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- はじめに
本文書はATLMIRSにおける液晶ディスプレイ制御についてまとめた技術資料である。
- 概 要
ATLMITSでは従来のMIRSで採用されていた7セグメントLEDにかわり液晶ディスプレイ（以下 LCD）を採用する。このLCDでは7セグメントLEDの4桁表示に比べ、英数文字などを16文字×2行で表示できるために、現在と比べ格段にMIRSの状況を把握しやすくなると考えられる。このLCDには文字を表示するための液晶コントローラドライバLSI（HD44780）が内臓されておりこのLSIに信号を送ることで文字の表示が可能となる。
今回開発したLCD制御回路はISAバスとLCDを接続する機能を有している。また、このLCDの動作タイミングは、ISAバスの動作タイミングと比べて遅いためRead,Writeサイクルの引き延ばしを行う必要があり、この回路ではISAバスのIOCHRDY信号を使用してタイミングをあわせている。また、この回路にはLCDの制御の為に2つのI/Oポートアドレスが設けられておりLCDに制御データと表示文字データのRead,Writeを行っている。- 基本性能
以下にATLMIRSで採用するLCDの概観・仕様を示す。
- 概観
Fig.1_1 LCD概観図（正面）(LCD2.jpg) 
Fig.1_2 LCD概観図 (裏面）(LCD3.jpg) - 仕 様
Table.1 MIRS-ATLM LCD仕様
概略仕様 品 名 SUNLIKE製液晶モジュール SC1602BS 外形寸法 W 85mm D 12.7mm H 30mm 電 源 5V,0.6mA コネクタ 14ピンピンヘッダ型コネクタオス（半田付け） 販売元 秋月電子通商 価格 1,300円 内臓LSI 日立ドットマトリクスドライバ44780U 表示桁数 16文字×2行 表示機能 カーソル、文字反転、文字ブリング、表示オン・オフ可 IF 4ビット OR 8ビット 文字 5×7ビット 192種類 キャラジェネ8文字 論理文字位置（1行目） 1～16文字目 論理文字位置（2行目） 41～56文字目 絶対最大定格 電源電圧（Vcc－GND） -0.3～+7.0（V) 入力電圧 -0.3～Vcc+0.3（V) 動作温度 -30～+75(℃） 保存温度 -55～+125(℃）
- 電気的特性
HD44780の電気的特性を以下に示す。
LCD SC1602BSはこのLSIにより動作するためライト・リード動作に関しても以下に従う。- 動作特性
Table.2 動作特性
項 目 記 号 min typ max 単 位 測定条件 LCD動作電圧 VDD・Vo - 4.8 - V Ta=０℃ LCD動作電圧 VDD・Vo - 4.5 - V Ta=25℃ LCD動作電圧 VDD・Vo - 4.2 - V Ta=50℃ 供給電圧 VDD・Vss 4.7 5.0 5.3 V - 入力"High"レベル電圧 VIH1 2.2 - Vcc V - 入力"Low"レベル電圧 VIL1 -0.3 - 0.6 V - 出力"High"レベル電圧 VOH1 2.4 - - V -IOH=0.205mA 入力"High"レベル電圧 VOL1 - - 0.4 V -IOL=1.2mA - ライト動作
Fig.2_1 ライト動作タイミング (write.jpg) Table.3 ライト動作シーケンス
項 目 記 号 min typ max 単 位 イネーブルサイクル時間 tCYCE 500 - - ns イネーブルパルス幅 "High"レベル PWEH 230 - - ns イネーブル立上がり、立下り時間 tEf,tEr - - 20 ns セットアップ時間 RS,R/W-E tAS 40 - - ns アドレスホールド時間 tAH 10 - - ns データセットアップ時間 tDSW 80 - - ns データホールド時間 tH 10 - - ns - リード動作
Fig.2_2 リード動作タイミング (read.jpg) Table.4 リード動作シーケンス
項 目 記 号 min typ max 単 位 イネーブルサイクル時間 tCYCE 500 - - ns イネーブルパルス幅 "High"レベル PWEH 230 - - ns イネーブル立上がり、立下り時間 tEf,tEr - - 20 ns セットアップ時間 RS,R/W-E tAS 40 - - ns アドレスホールド時間 tAH 10 - - ns データ遅延時間 tDDR - - 160 ns データホールド時間 tH 5 - - ns - ライト動作
- LCD制御モジュール
LCD制御モジュールはFPGAボードのFPGAチップ内に構成される液晶ディスプレイの制御回路である。
このモジュールによりLCD-ISAバス間のデータの入出力を制御する。下の構成図の赤枠で囲った部分がFPGAチップ内に構成される部分である。- 動作原理
LCD制御モジュールでは大きく分けて二つの制御を行う。
① 動作制御回路
モジュールに入力される信号はISAバスからの8ビットのデータ信号、アドレスデコーダからのモジュールセレクト信号である。
基本的にはこの信号で動作するわけだが、前項でも記したとおりLCDを動作するためにはこの信号以外にEnable信号が必要となる。
また、IOCHRDY信号を用いてISAバスとLCDの動作タイミングをあわせている。② 入出力制御回路
この回路ではISAバス－LCD間のデータの入出力の制御を行っている。
LCDでは文字を表示するためにJISコードを用いている。
添付のJISコード表を見ていただければわかると思うがISAバスから送られる8ビットのデータがそのままLCDに表示できるデータとなる。
つまりこの回路は単にISA-LCD間のデータを素通ししているだけである。- IOCHRDYとは
IOCHRDYとはISAバスのIOが動作処理中に外部からのBUSY信号が入力されるまでの期間、CPUに対してバス制御を待機状態にするのに必要な信号である。しかし、ここではそんなに難しく考える必要はなくISAバスのRead,Writeサイクルの引き伸ばしを行うためのウェイトサイクルの要求信号と考えると良い。
下の図の赤で囲った部分がIOCHRDYによりつくられたウェイトサイクルである。
ウェイトサイクルをいれることによって、信号を長さをかえることができるのでデータの転送などのタイミングをあわせるのに用いられる。
Fig.4 IOCHRDY信号タイミング (timing.jpg) - JISコードについて
JISコードとはJIS(Japan Industrial Standard）で規格化された情報交換用符号系コードの名称である。
JISコードでは、数字、英文字、カタカナ、各種記号、機能文字など256種類が8BitコードとしてJIS X 0201で決められており、ATLMIRSに搭載するLCDではこの規格のコードを用いる。
その他漢字コードもJIS X 0208で制定されている。
下にJIS X 0201のコード表を添付する。 - IOCHRDYとは
Fig.3 LCDモジュール構成図 (lcd.jpg) 
Fig.5 JISコード表（JIS X 0201) (code.jpg) - 概 要
| 関連文書 |
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- MIRSATLM 液晶ディスプレイ制御モジュール製造仕様書(MIRSATLM-ELEC-1115)
- MIRSATLM 液晶ディスプレイ制御モジュール試験仕様書(MIRSATLM-ELEC-1125)