welches das Ende des Textes markiert
* Wir speichern nicht nur den Text selbst, sondern auch die Länge des Textes
Mit einer der beiden Methoden ist es der Textausgabefunktion dann ein Leichtes, den Text vollständig auszugeben.

Wir werden uns im Weiteren dafür entscheiden, ein spezielles Zeichen, eine 0, dafür zu benutzen. Die Ausgabefunktionen werden dann etwas einfacher, als wenn bei der Ausgabe die Anzahl der bereits ausgegebenen Zeichen mitgezählt werden muss.

Den Text selbst speichern wir im Flash-Speicher, also dort, wo auch das Programm gespeichert ist:

<avrasm>
; Einen konstanten Text aus dem Flash Speicher
; ausgeben. Der Text wird mit einer 0 beendet
lcd_flash_string:
push temp1
push ZH
push ZL

lcd_flash_string_1:
lpm temp1, Z+
cpi temp1, 0
breq lcd_flash_string_2
rcall lcd_data
rjmp lcd_flash_string_1

lcd_flash_string_2:
pop ZL
pop ZH
pop temp1
ret
</avrasm>

Diese Funktion benutzt den Befehl '''lpm''', um das jeweils nächste Zeichen aus dem Flash Speicher in ein Register zur Weiterverarbeitung zu laden. Dazu wird der sog. '''Z-Pointer''' benutzt. So nennt man das Registerpaar '''R30''' und '''R31'''. Nach jedem Ladevorgang wird dabei durch den Befehl
<avrasm>
lpm temp1, Z+
</avrasm>
dieser Z-Pointer um 1 erhöht. Mittels '''cpi''' wird das in das Register '''temp1''' geladene Zeichen mit 0 verglichen. '''cpi''' vergleicht die beiden Zahlen und merkt sich das Ergebnis in einem speziellen Register in Form von Status Bits. '''cpi''' zieht dabei ganz einfach die beiden Zahlen voneinander ab. Sind sie gleich, so kommt da als Ergebnis 0 heraus und '''cpi''' setzt daher konsequenter Weise das Zero-Flag, das anzeigt, dass die vorhergegangene Operation eine 0 als Ergebnis hatte.'''breq''' wertet diese Status-Bits aus. Wenn die vorhergegangene Operation ein 0-Ergebnis hatte, das Zero-Flag also gesetzt ist, dann wird ein Sprung zum angegebenen Label durchgeführt. In Summe bewirkt also die Sequenz
<avrasm>
cpi temp1, 0
breq lcd_flash_string_2
</avrasm>
dass das gelesene Zeichen mit 0 verglichen wird und falls das gelesene
Zeichen tatsächlich 0 war, an der Stelle lcd_flash_string_2 weiter gemacht wird. Im anderen Fall wird die bereits geschriebene Funktion '''lcd_data''' aufgerufen, welche das Zeichen ausgibt. '''lcd_data''' erwartet dabei das Zeichen im Register '''temp1''', genau in dem Register, in welches wir vorher mittels '''lpm''' das Zeichen geladen hatten.

Das verwendende Programm sieht dann so aus:

<avrasm>
.include "m8def.inc"

.def temp1 = r16
.def temp2 = r17
.def temp3 = r18

ldi temp1, LOW(RAMEND) ; LOW-Byte der obersten RAM-Adresse
out SPL, temp1
ldi temp1, HIGH(RAMEND) ; HIGH-Byte der obersten RAM-Adresse
out SPH, temp1

rcall lcd_init ; Display initialisieren
rcall lcd_clear ; Display löschen

ldi ZL, LOW(text*2) ; Adresse des Strings in den
ldi ZH, HIGH(text*2) ; Z-Pointer laden

rcall lcd_flash_string ; Unterprogramm gibt String aus der
; durch den Z-Pointer adressiert wird
loop:
rjmp loop

text:
.db "Test",0 ; Stringkonstante, durch eine 0
; abgeschlossen

.include "lcd-routines.asm" ; LCD Funktionen
</avrasm>

Genaueres über die Verwendung unterschiedlicher Speicher findet sich im Kapitel [[AVR-Tutorial:_Speicher|Speicher]]

==Zahlen ausgeben==
Um Zahlen, die beispielsweise in einem Register gespeichert sind, ausgeben zu können, ist es notwendig sich eine Textrepräsentierung der Zahl zu generieren. Die Zahl 123 wird also in den Text "123" umgewandelt welcher dann ausgegeben wird. Aus praktischen Gründen wird allerdings der Text nicht vollständig generiert (man müsste ihn ja irgendwo zwischenspeichern) sondern die einzelnen Buchstaben werden sofort ausgegeben, sobald sie bekannt sind.

===Dezimal ausgeben===
Das Prinzip der Umwandlung ist einfach. Um herauszufinden wieviele Hunderter in der Zahl 123 enthalten sind, genügt es in einer Schleife immer wieder 100 von der Zahl abzuziehen und mitzuzählen wie oft dies gelang, bevor das Ergebnis negativ wurde. In diesem Fall lautet die Antwort: 1 mal, denn 123 - 100 macht 23. Versucht man erneut 100 anzuziehen, so ergibt sich eine negative Zahl.
Also muss eine '1' ausgeben werden. Die verbleibenden 23 werden weiter behandelt, indem festgestellt wird wieviele Zehner darin enthalten sind. Auch hier wiederum: In einer Schleife solange 10 abziehen, bis das Ergebnis negativ wurde. Konkret geht das 2 mal gut, also muss das nächste auszugebende Zeichen ein '2' sein. Damit verbleiben noch die Einer, welche direkt in das entsprechende Zeichen umgewandelt werden können. In Summe hat man also an das Display die Zeichen '1' '2' '3' ausgegeben.

<avrasm>
;**********************************************************************
;
; Eine 8 Bit Zahl ohne Vorzeichen ausgeben
;
; Übergabe: Zahl im Register temp1
; veränderte Register: keine
;
lcd_number:
push temp1 ; die Funktion verändert temp1 und temp2,
push temp2 ; also sichern wir den Inhalt, um ihn am Ende
; wieder herstellen zu können

mov temp2, temp1 ; das Register temp1 frei machen
; abzählen wieviele Hunderter
; in der Zahl enthalten sind
;** Hunderter **
ldi temp1, '0'-1 ; temp1 mit ASCII '0'-1 vorladen
lcd_number_1:
inc temp1 ; ASCII erhöhen (somit ist nach dem ersten
; Durchlauf eine '0' in temp1)
subi temp2, 100 ; 100 abziehen
brcc lcd_number_1 ; ist dadurch kein Unterlauf entstanden?
; nein, dann zurück zu lcd_number_1
subi temp2, -100 ; 100 wieder dazuzählen, da die
; vorherhgehende Schleife 100 zuviel
; abgezogen hat
rcall lcd_data ; die Hunderterstelle ausgeben

;** Zehner **
ldi temp1, '0'-1 ; temp1 mit ASCII '0'-1 vorladen
lcd_number_2:
inc temp1 ; ASCII erhöhen (somit ist nach dem ersten
; Durchlauf eine '0' in temp1)
subi temp2, 10 ; 10 abziehen
brcc lcd_number_2 ; ist dadurch kein Unterlauf enstanden?
; nein, dann zurück zu lcd_number_2
subi temp2, -10 ; 10 wieder dazuzählen, da die
; vorherhgehende Schleife 10 zuviel
; abgezogen hat
rcall lcd_data ; die Zehnerstelle ausgeben

;** Einer **
ldi temp1, '0' ; die Zahl in temp2 ist jetzt im Bereich
add temp1, temp2 ; 0 bis 9. Einfach nur den ASCII Code für
rcall lcd_data ; '0' dazu addieren und wir erhalten dierekt
; den ASCII Code für die Ziffer

pop temp2 ; den gesicherten Inhalt von temp2 und temp1
pop temp1 ; wieder herstellen
ret ; und zurück
</avrasm>

Beachte: Diese Funktion benutzt wiederrum die Funktion '''lcd_data'''. Anders als bei den bisherigen Aufrufen ist '''lcd_number''' aber darauf angewiesen, dass '''lcd_data''' das Register '''temp2''' unangetastet lässt. Falls sie es noch nicht getan haben, dann ist das jetzt die perfekte Gelegenheit, '''lcd_data''' mit den entsprechenden '''push''' und '''pop''' Befehlen zu versehen. Sie sollten dies unbedingt zur Übung selbst machen. Am Ende muß die Funktion dann wie diese hier aussehen:

<avrasm>
;sendet ein Datenbyte an das LCD
lcd_data:
push temp2
mov temp2, temp1 ; "Sicherungskopie" für
; die Übertragung des 2.Nibbles
swap temp1 ; Vertauschen
andi temp1, 0b00001111 ; oberes Nibble auf Null setzen
sbr temp1, 1<<PIN_RS ; entspricht 0b00010000
out LCD_PORT, temp1 ; ausgeben
rcall lcd_enable ; Enable-Routine aufrufen
; 2. Nibble, kein swap da es schon
; an der richtigen stelle ist
andi temp2, 0b00001111 ; obere Hälfte auf Null setzen
sbr temp2, 1<<PIN_RS ; entspricht 0b00010000
out LCD_PORT, temp2 ; ausgeben
rcall lcd_enable ; Enable-Routine aufrufen
rcall delay50us ; Delay-Routine aufrufen
pop temp2
ret ; zurück zum Hauptprogramm

; sendet einen Befehl an das LCD
lcd_command: ; wie lcd_data, nur ohne RS zu setzen
push temp2
mov temp2, temp1
swap temp1
andi temp1, 0b00001111
out LCD_PORT, temp1
rcall lcd_enable
andi temp2, 0b00001111
out LCD_PORT, temp2
rcall lcd_enable
rcall delay50us
pop temp2
ret
</avrasm>

Kurz zur Funktionsweise der Funktion '''lcd_number''': Die Zahl in einem Register bewegt sich im Wertebereich 0 bis 255. Um herauszufinden, wie die Hunderterstelle lautet, zieht die Funktion einfach in einer Schleife immer wieder 100 von der Schleife ab, bis bei der Subtraktion ein Unterlauf, angezeigt durch das Setzen des Carry-Bits bei der Subtraktion, entsteht. Die Anzahl wird im Register '''temp1''' mitgezählt. Da dieses Register mit dem ASCII Code von '0' initialisiert wurde, und dieser ASCII Code bei jedem Schleifendurchlauf um 1 erhöht wird, können wir das Register '''temp1''' direkt zur Ausgabe des Zeichens für die Hunderterstelle durch die Funktion '''lcd_data''' benutzen. Völlig analog funktioniert auch die Ausgabe der Zehnerstelle.

===Unterdrückung von führenden Nullen===

Diese Funktion gibt jede Zahl im Register '''temp1''' immer mit 3 Stellen aus. Führende Nullen werden nicht unterdrückt. Möchte man dies ändern, so ist das ganz leicht möglich: Vor Ausgabe der Hunderterstelle muss lediglich überprüft werden, ob die Entsprechende Ausgabe eine '0' wäre. Ist sie das, so wird die Ausgabe übersprungen. Ist es allerdings eine Zahl 1..9, so muss sie der Zehner Stelle signalisieren, daß eine Prüfung auf eine '0' nicht stattfinden darf. Und dazu wird das T-Flag im SREG genutzt. Lediglich in der Einerstelle wird jede Ziffer wie errechnet ausgegeben.

<avrasm>
...
; die Hunderterstelle ausgeben, wenn
; sie nicht '0' ist
clt ; T-Flag löschen
cpi temp1, '0'
breq lcd_number_1a
rcall lcd_data ; die Hunderterstelle ausgeben
set ; T-Flag im SREG setzen da 100er Stelle eine
; 1..9 war

lcd_number_1a:
...

...
brts lcd_number_2a ; Test auf '0' überspringen, da 100er eine
; 1..9 war (unbedingt anzeigen
; auch wenn der Zehner eine '0' ist)
cpi temp1, '0' ; ansonsten Test auf '0'
breq lcd_number_2b
lcd_number_2a:
rcall lcd_data
lcd_number_2b:
...

</avrasm>

Das Verfahren, die einzelnen Stellen durch Subtraktion zu bestimmen, ist bei kleinen Zahlen eine durchaus gängige Alternative. Vor allem dann, wenn keine hardwaremäßige Unterstützung für Multiplikation und Division zur Verfügung steht. Ansonsten könnte man die die einzelnen Ziffern auch durch Division bestimmen. Das Prinzip ist folgendes (beispielhaft an der Zahl 52783 gezeigt)

<pre>
52783 / 10 -> 5278
52783 - 5278 * 10 -> 3

5278 / 10 -> 527
5278 - 527 * 10 -> 8

527 / 10 -> 52
527 - 52 * 10 -> 7

52 / 10 -> 5
52 - 5 * 10 -> 2

5 / 10 -> 0
5 - 0 * 10 -> 5
</pre>

Das Prinzip ist also die Restbildung bei einer fortgesetzten Division durch 10, wobei die einzelnen Ziffern in umgekehrter Reihenfolge ihrer Wertigkeit entstehen. Dadurch hat man aber ein Problem: Damit die Zeichen in der richtigen Reihenfolge ausgegeben werden können, muß man sie meistens zwischenspeichern um sie in der richtigen Reihenfole ausgeben zu können. Wird die Zahl in einem Feld von immer gleicher Größe ausgegeben, dann kann man auch die Zahl von rechts nach links ausgeben (bei einem LCD ist das möglich).

===Hexadezimal ausgeben===

Zu guter letzt hier noch eine Funktion, die eine Zahl aus dem Register '''temp1''' in hexadezimaler Form ausgibt. Die Funktion weist keine Besonderheiten auf und sollte unmittelbar verständlich sein.

<avrasm>
;**********************************************************************
;
; Eine 8 Bit Zahl ohne Vorzeichen hexadezimal ausgeben
;
; Übergabe: Zahl im Register temp1
; veränderte Register: keine
;
lcd_number_hex:
swap temp1
rcall lcd_number_hex_digit
swap temp1

lcd_number_hex_digit:
push temp1

andi temp1, $0F
cpi temp1, 10
brlt lcd_number_hex_digit_1
subi temp1, -( 'A' - '9' - 1 ) ; es wird subi mit negativer
; Konstante verwendet,
; weil es kein addi gibt
lcd_number_hex_digit_1:
subi temp1, -'0' ; ditto
rcall lcd_data

pop temp1
ret
</avrasm>

===Binär ausgeben===
Um die Sache komplett zu machen; Hier eine Routine mit der man eine 8 Bit-Zahl binär auf das LC-Display ausgeben kann:
<avrasm>
;**********************************************************************
;
; Eine 8 Bit Zahl ohne Vorzeichen binär ausgeben
;
; Übergabe: Zahl im Register temp1
; veränderte Register: keine

; eine Zahl aus dem Register temp1 binär ausgeben
lcd_number_bit:
push temp1 ; temp1 gesichert
push temp2
push temp3

mov temp2, temp1;

ldi temp3, 8; ; 8 Bits werden ausgelesen
lcd_number_loop:
dec temp3;
rol temp2; ; Datenbits ins Carry geschoben ...
brcc lcd_number_bit_carryset_0;
brcs lcd_number_bit_carryset_1;
rjmp lcd_number_loop;

lcd_number_bit_carryset_0:
ldi temp1, '0' ; Bit low ausgeben
rcall lcd_data
tst temp3;
breq lcd_number_ende;
rjmp lcd_number_loop;

lcd_number_bit_carryset_1:
ldi temp1, '1' ; Bit high ausgeben
rcall lcd_data
tst temp3;
breq lcd_number_ende;
rjmp lcd_number_loop;

lcd_number_ende:
pop temp3
pop temp2
pop temp1
ret
</avrasm>

===Eine 16-Bit Zahl aus einem Registerpärchen ausgeben===

Um eine 16 Bit Zahl auszugeben wird wieder das bewährte Schema benutzt die einzelnen Stellen durch Subtraktion abzuzählen. Da es sich hierbei allerdings um eine 16 Bit Zahl handelt, müssen die Subtraktionen als 16-Bit Arithmetik ausgeführt werden.

<avrasm>
;**********************************************************************
;
; Eine 16 Bit Zahl ohne Vorzeichen ausgeben
;
; Übergabe: Zahl im Register temp2 (low Byte) / temp3 (high Byte)
; veränderte Register: keine
;
lcd_number16:
push temp1
push temp2
push temp3

; ** Zehntausender **
ldi temp1, '0'-1
lcd_number1:
inc temp1
subi temp2, low(10000)
sbci temp3, high(10000)
brcc lcd_number1
subi temp2, low(-10000)
sbci temp3, high(-10000)
rcall lcd_data

; ** Tausender **
ldi temp1, '0'-1
lcd_number2:
inc temp1
subi temp2, low(1000)
sbci temp3, high(1000)
brcc lcd_number2
subi temp2, low(-1000)
sbci temp3, high(-1000)
rcall lcd_data

; ** Hunderter **
ldi temp1, '0'-1
lcd_number3:
inc temp1
subi temp2, low(100)
sbci temp3, high(100)
brcc lcd_number3
subi temp2, -100 ; + 100 High-Byte nicht mehr erforderlich
rcall lcd_data

; ** Zehner **
ldi temp1, '0'-1
lcd_number4:
inc temp1
subi temp2, 10
brcc lcd_number4
subi temp2, -10
rcall lcd_data

; ** Einer **
ldi temp1, '0'
add temp1, temp2
rcall lcd_data

; ** Stack aufräumen **
pop temp3
pop temp2
pop temp1

ret
</avrasm>

===Eine BCD Zahl ausgeben===

<avrasm>
;**********************************************************************
;
; Übergabe: BCD Zahl in temp1
; veränderte Register: keine
;
lcd_bcd:
push temp2

mov temp2, temp1 ; temp1 sichern
swap temp1 ; oberes mit unterem Nibble tauschen
andi temp1, 0b00001111 ; und "oberes" ausmaskieren
subi temp1, -0x30 ; in ASCII umrechnen
rcall lcd_data ; und ausgeben
mov temp1, temp2 ; ... danach unteres
andi temp1, 0b00001111
subi temp1, -0x30
rcall lcd_data
mov temp1, temp2 ; temp1 rekonstruieren

pop temp2
ret
</avrasm>

== Benutzerdefinierte Zeichen ==
[[Bild:LCD_Character_Grid.png | framed | right| Zeichenraster für 1 Zeichen]]

Das LCD erlaubt für spezielle Zeichen, welche sich nicht im Zeichensatz finden, eigene Zeichen zu definieren. Dazu werden die ersten 8 ASCII Codes reserviert, auf denen sich laut ASCII Tabelle spezielle Steuerzeichen befinden, die normalerweise keine sichtbare Anzeige hervorrufen sondern zur Steuerung von angeschlossenen Geräten dienen. Da diese Zeichen auf einem LCD keine Rolle spielen, können diese Zeichen benutzt werden um sich selbst Sonderzeichen zu erzeugen, die für die jeweilige Anwendung massgeschneidert sind.

Das LCD stellt für jedes Zeichen eine 5*8 Matrix zur Verfügung. Um sich selbst massgeschneiderte Zeichen zu erstellen, ist es am einfachsten sich zunächst auf einem Stück karriertem Papier zu erstellen.

[[Bild:BellCharacter.png | framed | right| Zeichenraster für ein Glockensymbol]]

In diesem Raster markiert man sich dann diejenigen Pixel, die im fertigen Zeichen dunkel erscheinen sollen. Als Beispiel sei hier ein Glockensymbol gezeichnet, welches in einer Telefonapplikation zb als Kennzeichnung für einen Anruf dienen könnte.

Eine Spalte in diesem Zeichen repräsentiert ein an das LCD zu übergebende Byte. Gesetzte Pixel stellen ein 1 Bit dar, nicht gesetzte Pixel sind ein 0-Bit. Das niedrigstwertige Bit einer Spalte befindet sich unten. Auf diese Art wird jede Spalte in eine Binärzahl übersetzt, und 5 Bytes repräsentieren ein komplettes Zeichen. Am Beispiel des Glockensymboles: Die 5 Bytes, welches das Symbol repräsentiern, lauten: 0x04 0x3C 0x46 0x3C 0x04

Dem LCD wird die neue Definition übertragen, indem man dem LCD die 'Schreibposition' mittels des Kommandos ''Character RAM Address Set'' in den Zeichensatzgenerator verschiebt. Danach werden die 5 Bytes ganz normal als Daten ausgegeben, die das LCD damit in seine Zeichensatztabelle schreibt.

Durch die Wahl der Speicheradresse definiert man, welches Zeichen (0 bis 7) man eigentlich durch eine eigene Definition ersetzen will.
{| {{Tabelle}}
|- style="background-color:#ffddcc"
! ASCII Code || Zeichensatzadresse
|-
| 0 || 0x00
|-
| 1 || 0x05
|-
| 2 || 0x0A
|-
| 3 || 0x0F
|-
| 4 || 0x14
|-
| 5 || 0x19
|-
| 6 || 0x1E
|-
| 7 || 0x23
|}

Nach erfolgter Definition des Zeichens, muss die Schreibposition wieder explizit in den DDRAM-Bereich gesetzt werden.
Danach kann ein entsprechendes Zeichen mit dem definierten ASCII Code ausgegeben werden, wobei das LCD die von uns definierte Pixelform zur Anzeige benutzt.

Zuerst müssen natürlich erstmal die Zeichen definiert werden.
Dieses geschieht einmalig durch den Aufruf der Routine "lcd_load_user_chars"
unmittelbar nach der Initialisierung des LCD-Displays.

<avrasm>
.
.
rcall lcd_init ; Display initialisieren
rcall lcd_load_user_chars ; User Zeichen in das Display laden
rcall lcd_clear ; Display löschen
.
.
</avrasm>

Durch diesen Aufruf werden die im Flash definierten Zeichen in den
GC-Ram übertragen. Diese Zeichen werden ab Adresse 0 im GC-Ram
gespeichert und sind danach wie jedes andere Zeichen nutzbar.

<avrasm>
.
.
ldi temp1, 0 ; Ausgabe des User-Char "A"
rcall lcd_data
ldi temp1, 6 ; Ausgabe des User-Char "G"
rcall lcd_data
ldi temp1, 5 ; Ausgabe des User-Char "E"
rcall lcd_data
ldi temp1, 4 ; Ausgabe des User-Char "M"
rcall lcd_data
ldi temp1, 3 ; Ausgabe des User-Char "-"
rcall lcd_data
ldi temp1, 2 ; Ausgabe des User-Char "R"
rcall lcd_data
ldi temp1, 1 ; Ausgabe des User-Char "V"
rcall lcd_data
ldi temp1, 0 ; Ausgabe des User-Char "A"
rcall lcd_data
.
.
</avrasm>

Jetzt sollte der Schriftzug "AVR-MEGA"
verkehrt herum (180 Grad gedreht) erscheinen.

Es fehlt natürlich noch die Laderoutine:

<avrasm>
;**********************************************************************
;
; Lädt User Zeichen in den GC-Ram des LCD bis Tabellenende (0xFF)
; gelesen wird. (max. 8 Zeichen können geladen werden)
;
; Übergabe: -
; veränderte Register: temp1, temp2, temp3, zh, zl
; Bemerkung: ist einmalig nach lcd_init aufzurufen
;

lcd_load_user_chars:
ldi zl, LOW (ldc_user_char * 2) ; Adresse der Zeichentabelle
ldi zh, HIGH(ldc_user_char * 2) ; in den Z-Pointer laden
clr temp3 ; aktuelles Zeichen = 0

lcd_load_user_chars_2:
clr temp2 ; Linienzähler = 0

lcd_load_user_chars_1:
ldi temp1, 0b01000000 ; Kommando: 0b01aaalll
add temp1, temp3 ; + akt. Zeichen (aaa)
add temp1, temp2 ; + akt. Linie (lll)
rcall lcd_command ; Kommando schreiben

lpm temp1, Z+ ; Zeichenline laden
rcall lcd_data ; ... und ausgeben

ldi temp1, 0b01001000 ; Kommando: 0b01aa1lll
add temp1, temp3 ; + akt. Zeichen (aaa)
add temp1, temp2 ; + akt. Linie (lll)
rcall lcd_command

lpm temp1, Z+ ; Zeichenline laden
rcall lcd_data ; ... und ausgeben

inc temp2 ; Linienzähler + 1
cpi temp2, 8 ; 8 Linien fertig?
brne lcd_load_user_chars_1 ; nein, dann nächste Linie

subi temp3, -0x10 ; zwei Zeichen weiter (addi 0x10)
lpm temp1, Z ; nächste Linie laden
cpi temp1, 0xFF ; Tabellenende erreicht?
brne lcd_load_user_chars_2 ; nein, dann die nächsten
; zwei Zeichen
ret
</avrasm>

... und die Zeichendefinition:

<avrasm>
ldc_user_char:
; Zeichen
; 0 1
.db 0b10001, 0b00100 ; @ @ , @
.db 0b10001, 0b01010 ; @ @ , @ @
.db 0b11111, 0b10001 ; @@@@@ , @ @
.db 0b10001, 0b10001 ; @ @ , @ @
.db 0b10001, 0b10001 ; @ @ , @ @
.db 0b10001, 0b10001 ; @ @ , @ @
.db 0b01110, 0b10001 ; @@@ , @ @
.db 0b00000, 0b00000 ; ,

; Zeichen
; 2 3
.db 0b10001, 0b00000 ; @ @ ,
.db 0b01001, 0b00000 ; @ @ ,
.db 0b00101, 0b00000 ; @ @ ,
.db 0b11111, 0b11111 ; @@@@@ , @@@@@
.db 0b10001, 0b00000 ; @ @ ,
.db 0b10001, 0b00000 ; @ @ ,
.db 0b01111, 0b00000 ; @@@@ ,
.db 0b00000, 0b00000 ; ,

; Zeichen
; 4 5
.db 0b10001, 0b11111 ; @ @ , @@@@@
.db 0b10001, 0b00001 ; @ @ , @
.db 0b10001, 0b00001 ; @ @ , @
.db 0b10001, 0b01111 ; @ @ , @@@@
.db 0b10101, 0b00001 ; @ @ @ , @
.db 0b11011, 0b00001 ; @@ @@ , @
.db 0b10001, 0b11111 ; @ @ , @@@@@
.db 0b00000, 0b00000 ; ,

; Zeichen
; 6 7
.db 0b11110, 0b11111 ; @@@@ , @@@@@
.db 0b10001, 0b01010 ; @ @ , @ @
.db 0b10001, 0b00100 ; @ @ , @
.db 0b11101, 0b01110 ; @@@ @ , @@@
.db 0b00001, 0b00100 ; @ , @
.db 0b10001, 0b01010 ; @ @ , @ @
.db 0b01110, 0b11111 ; @@@ , @@@@@
.db 0b00000, 0b00000 ; ,

; End of Tab
.db 0xFF, 0xFF
</avrasm>

==Der überarbeitete, komplette Code==

Hier also die komplett überarbeitete Version der LCD Funktionen.

Die für die Benutzung relevanten Funktionen
* '''lcd_init'''
* '''lcd_clear'''
* '''lcd_home'''
* '''lcd_data'''
* '''lcd_command'''
* '''lcd_flash_string'''
* '''lcd_number'''
* '''lcd_number_hex'''
sind so ausgeführt, dass sie kein Register (ausser dem Statusregister '''SREG''') verändern. Die bei manchen Funktionen notwendige Argumente werden immer im Register '''temp1''' übergeben, wobei '''temp1''' vom Usercode definiert werden muss.

[[Media:lcd-routines.asm|Download lcd-routines.asm]]

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zurücklink=AVR-Tutorial: Stack|
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[[Category:AVR]]
[[Category:AVR-Tutorial]]
[[Category:LCD]]