I2C Utilizar un LCD con PCF8574

Modulo PCF8574x con el PIC16F

Fig1. Modulo PCF8574 y LCD

Antes que nada quiero agradecer tu visita a este blog relacionado con la programación de micro-controladores PIC, En esta ocasión veremos como utilizar un circuito integrado (CI) de expansión bastante practico y económico para conectar un modulo LCD con nuestro microcontrolador (MCU), utilizando únicamente dos lineas de comunicación gracias al protocolo serial I2C y el CI PCF8574x. El objetivo de esta sección es enviar mensajes a la pantalla LCD utilizando el protocolo de comunicación I2C entre el PIC16F887 y el PCF8574x.

 

La programación se realizara utilizando MPLABX y el compilador XC8 ambos disponibles en la pagina de microchip. Aquí dejo los enlaces de las versiones utilizadas para nuestro ejemplo:  <MPLABX v6.20>   <XC8 v2.45>

Mencionar también que es necesario contar con conocimientos mínimos sobre programación en lenguaje C y el uso de microcontroladores PIC16. Al finalizar la sección les dejare el enlace para descargar la carpeta del proyecto que contiene todos los archivos citados en la presente publicación, también te recomiendo revisar los siguientes enlaces donde se explicar con mayor detalle el <Uso del TMRO> y la <Comunicación I2C>

Modulo PCF8574x con el PIC16F

 

El PC8574x es básicamente un modulo de conversion serie a paralelo, utilizado con el objetivo de expandir los puertos de entrada y salida de un sistema electrónico, como es el caso de un MCU que no dispone de puertos suficientes.

La comunicación con el PCF8574x se establece utilizando el conocido protocolo I2C, el caso de los microcontroladores PIC de gama media, estos disponen de un modulo de comunicación serial síncrono denominado SSP/MSSP,  que facilitan la implementación los protocolos SPI(Serial Peripheral Interface) e I2C(Inter-Integrated Circuit). En la codificación de nuestro programa utilizaremos la librería pcflcd donde se incluyen los procedimientos I2C necesarios para comunicarnos con el chip PCF8754x.

Paso 1. Sobre el Módulo PCF8574x.

I2C es un protocolo serial desarrollado por Phillips Semiconductors en la década de los 80, y fue concebido principalmente para comunicar dispositivos que están montados en un mismo sistema o circuito impreso.

Fig2. Pinout del PC8574x

El chip PCF8574 fabricado por Texas Instrument es un expansor paralelo de 8 bits controlado por I2C que opera a una velocidad estándar de 100KHz, diseñados para proveer monitoreo y control serial de forma fácil y económica. Existen dos variantes de este chip que son el PCF8574 y PCF8574A que se diferencian únicamente por el rango o mapa de dirección que pueden utilizar conforme a los valores lógicos en sus pines A2:A0.

 

Fig3. Tabla de direccionamiento PCF8574

Una gran ventaja de este protocolo es que establece una interfaz bidireccional maestro esclavo de hasta 128 dispositivos, aunque en la practica cada dispositivo limita su rango de asignación a un determinado mapa que puede ser configurado de forma externa o mediante instrucciones sobre el mismo protocolo.

Fig4. Conexión del Bus I2C

 

Implementar el bus I2C con el chip PCF es bastante simple, si observa la figura 4, solo se requiere utilizar resistencias pull-up por cada pin del microcontrolador, establecer la dirección de cada dispositivo conectado y su respectiva alimentación.

La figura 5, muestra el esquema de circuito necesario para la conexión del PCF8574A con las ocho lineas requeridas por el modulo LCD y las dos lineas de comunicación I2C del MCU.

 

Fig5. Esquema de conexión PCF8574A

 

Algo interesante es que este circuito esta disponible como un modulo genérico producido para aplicaciones de prototipo rápido, y que goza de bastante popularidad por su bajo costo económico($us. 3), incluso planteando comprar los elementos por separados no se justifica el precio por el trabajo y tiempo necesario para el montaje. Salvo que se trate de un producto final.

Fig6. Modulo PCF8574x

 

Por defecto este modulo tiene las lineas A2:A0 con nivel lógico alto que define una dirección de 27h (PCF8574) y 3Fh(PCF8574A); Si requiere agregar mas dispositivos o modificar la dirección necesitara soldar o conectar las siguientes lineas o pads en la parte posterior del modulo, de acuerdo a la figura 7.

Fig7. Pads para direccionamiento

Otro detalle es que el modulo ya cuenta con las resistencias pull-up requeridas por la interfaz y no sera necesario agregar estas resistencias incluso si utiliza otros dispositivos o sensores I2C.

Paso 2. Conectar el Modulo al PIC16F.

Fig8. Conexión al PIC16F

Solo necesitara identificar y conectar las cuatro lineas que posee el modulo, dos corresponden a la alimentación(5V/GND), y dos para la comunicación SDA(datos) y SCL(reloj). Muchas pantallas LCD cuentan con una luz de retroiluminacion(Backlight) que puede ser controlador a través de la interfaz siempre que coloque un puente(jumper) en el conector J2. 

 

El modulo también posee un potenciómetro que permite ajustar el contraste que la pantalla, deberá establecer un valor adecuado al momento de ensayar el programa.

Paso 3. Programación y envió de mensajes.

A fin de facilitar la rápida implementación del modulo en nuestra aplicación, se crearon los siguientes procedimientos y funciones incluidas en la cabecera pcdlcd.h. Debe revisar este archivo para efectuar algunas configuraciones necesarias antes de proceder a llamar cualquier procedimiento o función de esta librería.

Recuerde que el campo de dirección definido en el programa como PCFADDR dependerá de los valores lógicos que tienen los pines A2:A0 del chip PCF8574, estos pines por defecto tiene nivel logico 1, por lo tanto la dirección resultando sera de acuerdo al siguiente formato I2C.

 1. Para un Modulo PCF8574A PCFADDR=7Eh

 

 2. Para un Modulo PCF8574 PCFADDR=4Eh

Ahora mostraremos la lista de los procedimientos que podemos utilizar para enviar mensajes a nuestra pantalla LCD.

• PCFSetupLCD(): Este procedimiento lleva a cabo la inicialización del modulo LCD, siendo por defecto la siguiente configuracion:
  1) Bus de datos en modo 4-bit y multi-linea;
  2) Incremento de posición automático;
  3) Muestra el cursor sin destellar;
  4) Limpia la pantalla e inicializa el cursor.
  La definición del puerto asociado a los pines del LCD y los valores de temporización se lleva a cabo modificando las siguientes lineas de código en la cabecera pcflcd.h.

  /* USER PORT DEFINITION */
  #define PCFADDR 0x7E //PCF8574A
  #define _XTAL_FREQ 8000000
  /* END USER PORT DEFINITIONS */

• PCF_WriteCmd(): Este procedimiento permite enviar un comando al LCD, siendo algunos ejemplos de uso, los siguientes:

PCF_WriteCmd(LCD_CLEAR); //Limpia la pantalla LCD

PCF_WriteCmd(LCD_DISPLAY & LCD_DCURSOROFF); //Sin cursor

PCF_WriteCmd(LCD_DISPLAY & LCD_DBLINKOFF); //Sin destello

PCF_WriteCmd(LCD_FUNCTIONSET & LCD_FSET4BIT & FSETLINE1); //Una linea
PCF_WriteCmd(LCD_HOME); //Iniciliza el cursor

• PCF_WriteMsg(*p): Este procedimiento sirve mostrar un mensaje en la pantalla LCD, se entiende que el mensaje iniciara en la posición actual que tiene el cursor. 
• PCF_WriteChar(val): El procedimiento muestra en la pantalla LCD, el carácter val, se debe considerar la posición que tiene el cursor antes de llamar a este procedimiento.
• PCF_GotoXY(x,y): El procedimiento permite posicionar el cursor en la pantalla, siendo x,y la combinación fila, columna de la pantalla.

• PCFSetLED(): Permite encender la luz de fondo de la pantalla.

• PCFClearLED(): Permite apagar la luz de fondo de la pantalla

Paso 4. Prueba y Simulación.

Ahora escribiremos un pequeño programa para poner en practica y demostrar el uso de una pantalla LCD donde utilizaremos los procedimientos previamente descritos, el programa se codifica considerando que la frecuencia del oscilador interno del PIC es de 8MHz.

El siguiente código es parte del programa que muestra un mensaje inicial en la primera linea y el valor de un contador de segundos en la segunda linea, adicionalmente se tiene un LED conectado al pin RE2 con el fin de generar un destello cada segundo, el destello es indicador de que el programa esta corriendo de manera regular. Aclarar que el código que se muestra solo corresponde con la funcionalidad básica del programa, por lo tanto te recomiendo que descargues el proyecto MPLABx y revises los archivos donde se encuentra el código completo.

#include <xc.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#define LEDpin PORTEbits.RE2
volatile uint8_t tick1ms = 0;
uint16_t cntms = 0;
#include "i2c.h"
#include "pcflcd.h"
char msg[8]; //Char array

void main(void)
{
    setupMCU(); //Inicializa el Microcontrolador
    PCFSetupLCD(); //Inicia el LCD
    PCFSetLED();   //Enciende la luz de fondo
    PCFGotoXY(0,2); //Coloca el cursor en la posición 2 de la fila 0
    PCFWriteMsg("** U.E.B **"); //Muestra el mensaje
    PCFWriteCMD(LCD_DISPLAY & LCD_DBLINKOFF);//Muestra el cursor
    while(1)
    {
        if(tick1ms) //Validacion en cada ms
        {
            tick1ms = 0;
            taskLED(); //Ajecuta la tarea para destellar el LED
            taskAPP(); //Muestra el contador de segundos
        }
    }
}

void taskAPP(void)
{
    static uint16_t cnt = 0;
    static uint8_t seg = 0;
    if(cnt++ > 999) //Se valida cada segundo.
    {
        cnt = 0;
        seg = seg + 1; //Incrementa el contador de segundos
        if(seg > 59) seg = 0; //Reinicia el contador de segundos
        PCFGotoXY(1,0); //Coloca el cursor en la posición 0 de la fila 2
        sprintf(msg, "SEG:%02u", seg); //Cadena personalizada
        PCFWriteMsg(msg); //Muestra la cadena con valores del segundo   
    }
} 

Fig9. Montaje del circuito PIC16F

Paso 5. Conclusiones y Recomendaciones.

Luego de hacer la demostración del programa podemos concluir que podemos implementar fácilmente este modulo I2C para ahorrarnos entre 4 y 6 lineas o pines del PIC. Si bien la librería solo contiene procedimientos básicos para mostrar mensajes, con un mayor conocimiento de las instrucciones del controlador LCD es posible realizar modificaciones que permitan efectuar operaciones menos frecuentes como ser desplazamientos y generación de caracteres personalizados.

 

Este es el enlace para descargar el proyecto MPLABX  <PCFLCDP16F>

También de dejo vídeo donde explico como abrir el proyecto MPLABX y compilar con otro PIC diferente al utilizado. 

Sin mas que mencionar agradezco tu visita al blog y espero que el ejemplo visto pueda ser útil en tu formación y el proyecto que desarrollas.
Atte. Pablo Zárate Arancibia
email: pablinza@me.com / pablinzte@gmail.com, @pablinzar
Santa Cruz de la Sierra - Bolivia