Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
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5 - Dot-Matrix Anzeige

Kurzinformation

5x7 Dot-Matrix Anzeige

Diese Anzeige besteht aus insgesamt 35 einzeln ansteuerbaren LEDs, die in 7 Reihen und 5 Spalten angeordnet sind.

Bezeichner

Die Spalten werden mit C1, C2, ..., C5 und die Reihen mit R1, R2, ..., R7 bezeichnet. Jeder Spalten- und Zeilennummer ist eine Pinnummer zugeordnet.

Mit Hilfe einer Dot Matrix Anzeige mit ihren 5x7 LEDs lassen sich beliebig viele Zeichen definieren und darstellen; sie erweitert die Möglichkeiten gegenüber einer 7-Segment Anzeige.

Der in dieser Übung vorliegende Dot-Matrix Anzeige Typ Kingbright TC07-11HWA kann nur dann richtig angesteuert werden, wenn man die interne Beschaltung der LEDs kennt. Über das Datenblatt vom Hersteller bekommt man diese Informationen.

Für die folgenden Übungen wurden die Bezeichnungen aus dem Datenblatt übernommen, ergänzt um die Daten, die sich aus dem speziellen Aufbau und dem benutzten Controller ATmega8A ergeben..

Abbildung 1 - Pin- und Anschlussbelegung am ATmega8

Mit Hilfe der Zeilenpins des PORTD lassen sich bestimmte Zeilen ein- bzw. ausschalten. Wird zum Beispiel

  • PD.0 = 1

gesetzt und sind alle anderen Portpins von PORTD auf 0 gesetzt, dann ist nur R1 HIGH und damit lässt sich jede der fünf LEDs in der Reihe R1 ein- bzw. ausschalten. Mit

  • PB.3 = 0

wird zum Beispiel die zweite LED in der ersten Reihe eingeschaltet, wenn gleichzeitig alle anderen Portpins von PORTB auf 1 gesetzt sind.

Abbildung 2 - Innenbeschaltung der Dot-Matrix Anzeige TC07-11-Serie

Die Spaltenleitungen C1 ... C5 fassen die Kathoden aller 7 LEDs einer Spalte und die Zeilen R1 ... R7 die Anoden aller fünf LEDs einer Zeile zusammen. Abb. 2 ist zu entnehmen, dass die LEDs nur dann durchschalten, wenn an der Reihenzeile Rn eine 1 und an der Spaltenzeile Cm eine 0 liegt.

Um uns mit der Adressierung der einzelnen LEDs besser vertraut zu machen, wird in einer Vorübung versucht, bestimmte LEDs innerhalb der Matrix einzuschalten.

Vorübung

  • Die Dioden 2 und 4 in Reihe R1 und den Spalten C2 und C4 sollen zum Leuchten gebracht werden. Dazu müssen Pin 12 (R1) an Vcc und Pin 3 und 7 (C2 und 4) über je einen Vorwiderstand von 1 kOhm an GND angeschlossen werden (Abb. 3).
  • Versuche in einer neuen Beschaltung zwei beliebige andere LEDs innerhalb der Matrix zum Leuchten zu bringen.  
Abbildung 3 - Mit einem 1 kOhm Widerstand werden verschiedene LEDs in der Dot-Matrix Anzeige eingeschaltet.

Verbindet man alle Zeilenanschlüsse R1 - R7 mit PORTD und alle Spalten C1 - C5 mit PORTB eines ATmega8A, dann lassen sich über ein entsprechend gestaltetes Programm alle LEDs einer Dot-Matrix Anzeige einzeln ansteuern.

Sobald PORTD.n auf 1 gelegt wird mit n = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6} und PORTB.m auf 0, mit m = {0, 1, 2, 3, 4}, geht die entsprechende LED in der Dot-Matrix Anzeige an.

Übung 1

Verschiedene LEDs in einer Dot-Matrix Anzeige einschalten
Material
  • 1x  Steckbrett
  • 1x  Nullkraftsockel
  • 1x  Netzteil
  • 1x  ATmega8A oder ähnlich
  • 1x  5x7 Dot-Matrix Anzeige
  • 2x  Widerstand, 1 kOhm
  • 1x  Programm BASCOM
  • div. Steckdrähte
Aufgaben
  • Schalte verschiedene LEDs in einer 5x7 Dot-Matrix Anzeige ein.
  1. In R2 - C1, C3 und C4
  2. In R5 - C3, C4
  3. In R4 - C3, R5 - C2 und C4, R6 - C1 und C5
  • Baue für jede Teilaufgabe die entsprechende Schaltung auf dem Steckbrett auf.

Der Vorwiderstand für alle LEDs beträgt 1 kOhm. Abb. 4 zeigt die Verdrahtung auf dem Steckbrett.

Schaltungsaufbau für Teilaufgabe 1

Schaltungskizze für Teilaufgabe a

Abbildung 4 - Schaltungsaufbau und Schaltskizze für die Teilaufgabe 1..

In Abb. 4 kann man ablesen, dass jede der drei LEDs genau dann anfängt zu leuchten, wenn das Bit PD.3 auf 1 und das zugehörige Kathodenbit in PORTB auf 0 gesetzt wird. Der Abb. 4 ist ebenfalls zu entnehmen, dass PORTB für die Spalten und PORTD für die Reihen der Dot-Matrix Anzeige zuständig ist.

Programm dotMatrix_ue2a.bas

Die Lösung zur Teilaufgabe 2 überlasse ich dem Leser. Man kann sich an Lösung a orientieren und kommt damit sicher zum Ziel. Was aber viel wichtiger ist, es übt, sich mit etwas komplexeren Verdrahtungen auseinanderzusetzen und eine Lösung zu finden.

Schwieriger wird es bei Teilaufgabe 3, da hier gleich drei Zeilen von der Ausgabe betroffen sind.

Schaltungsaufbau für Teilaufgabe 3

Programm dotMatrix_ue2c.bas

Die Figur wird auf dem Dot-Matrix Display zeilenweise aufgebaut. Insgesamt besteht die Figur aus drei Zeilen; in Programmzeile 22 werden die Bits für die erste Zeile gesetzt. Dabei entspricht einer 1, dass die LED nicht leuchtet und eine 0, dass sie leuchtet.

Übung 2

Im Kapitel über 7-Segment-Anzeigen haben wir bereits eine Lookup-Tabelle benutzt. In ihr lassen sich alle Bitmuster zur Darstellung eines bestimmten Zeichens hinterlegen und später in einem Programm aufrufen. Das nutzen wir in dieser Übung bei der Darstellung des Pfeiles aus.

 

Aufgabe

  • Die Daten zur Pfeilspitze aus Übung 1 sollen in einer Lookup-Tabelle abgelegt und über das Programm so abgerufen werden, dass die Pfeilspitze auf der Dot-Matrix Anzeige erscheint.

Lookup-Tabelle

BASCOM Befehl

Syntax

  • var = Lookup( Wert, Marke)

var        Rückgabewert

Wert     Indexwert aus der Tabelle

Marke  Kennzeichnet den Beginn der Datentabelle

Zur weiteren Orientierung benutzen wir die folgende Darstellung, in der das Pfeilsymbol bereits eingetragen ist.

Abbildung 5 - Portpin-Zuordnungen für das Symbol Pfeil

Die Ablauffolge des Programmes soll so erfolgen, dass Zeile für Zeile (von PD.0 nach PD.6) die jeweilige Bitkombination von PORTB an die Dotmatrix-Anzeige übertragen wird. Das sehe für das vorliegende Pfeilbild aus Abb. 5 dann wie folgt aus:

  • PD.0 = 1 <=> PORTD = 1-> PB = 255  - alle LEDs aus
  • PD.1 = 1 <=> PORTD = 2-> PB = 255  - alle LEDs aus
  • PD.2 = 1 <=> PORTD = 4-> PB = 255  - alle LEDs aus
  • PD.3 = 1 <=> PORTD = 8-> PB = 255  - alle LEDs aus
  • PD.4 = 1 <=> PORTD = 16-> PB = 251  - alle LEDs aus, bis auf die mittlere
  • PD.5 = 1 <=> PORTD = 32-> PB = 245  - alle LEDs aus, bis auf die 2. und 4.
  • PD.6 = 1 <=> PORTD = 64-> PB = 238  - alle LEDs aus, bis auf die 1. und 5.

Das Programm dotMatrix_ue3.bas

Übung 3

Ein neues Zeichen entwerfen

Kurzinformation

Pfeildarstellung

Mit dem erlangten Wissen lassen sich jetzt relativ einfach neue Zeichen entwerfen und auf dem Dot-Matrix Display anzeigen.

Fehler treten meistens bei der Codierung der Zeichen oder bei der Verdrahtung der Schaltung auf.

Aufgabe

  • In dieser Übung soll ein Pfeil in der vorgegebenen Form auf der Dot-Matrix Anzeige dargestellt werden. Entwirf dazu die Codierung für die Lookup-Tabelle und schreibe ein entsprechendes Programm.
Abbildung 6 - Pfeilsymbol auf Dot-Matrix Anzeige

Codierung des Symbols

Die Codierung erfolgt über die Darstellung des Symbols in der 5x7 Matrix. Jeder gefärbte Kreis entspricht einer leuchtenden LED und wird mit 0 codiert; jeder weiße Kreis mit 1.

Dann ergeben sich für die Zeilen R1 bis R7 folgende Codierungen:

  • R1       0b1111_1011 = 251
  • R2       0b1111_0001 = 241
  • R3       0b1110_1010 = 234
  • R4       0b1111_1011 = 251
  • R5       0b1111_1011 = 251
  • R6       0b1111_0101 = 241
  • R7       0b1110_1110 = 234

Die Dot-Matrix Anzeige verfügt nur über 5 Bitstellen (5 LEDs pro Zeile), die restlichen 3 Bitstellen des jeweiligen Bytes einer Zeile wurden mit Einsen aufgefüllt. Ganz rechts steht die zur Binärzahl entsprechend umgerechnete Dezimalzahl.

Damit stehen die Spalten-Datenwerte für die Lookup-Tabelle fest. Die Zeilen-Datenwerte ergeben sich dadurch, dass von oben nach unten die Zeilen mit PD.0 - PD.6 verbunden sind und nacheinander auf 1 gesetzt werden müssen.

Das Programm dotMatrix_Pfeil.bas

Übung 4

Das Zeichen Omega

Ein Gestaltungsentwurf

Entwurf

Der Buchstabe Omega könnte folgendes Aussehen haben. Wenn der Entwurf steht, ist der folgende Schritt die Codierung der einzelnen Zeilen der Matrix.

Um den griechischen Buchstaben Omega darstellen zu können, muss sein Aussehen erst einmal an Hand einer Papiervorlage der Dot-Matrix Anzeige entworfen werden. Alle Punkte sind farbig markiert, die später durch leuchtende LEDs wiedergegeben werden.

 

Finde selbst eine Lösung für die Darstellung des griechischen Buchstabens auf der Dot-Matrix Anzeige.

 

Weiter geht´s mit dem Kapitel Entladung Kondensator - Kapazitätsmessung

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