Arduino - Display LCD com 74HC595 e 74HC165

Mais um exemplo do uso dos 74HC595 e 74HC165, agora utilizando um Display LCD.

a montagem do circuito, para expansão de entradas e saídas, pode ser visto nesse link.

http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/06/arduino-74hc595-e-74hc165-juntos.html

a explicação sobre o teclado matricial, pode ser visto aqui

http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/06/arduino-teclado-matricial-com-74hc595-e.html

Display LCD

Para ligar o Display LCD no Arduino, há uma biblioteca específica, que faz a comunicação entre os pinos do Arduino e o Display, porém nesse exemplo, o display não irá se comunicar diretamente com o Arduino, e sim com um dos 595 que são controlados pelo Arduino. Então para conseguir fazer a comunicação entre o Arduino e o Display LCD, foi necessário fazer alterações na biblioteca disponibilizada para tal. Como a biblioteca foi escrita para se comunicar com os pinos do Arduino, foi necessário, substituir todas as chamadas feitas a digitalWrite(pin, value) para exp1->write(pin, value). E todas as referencias a pinMode(pin, mode) foram removidas.

Essas alterações não foram feitas diretamente na biblioteca, o que eu fiz, foi copiar o conteúdo da biblioteca e colar dentro da sketch e fazer as devidas alterações, como pode ser visto no código-fonte abaixo. Ainda não criei uma biblioteca específica para isso, pois ainda não terminei de fazer todos os testes, então por enquanto, é assim mesmo que vai funcionar.

Vídeo

Código-Fonte:

/********************************************************************************************
*******************CLASSE Expansor74HC595_74HC165     INICIO*********************************
*********************************************************************************************/

class Expansor74HC595_74HC165 {
  private:
    int  _pin_clock;
    int  _pin_latch;
    int  _pin_data;
    byte* _pins_out;
    byte* _pins_in;
    int _num_cis_out;
    int _num_cis_in;
  public:
    Expansor74HC595_74HC165(int pin_clock, int pin_latch, int pin_data, int num_cis_out, int num_cis_in){
      _pin_clock = pin_clock;
      _pin_latch = pin_latch;
      _pin_data  = pin_data;
      
      _num_cis_out = num_cis_out;
      _num_cis_in  = num_cis_in;
      
      _pins_out    = new byte[num_cis_out];
      _pins_in     = new byte[num_cis_in];
      
      pinMode(_pin_clock,OUTPUT);
      pinMode(_pin_latch,OUTPUT);
      
      clear();
    }
   
    void clear(){
      for (int i=0; i<_num_cis_out; i++){
        _pins_out[i] = B00000000;
      }
      update();
    }
   
    void update(){
      digitalWrite(_pin_clock, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, HIGH);
      
      for(int i=max(_num_cis_in, _num_cis_out) * 8 - 1; i>=0;  i-- ) {   //max -->o for vai até o que tiver mais, ou entradas, ou saidas
        int pos = i / 8;
        int pin = 7-(i % 8);  
        
        if (i < _num_cis_in * 8){
          pinMode(_pin_data, INPUT);
          
          if ( digitalRead(_pin_data) ){
            _pins_in[pos] |= (1 << pin);  //set a bit HIGH
          } else { 
            _pins_in[pos] &= ~(1 << pin); //set a bit LOW
          }
        }
        
        if (i < _num_cis_out * 8){
          pinMode(_pin_data, OUTPUT);
          digitalWrite(_pin_data,   (_pins_out[pos] & (1 << pin)) != 0   );
        }        
        digitalWrite(_pin_clock, HIGH); 
        digitalWrite(_pin_clock, LOW); 
      }      
      digitalWrite(_pin_latch, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, HIGH);
      pinMode(_pin_data, INPUT);
    }
    
    int read(int  pin){
      int pos = pin / 8;
      pin     = 7-(pin % 8);  
      
      if (pos > _num_cis_out) {
        pos = pos - _num_cis_out;
        return (  (_pins_in[pos] & (1 << pin)) != 0   );
      } else {
        return (  (_pins_out[pos] & (1 << pin)) != 0   );
      }
    }
    
    byte readByte(int num_ci) { 
      if (num_ci >= _num_cis_out) {
        num_ci = num_ci - _num_cis_out;
        return _pins_in[num_ci];
      } else {
        return _pins_out[num_ci];
      }
    }
    
    void write(int pin, int value){
      if (pin >= _num_cis_out*8) { return; }
      
      int pos = pin / 8;  //pos -> indica qual ci será atualizado.
      pin     = 7-(pin % 8);
 
      if (pos > _num_cis_out) {
        return; //se estiver tentando escrever um pino de entrada, apenas retorna, sem fazer nada.
      } else {
        if (value){
          _pins_out[pos] |= (1 << pin);  //set a bit HIGH
        } else {
          _pins_out[pos] &= ~(1 << pin); //set a bit LOW
        }
      }
    }
    
    void writeByte(int num_ci, byte b, int first = MSBFIRST) {  
      if (num_ci > _num_cis_out) {
        return; //se estiver tentando escrever um pino de entrada, apenas retorna, sem fazer nada.
      }
      
      if (first == LSBFIRST) {
        byte r=0;
        for(int i=0;i<8;i++) {
          r |= ((b>>i) & 0b1)<<(7-i);
        }
        b = r;
      }
       
      _pins_out[num_ci] = b; 
    } ;
};

/********************************************************************************************
*******************CLASSE Expansor74HC595_74HC165     FIM ***********************************
*********************************************************************************************/

/********************************************************************************************
*******************ponteiro para o expansor a ser instanciado  INICIO  **********************
*********************************************************************************************/

Expansor74HC595_74HC165 * exp1;

/********************************************************************************************
*******************ponteiro para o expansor a ser instanciado  FIM  *************************
*********************************************************************************************/

/********************************************************************************************
*******************CLASSE LiquidCrystal  INICIO  ********************************************
*********************************************************************************************/

#include <inttypes.h>
#include "Print.h"

// commands
#define LCD_CLEARDISPLAY 0x01
#define LCD_RETURNHOME 0x02
#define LCD_ENTRYMODESET 0x04
#define LCD_DISPLAYCONTROL 0x08
#define LCD_CURSORSHIFT 0x10
#define LCD_FUNCTIONSET 0x20
#define LCD_SETCGRAMADDR 0x40
#define LCD_SETDDRAMADDR 0x80

// flags for display entry mode
#define LCD_ENTRYRIGHT 0x00
#define LCD_ENTRYLEFT 0x02
#define LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT 0x01
#define LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT 0x00

// flags for display on/off control
#define LCD_DISPLAYON 0x04
#define LCD_DISPLAYOFF 0x00
#define LCD_CURSORON 0x02
#define LCD_CURSOROFF 0x00
#define LCD_BLINKON 0x01
#define LCD_BLINKOFF 0x00

// flags for display/cursor shift
#define LCD_DISPLAYMOVE 0x08
#define LCD_CURSORMOVE 0x00
#define LCD_MOVERIGHT 0x04
#define LCD_MOVELEFT 0x00

// flags for function set
#define LCD_8BITMODE 0x10
#define LCD_4BITMODE 0x00
#define LCD_2LINE 0x08
#define LCD_1LINE 0x00
#define LCD_5x10DOTS 0x04
#define LCD_5x8DOTS 0x00

class LiquidCrystal : public Print {
public:
  LiquidCrystal(uint8_t rs, uint8_t enable,
  uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3,
  uint8_t d4, uint8_t d5, uint8_t d6, uint8_t d7);
  LiquidCrystal(uint8_t rs, uint8_t rw, uint8_t enable,
  uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3,
  uint8_t d4, uint8_t d5, uint8_t d6, uint8_t d7);
  LiquidCrystal(uint8_t rs, uint8_t rw, uint8_t enable,
  uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3);
  LiquidCrystal(uint8_t rs, uint8_t enable,
  uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3);

  void init(uint8_t fourbitmode, uint8_t rs, uint8_t rw, uint8_t enable,
     uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3,
     uint8_t d4, uint8_t d5, uint8_t d6, uint8_t d7);
    
  void begin(uint8_t cols, uint8_t rows, uint8_t charsize = LCD_5x8DOTS);

  void clear();
  void home();

  void noDisplay();
  void display();
  void noBlink();
  void blink();
  void noCursor();
  void cursor();
  void scrollDisplayLeft();
  void scrollDisplayRight();
  void leftToRight();
  void rightToLeft();
  void autoscroll();
  void noAutoscroll();

  void setRowOffsets(int row1, int row2, int row3, int row4);
  void createChar(uint8_t, uint8_t[]);
  void setCursor(uint8_t, uint8_t); 
  virtual size_t write(uint8_t);
  void command(uint8_t);
  
  using Print::write;
private:
  void send(uint8_t, uint8_t);
  void write4bits(uint8_t);
  void write8bits(uint8_t);
  void pulseEnable();

  uint8_t _rs_pin; // LOW: command.  HIGH: character.
  uint8_t _rw_pin; // LOW: write to LCD.  HIGH: read from LCD.
  uint8_t _enable_pin; // activated by a HIGH pulse.
  uint8_t _data_pins[8];

  uint8_t _displayfunction;
  uint8_t _displaycontrol;
  uint8_t _displaymode;

  uint8_t _initialized;

  uint8_t _numlines;
  uint8_t _row_offsets[4];
};



#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <inttypes.h>
#include "Arduino.h"

// When the display powers up, it is configured as follows:
//
// 1. Display clear
// 2. Function set: 
//    DL = 1; 8-bit interface data 
//    N = 0; 1-line display 
//    F = 0; 5x8 dot character font 
// 3. Display on/off control: 
//    D = 0; Display off 
//    C = 0; Cursor off 
//    B = 0; Blinking off 
// 4. Entry mode set: 
//    I/D = 1; Increment by 1 
//    S = 0; No shift 
//
// Note, however, that resetting the Arduino doesn't reset the LCD, so we
// can't assume that its in that state when a sketch starts (and the
// LiquidCrystal constructor is called).

LiquidCrystal::LiquidCrystal(uint8_t rs, uint8_t rw, uint8_t enable,
        uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3,
        uint8_t d4, uint8_t d5, uint8_t d6, uint8_t d7)
{
  init(0, rs, rw, enable, d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7);
}

LiquidCrystal::LiquidCrystal(uint8_t rs, uint8_t enable,
        uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3,
        uint8_t d4, uint8_t d5, uint8_t d6, uint8_t d7)
{
  init(0, rs, 255, enable, d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7);
}

LiquidCrystal::LiquidCrystal(uint8_t rs, uint8_t rw, uint8_t enable,
        uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3)
{
  init(1, rs, rw, enable, d0, d1, d2, d3, 0, 0, 0, 0);
}

LiquidCrystal::LiquidCrystal(uint8_t rs,  uint8_t enable,
        uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3)
{
  init(1, rs, 255, enable, d0, d1, d2, d3, 0, 0, 0, 0);
}

void LiquidCrystal::init(uint8_t fourbitmode, uint8_t rs, uint8_t rw, uint8_t enable,
    uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3,
    uint8_t d4, uint8_t d5, uint8_t d6, uint8_t d7)
{
  _rs_pin = rs;
  _rw_pin = rw;
  _enable_pin = enable;
  
  _data_pins[0] = d0;
  _data_pins[1] = d1;
  _data_pins[2] = d2;
  _data_pins[3] = d3; 
  _data_pins[4] = d4;
  _data_pins[5] = d5;
  _data_pins[6] = d6;
  _data_pins[7] = d7; 

  //pinMode(_rs_pin, OUTPUT);
  // we can save 1 pin by not using RW. Indicate by passing 255 instead of pin#
  if (_rw_pin != 255) { 
    //pinMode(_rw_pin, OUTPUT);
  }
  //pinMode(_enable_pin, OUTPUT);
  
  if (fourbitmode)
    _displayfunction = LCD_4BITMODE | LCD_1LINE | LCD_5x8DOTS;
  else 
    _displayfunction = LCD_8BITMODE | LCD_1LINE | LCD_5x8DOTS;
  
  begin(16, 1);  
}

void LiquidCrystal::begin(uint8_t cols, uint8_t lines, uint8_t dotsize) {
  if (lines > 1) {
    _displayfunction |= LCD_2LINE;
  }
  _numlines = lines;

  setRowOffsets(0x00, 0x40, 0x00 + cols, 0x40 + cols);  

  // for some 1 line displays you can select a 10 pixel high font
  if ((dotsize != LCD_5x8DOTS) && (lines == 1)) {
    _displayfunction |= LCD_5x10DOTS;
  }

  // SEE PAGE 45/46 FOR INITIALIZATION SPECIFICATION!
  // according to datasheet, we need at least 40ms after power rises above 2.7V
  // before sending commands. Arduino can turn on way before 4.5V so we'll wait 50
  delayMicroseconds(50000); 
  // Now we pull both RS and R/W low to begin commands
  exp1->write(_rs_pin, LOW);
  exp1->write(_enable_pin, LOW);
  if (_rw_pin != 255) { 
    exp1->write(_rw_pin, LOW);
  }
  exp1->update();
  
  //put the LCD into 4 bit or 8 bit mode
  if (! (_displayfunction & LCD_8BITMODE)) {
    // this is according to the hitachi HD44780 datasheet
    // figure 24, pg 46

    // we start in 8bit mode, try to set 4 bit mode
    write4bits(0x03);
    delayMicroseconds(4500); // wait min 4.1ms

    // second try
    write4bits(0x03);
    delayMicroseconds(4500); // wait min 4.1ms
    
    // third go!
    write4bits(0x03); 
    delayMicroseconds(150);

    // finally, set to 4-bit interface
    write4bits(0x02); 
  } else {
    // this is according to the hitachi HD44780 datasheet
    // page 45 figure 23

    // Send function set command sequence
    command(LCD_FUNCTIONSET | _displayfunction);
    delayMicroseconds(4500);  // wait more than 4.1ms

    // second try
    command(LCD_FUNCTIONSET | _displayfunction);
    delayMicroseconds(150);

    // third go
    command(LCD_FUNCTIONSET | _displayfunction);
  }

  // finally, set # lines, font size, etc.
  command(LCD_FUNCTIONSET | _displayfunction);  

  // turn the display on with no cursor or blinking default
  _displaycontrol = LCD_DISPLAYON | LCD_CURSOROFF | LCD_BLINKOFF;  
  display();

  // clear it off
  clear();

  // Initialize to default text direction (for romance languages)
  _displaymode = LCD_ENTRYLEFT | LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT;
  // set the entry mode
  command(LCD_ENTRYMODESET | _displaymode);

}

void LiquidCrystal::setRowOffsets(int row0, int row1, int row2, int row3)
{
 _row_offsets[0] = row0;
 _row_offsets[1] = row1;
 _row_offsets[2] = row2;
 _row_offsets[3] = row3;
}

/********** high level commands, for the user! */
void LiquidCrystal::clear()
{
  command(LCD_CLEARDISPLAY);  // clear display, set cursor position to zero
  delayMicroseconds(2000);  // this command takes a long time!
}

void LiquidCrystal::home()
{
  command(LCD_RETURNHOME);  // set cursor position to zero
  delayMicroseconds(2000);  // this command takes a long time!
}

void LiquidCrystal::setCursor(uint8_t col, uint8_t row)
{
  const size_t max_lines = sizeof(_row_offsets) / sizeof(*_row_offsets);
  if ( row >= max_lines ) {
    row = max_lines - 1;    // we count rows starting w/0
  }
  if ( row >= _numlines ) {
    row = _numlines - 1;    // we count rows starting w/0
  }
  
  command(LCD_SETDDRAMADDR | (col + _row_offsets[row]));
}

// Turn the display on/off (quickly)
void LiquidCrystal::noDisplay() {
  _displaycontrol &= ~LCD_DISPLAYON;
  command(LCD_DISPLAYCONTROL | _displaycontrol);
}
void LiquidCrystal::display() {
  _displaycontrol |= LCD_DISPLAYON;
  command(LCD_DISPLAYCONTROL | _displaycontrol);
}

// Turns the underline cursor on/off
void LiquidCrystal::noCursor() {
  _displaycontrol &= ~LCD_CURSORON;
  command(LCD_DISPLAYCONTROL | _displaycontrol);
}
void LiquidCrystal::cursor() {
  _displaycontrol |= LCD_CURSORON;
  command(LCD_DISPLAYCONTROL | _displaycontrol);
}

// Turn on and off the blinking cursor
void LiquidCrystal::noBlink() {
  _displaycontrol &= ~LCD_BLINKON;
  command(LCD_DISPLAYCONTROL | _displaycontrol);
}
void LiquidCrystal::blink() {
  _displaycontrol |= LCD_BLINKON;
  command(LCD_DISPLAYCONTROL | _displaycontrol);
}

// These commands scroll the display without changing the RAM
void LiquidCrystal::scrollDisplayLeft(void) {
  command(LCD_CURSORSHIFT | LCD_DISPLAYMOVE | LCD_MOVELEFT);
}
void LiquidCrystal::scrollDisplayRight(void) {
  command(LCD_CURSORSHIFT | LCD_DISPLAYMOVE | LCD_MOVERIGHT);
}

// This is for text that flows Left to Right
void LiquidCrystal::leftToRight(void) {
  _displaymode |= LCD_ENTRYLEFT;
  command(LCD_ENTRYMODESET | _displaymode);
}

// This is for text that flows Right to Left
void LiquidCrystal::rightToLeft(void) {
  _displaymode &= ~LCD_ENTRYLEFT;
  command(LCD_ENTRYMODESET | _displaymode);
}

// This will 'right justify' text from the cursor
void LiquidCrystal::autoscroll(void) {
  _displaymode |= LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT;
  command(LCD_ENTRYMODESET | _displaymode);
}

// This will 'left justify' text from the cursor
void LiquidCrystal::noAutoscroll(void) {
  _displaymode &= ~LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT;
  command(LCD_ENTRYMODESET | _displaymode);
}

// Allows us to fill the first 8 CGRAM locations
// with custom characters
void LiquidCrystal::createChar(uint8_t location, uint8_t charmap[]) {
  location &= 0x7; // we only have 8 locations 0-7
  command(LCD_SETCGRAMADDR | (location << 3));
  for (int i=0; i<8; i++) {
    write(charmap[i]);
  }
}

/*********** mid level commands, for sending data/cmds */

inline void LiquidCrystal::command(uint8_t value) {
  send(value, LOW);
}

inline size_t LiquidCrystal::write(uint8_t value) {
  send(value, HIGH);
  return 1; // assume sucess
}

/************ low level data pushing commands **********/

// write either command or data, with automatic 4/8-bit selection
void LiquidCrystal::send(uint8_t value, uint8_t mode) {
  exp1->write(_rs_pin, mode);

  // if there is a RW pin indicated, set it low to Write
  if (_rw_pin != 255) { 
    exp1->write(_rw_pin, LOW);
  }
  
  exp1->update();
  
  if (_displayfunction & LCD_8BITMODE) {
    write8bits(value); 
  } else {
    write4bits(value>>4);
    write4bits(value);
  }
}

void LiquidCrystal::pulseEnable(void) {
  exp1->write(_enable_pin, LOW);
  exp1->update();
  delayMicroseconds(1);    
  exp1->write(_enable_pin, HIGH);
  exp1->update();
  delayMicroseconds(1);    // enable pulse must be >450ns
  exp1->write(_enable_pin, LOW);
  exp1->update();
  delayMicroseconds(100);   // commands need > 37us to settle
}

void LiquidCrystal::write4bits(uint8_t value) {
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    //pinMode(_data_pins[i], OUTPUT);
    exp1->write(_data_pins[i], (value >> i) & 0x01);
  }
  exp1->update();

  pulseEnable();
}

void LiquidCrystal::write8bits(uint8_t value) {
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    //pinMode(_data_pins[i], OUTPUT);
    exp1->write(_data_pins[i], (value >> i) & 0x01);
  }
  exp1->update();
  
  pulseEnable();
}


/********************************************************************************************
*******************CLASSE LiquidCrystal  FIM  ***********************************************
*********************************************************************************************/

const int PIN_CLOCK = 4; 
const int PIN_LATCH = 7; 
const int PIN_DATA  = 12; 



/****************************************************************
*********funcao pra ler teclado matricial com 595 e 165**********
*****************************************************************/

#define GET_PIN(num_ci, pos)  num_ci*8+pos
#define col1 GET_PIN(3, 7)   //pino do CI 3 (QUARTO CI) 165 - 31
#define col2 GET_PIN(3, 6)   //pino do CI 3 (QUARTO CI) 165 - 30
#define col3 GET_PIN(3, 5)   //pino do CI 3 (QUARTO CI) 165 - 29
#define lin1 GET_PIN(1, 4)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 12
#define lin2 GET_PIN(1, 3)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 11
#define lin3 GET_PIN(1, 2)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 10
#define lin4 GET_PIN(1, 1)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 9
 
 
char get_tecla(){
  int l[]={lin1, lin2, lin3, lin4}; // Array de 4 posições contendo os 4 pinos de linhas
  int i = 0, k = 0, t = 0;
   
  for (i=0; i<4; i++) {
    exp1->write(lin1, LOW); 
    exp1->write(lin2, LOW);
    exp1->write(lin3, LOW);
    exp1->write(lin4, LOW);
    exp1->write(l[i],HIGH); 
    
    exp1->update();
    exp1->update();
    
    if(exp1->read(col1)) { t = i*3+1; break; }
    if(exp1->read(col2)) { t = i*3+2; break; }
    if(exp1->read(col3)) { t = i*3+3; break; }
  }
   
  if (t > 0 ){
    if (t >= 1 && t<=9){ return char(t+48);   }  //48--> ASCII: o charactere '1' na tabela ascii é 49º item, o '2' é o 50º item e assim por diante
    if (t==10)         { return '*'; }
    if (t==11)         { return '0'; }
    if (t==12)         { return '#'; }
  }
   
  return '\0';
}
  
/****************************************************************
*********fim da funcao pra ler teclado matricial com 595 e 165***
*****************************************************************/
  
  
//Criando um objeto da classe LiquidCrystal e 
//inicializando com os pinos da interface.
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);  //esses pinos, são os pinos do 595 e não do arduino
  
  
/****************************************************************
********************************setup e loop**********************
*****************************************************************/

void setup() {
  exp1   = new Expansor74HC595_74HC165(PIN_CLOCK, PIN_LATCH, PIN_DATA, 2, 2);
  
  lcd.begin(16, 2); 
  
  Serial.begin(9600);
}
  
unsigned long millis_alt = 0;
  
void loop() {
  if (  (millis() - millis_alt) > 1000  ) {
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print(millis());
    
    exp1->write(15, !exp1->read(15));
    exp1->update();
    millis_alt = millis();
  }
  
  char t = get_tecla();
  if (t != '\0'){
    lcd.setCursor(0,1); 
    lcd.print(t);
  }
}

/****************************************************************
********************************fim setup e loop******************
*****************************************************************/

Arduino - Teclado Matricial com 74HC595 e 74HC165

Esse post é uma continuação de alguns outros posts. Então antes de ver esse post, veja os seguintes posts antes:


http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/06/arduino-74hc595-e-74hc165-juntos.html

e

http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/05/arduino-texto-com-teclado-matricial-4x3.html

A ideia aqui é mostrar algo prático para ser usado com o 74HC595 e o 74HC165 juntos. E como eu já tinha feito um post falando de teclados matriciais, resolve utilizá-lo como exemplo.

Vídeo:

código-fonte:

/*
Criado em 06/06/2015
 Por: 
   Fabiano A. Arndt 
   http://www.youtube.com/fabianoallex
   http://fabianoallex.blogspot.com.br
   fabianoallex@gmail.com
*/

/********************************************************************************************
*******************CLASSE Expansor74HC595_74HC165     INICIO*********************************
*********************************************************************************************/

class Expansor74HC595_74HC165 {
  private:
    int  _pin_clock;
    int  _pin_latch;
    int  _pin_data;
    byte* _pins_out;
    byte* _pins_in;
    int _num_cis_out;
    int _num_cis_in;
  public:
    Expansor74HC595_74HC165(int pin_clock, int pin_latch, int pin_data, int num_cis_out, int num_cis_in){
      _pin_clock = pin_clock;
      _pin_latch = pin_latch;
      _pin_data  = pin_data;
      
      _num_cis_out = num_cis_out;
      _num_cis_in  = num_cis_in;
      
      _pins_out    = new byte[num_cis_out];
      _pins_in     = new byte[num_cis_in];
      
      pinMode(_pin_clock,OUTPUT);
      pinMode(_pin_latch,OUTPUT);
      
      clear();
    }
   
    void clear(){
      for (int i=0; i<_num_cis_out; i++){
        _pins_out[i] = B00000000;
      }
      update();
    }
   
    void update(){
      digitalWrite(_pin_clock, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, HIGH);
      
      for(int i=max(_num_cis_in, _num_cis_out) * 8 - 1; i>=0;  i-- ) {   //max -->o for vai até o que tiver mais, ou entradas, ou saidas
        int pos = i / 8;
        int pin = 7-(i % 8);  
        
        if (i < _num_cis_in * 8){
          pinMode(_pin_data, INPUT);
          
          if ( digitalRead(_pin_data) ){
            _pins_in[pos] |= (1 << pin);  //set a bit HIGH
          } else { 
            _pins_in[pos] &= ~(1 << pin); //set a bit LOW
          }
        }
        
        if (i < _num_cis_out * 8){
          pinMode(_pin_data, OUTPUT);
          digitalWrite(_pin_data,   (_pins_out[pos] & (1 << pin)) != 0   );
        }        
        digitalWrite(_pin_clock, HIGH); 
        digitalWrite(_pin_clock, LOW); 
      }      
      digitalWrite(_pin_latch, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, HIGH);
      pinMode(_pin_data, INPUT);
    }
    
    int read(int  pin){
      int pos = pin / 8;
      pin     = 7-(pin % 8);  
      
      if (pos > _num_cis_out) {
        pos = pos - _num_cis_out;
        return (  (_pins_in[pos] & (1 << pin)) != 0   );
      } else {
        return (  (_pins_out[pos] & (1 << pin)) != 0   );
      }
    }
    
    byte readByte(int num_ci) { 
      if (num_ci >= _num_cis_out) {
        num_ci = num_ci - _num_cis_out;
        return _pins_in[num_ci];
      } else {
        return _pins_out[num_ci];
      }
    }
    
    void write(int pin, int value){
      if (pin >= _num_cis_out*8) { return; }
      
      int pos = pin / 8;  //pos -> indica qual ci será atualizado.
      pin     = 7-(pin % 8);
 
      if (pos > _num_cis_out) {
        return; //se estiver tentando escrever um pino de entrada, apenas retorna, sem fazer nada.
      } else {
        if (value){
          _pins_out[pos] |= (1 << pin);  //set a bit HIGH
        } else {
          _pins_out[pos] &= ~(1 << pin); //set a bit LOW
        }
      }
    }
    
    void writeByte(int num_ci, byte b, int first = MSBFIRST) {  
      if (num_ci > _num_cis_out) {
        return; //se estiver tentando escrever um pino de entrada, apenas retorna, sem fazer nada.
      }
      
      if (first == LSBFIRST) {
        byte r=0;
        for(int i=0;i<8;i++) {
          r |= ((b>>i) & 0b1)<<(7-i);
        }
        b = r;
      }
       
      _pins_out[num_ci] = b; 
    } ;
};

/********************************************************************************************
*******************CLASSE Expansor74HC595_74HC165     FIM ***********************************
*********************************************************************************************/

const int PIN_CLOCK = 4; 
const int PIN_LATCH = 7; 
const int PIN_DATA  = 12; 

 
Expansor74HC595_74HC165 * exp1;


/****************************************************************
*********funcao pra ler teclado matricial com 595 e 165**********
*****************************************************************/

#define GET_PIN(num_ci, pos)  num_ci*8+pos
#define col1 GET_PIN(3, 7)   //pino do CI 3 (QUARTO CI) 165 - 31
#define col2 GET_PIN(3, 6)   //pino do CI 3 (QUARTO CI) 165 - 30
#define col3 GET_PIN(3, 5)   //pino do CI 3 (QUARTO CI) 165 - 29
#define lin1 GET_PIN(1, 4)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 12
#define lin2 GET_PIN(1, 3)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 11
#define lin3 GET_PIN(1, 2)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 10
#define lin4 GET_PIN(1, 1)   //pino do CI 1 (SEGUNDO CI) 595 - 9
 
 
char get_tecla(){
  int l[]={lin1, lin2, lin3, lin4}; // Array de 4 posições contendo os 4 pinos de linhas
  int i = 0, k = 0, t = 0;
   
  for (i=0; i<4; i++) {
    exp1->write(lin1, LOW); 
    exp1->write(lin2, LOW);
    exp1->write(lin3, LOW);
    exp1->write(lin4, LOW);
    exp1->write(l[i],HIGH); 
    
    exp1->update();
    exp1->update();
    
    if(exp1->read(col1)) { t = i*3+1; break; }
    if(exp1->read(col2)) { t = i*3+2; break; }
    if(exp1->read(col3)) { t = i*3+3; break; }
  }
   
  if (t > 0 ){
    if (t >= 1 && t<=9){ return char(t+48);   }  //48--> ASCII: o charactere '1' na tabela ascii é 49º item, o '2' é o 50º item e assim por diante
    if (t==10)         { return '*'; }
    if (t==11)         { return '0'; }
    if (t==12)         { return '#'; }
  }
   
  return '\0';
}
  
/****************************************************************
*********fim da funcao pra ler teclado matricial com 595 e 165***
*****************************************************************/
  
  
/****************************************************************
********************************setup e loop**********************
*****************************************************************/

void setup() {
  exp1   = new Expansor74HC595_74HC165(PIN_CLOCK, PIN_LATCH, PIN_DATA, 2, 2);
  
  Serial.begin(9600);
}
  
unsigned long millis_alt = 0;
  
void loop() {
  if (  (millis() - millis_alt) > 1000  ){
    exp1->write(15, !exp1->read(15));
    exp1->update();
    millis_alt = millis();
  }
  
  if (get_tecla() != '\0'){
    Serial.println( get_tecla() );
  }
}

/****************************************************************
********************************fim setup e loop******************
*****************************************************************/

Arduino - 74HC595 e 74HC165 Juntos

Quando se fala em expansão de portas do Arduino, uma das possibilidades é fazer isso através desses dois CIs, o 74HC595 e o 74HC165. Pra quem ainda não os conhece, são dois CIs que com apenas três pinos do Arduino permitem expandir saídas (595) e entradas (165). Tanto um quanto o outro, permitem que sejam conectados vários CIs em cascata, o que dá a possibilidade de infinitas portas.

Datasheets aqui:

http://www.nxp.com/products/logic/shift_registers/74HC595N.html
http://www.nxp.com/products/logic/shift_registers/74HC165N.html

Pra quem quiser ver um exemplo de como expandir apenas saídas, utilizando apenas 74HC595, criei um classe que permite o uso de maneira bem facilitada, que pode ser visto nesse link aqui.

Nesse post de hoje, vou demonstrar como criar uma Classe no Arduino, que permita nos mesmos 3 pinos ligar 595 e 165 juntos, e serem acessados compartilhando os mesmos 3 pinos, Latch, Clock e Data (sim, o pino Data é o mesmo para entradas e saídas :D ).

Como meu foco é mais disponibilizar o código que facilite a programação, não vou entrar muito nos detalhes da implementação, mas vou deixar aqui o link para o site no qual me baseei para chegar nessa solução:

http://homepages.which.net/~paul.hills/Software/ShiftRegister/ShiftRegisterBody.html

A imagem abaixo foi retirado do site acima, e demonstra como fazer a ligação entre os CIs.

Obs: output enable (que é ligado ao pino 13 do 595) não precisa ser ligado ao Arduino. Os Pinos 13 dos 595s devem ser ligado diretamente ao Ground. Outro detalhes é que o pino identificado como Strobe no esquema acima, no arduino é identificado como Latch.

As principais regras ao ligar são:

 - Primeiro devem ser ligados os 595 e após o último 595, ligar os 165.
 - Não ligar os CIs intercalados.
 - Não há limites para quantidades de cada um, podendo ser apenas um ou outro. Mas para ser usado apenas um dos CIs, recomendo utilizar a classe só para 595, que mostrei acima. Em breve criarei uma classe ser usado apenas por 165.
 - Todas as entradas dos CIs 165 devem obrigatoriamente ser ligadas a resistores PULL DOWN ou PULL UP. Caso alguma entrada fique "em aberto" a entrada ficará flutuando, inclusive interferindo nas demais entradas do CI.

Para testar o circuito acima, montei o mesmo em uma protoboard, mas não liguei todas as saídas e entradas, pois deixaria o circuito muito poluído e com muitas conexões, então preferi focar nas ligações de conexões dos próprios componentes.

Mas para testar as saídas liguei apenas um led na protoboard, onde testo uma saída por vez, como poderá ser visto no vídeo que postarei em breve. Nos Caso das entradas, liguei algumas diretamente ao vcc e outras diretamente ao ground.

Identificação dos pinos

No exemplo acima, foi utilizado 4 cis, dois 595 e dois 165.

Cada um dos pinos é identificado por um número, começando de 0 (zero) e indo até a quantidade de CIs multiplicado por 8 menos 1. No nosso exemplo temos 32 pinos adicionais, sendo os pinos de 0 a 15 os pinos de saídas e os pinos de 16 a 31 os pinos de entradas.

Se for ligado um botão no último pino do ultimo CI 165, faremos a leitura da seguinte maneira:

  int valor = exp->read(31);

Já para leitura de todas as entradas de uma única vez de um determinado CI 165, faremos o seguinte:

  byte valor = exp->readByte(3);  //leitura de todos os bits do quarto CI 

Da mesma maneira que é possível fazer a leitura de um bit por vez ou vários de uma vez, é possível ainda fazer a escrita da mesma forma, utilizando os métodos write() e writeByte().   exemplo:

exp->writeByte(1, B00011001); ou 
exp->writeByte(1, B10011000, LSBFIRST); 

exp->read(9, HIGH); ou
exp->read(9, LOW); 

Tanto os métodos write, writeByte, read e readByte, manipulam apenas os dados que estão em cache na classe. Para que as leituras e escritas tenham efeito é necessário chamar o método update(). Ele é quem envia e recebe os dados para os CIs.

o método update() deve ser chamado antes de serem feitas as leituras das entradas, e após serem feitas as escritas nas saídas.

Vídeo:

Código-Fonte:

/*
Criado em 04/06/2015
 Por: 
   Fabiano A. Arndt 
   http://www.youtube.com/fabianoallex
   http://fabianoallex.blogspot.com.br
   fabianoallex@gmail.com
*/

/********************************************************************************************
*******************CLASSE Expansor74HC595_74HC165     INICIO*********************************
*********************************************************************************************/

class Expansor74HC595_74HC165 {
  private:
    int  _pin_clock;
    int  _pin_latch;
    int  _pin_data;
    byte* _pins_out;
    byte* _pins_in;
    int _num_cis_out;
    int _num_cis_in;
  public:
    Expansor74HC595_74HC165(int pin_clock, int pin_latch, int pin_data, int num_cis_out, int num_cis_in){
      _pin_clock = pin_clock;
      _pin_latch = pin_latch;
      _pin_data  = pin_data;
      
      _num_cis_out = num_cis_out;
      _num_cis_in  = num_cis_in;
      
      _pins_out    = new byte[num_cis_out];
      _pins_in     = new byte[num_cis_in];
      
      pinMode(_pin_clock,OUTPUT);
      pinMode(_pin_latch,OUTPUT);
      
      clear();
    }
   
    void clear(){
      for (int i=0; i<_num_cis_out; i++){
        _pins_out[i] = B00000000;
      }
      update();
    }
   
    void update(){
      digitalWrite(_pin_clock, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, HIGH);
      
      for(int i=max(_num_cis_in, _num_cis_out) * 8 - 1; i>=0;  i-- ) {   //max -->o for vai até o que tiver mais, ou entradas, ou saidas
        int pos = i / 8;
        int pin = 7-(i % 8);  
        
        if (i < _num_cis_in * 8){
          pinMode(_pin_data, INPUT);
          
          if ( digitalRead(_pin_data) ){
            _pins_in[pos] |= (1 << pin);  //set a bit HIGH
          } else { 
            _pins_in[pos] &= ~(1 << pin); //set a bit LOW
          }
        }
        
        if (i < _num_cis_out * 8){
          pinMode(_pin_data, OUTPUT);
          digitalWrite(_pin_data,   (_pins_out[pos] & (1 << pin)) != 0   );
        }        
        digitalWrite(_pin_clock, HIGH); 
        digitalWrite(_pin_clock, LOW); 
      }      
      digitalWrite(_pin_latch, LOW); 
      digitalWrite(_pin_latch, HIGH);
      pinMode(_pin_data, INPUT);
    }
    
    int read(int  pin){
      int pos = pin / 8;
      pin     = 7-(pin % 8);  
      
      if (pos > _num_cis_out) {
        pos = pos - _num_cis_out;
        return (  (_pins_in[pos] & (1 << pin)) != 0   );
      } else {
        return (  (_pins_out[pos] & (1 << pin)) != 0   );
      }
    }
    
    byte readByte(int num_ci) { 
      if (num_ci >= _num_cis_out) {
        num_ci = num_ci - _num_cis_out;
        return _pins_in[num_ci];
      } else {
        return _pins_out[num_ci];
      }
    }
    
    void write(int pin, int value){
      if (pin >= _num_cis_out*8) { return; }
      
      int pos = pin / 8;  //pos -> indica qual ci será atualizado.
      pin     = 7-(pin % 8);
 
      if (pos > _num_cis_out) {
        return; //se estiver tentando escrever um pino de entrada, apenas retorna, sem fazer nada.
      } else {
        if (value){
          _pins_out[pos] |= (1 << pin);  //set a bit HIGH
        } else {
          _pins_out[pos] &= ~(1 << pin); //set a bit LOW
        }
      }
    }
    
    void writeByte(int num_ci, byte b, int first = MSBFIRST) {  
      if (num_ci > _num_cis_out) {
        return; //se estiver tentando escrever um pino de entrada, apenas retorna, sem fazer nada.
      }
      
      if (first == LSBFIRST) {
        byte r=0;
        for(int i=0;i<8;i++) {
          r |= ((b>>i) & 0b1)<<(7-i);
        }
        b = r;
      }
       
      _pins_out[num_ci] = b; 
    } ;
};

/********************************************************************************************
*******************CLASSE Expansor74HC595_74HC165     FIM ***********************************
*********************************************************************************************/


const int PIN_CLOCK = 4; 
const int PIN_LATCH = 7; 
const int PIN_DATA  = 12; 

 
Expansor74HC595_74HC165 * exp1;
  
void setup() {
  exp1   = new Expansor74HC595_74HC165(PIN_CLOCK, PIN_LATCH, PIN_DATA, 2, 2);
  
  Serial.begin(9600);
}
  
void loop() {
  exp1->writeByte(0, B00000000);
  exp1->writeByte(0, B11001101, LSBFIRST);
  
  exp1->write(8, HIGH);
  exp1->write(9, HIGH);
  
  exp1->write(10, HIGH);
  exp1->write(11, HIGH);
  
  exp1->write(14, HIGH);
  exp1->write(15, !exp1->read(15));  //blink
  
  
    
  exp1->update();  //AS ESCRITAS DEVEM SER FEITAS ANTES DO UPDATE. E AS LEITURAS APOS O UPDATE
   
  Serial.println(exp1->readByte(0), BIN);  //LE O PRIMEIRO CI (595)
  Serial.println(exp1->readByte(1), BIN);  //LE O SEGUNDO CI (595)
  Serial.println(exp1->readByte(2), BIN);  //LE O TERCEIRO CI (165)
  Serial.println(exp1->readByte(3), BIN);  //LE O QUARTO CI (165)
  Serial.println("");
  
  delay(1000);
}

Arduino - Classe para 74HC595 Corrigida

Nesse post (clique aqui) foi mostrado como criar uma classe pra facilitar o uso do registrador de deslocamento 74HC595 com o Arduino.

Apesar de funcionar perfeitamente, a classe ocupava muita memória para armazenar o estados de todas as saídas.

o código abaixo, foi reescrito de forma a ocupar menos memória e ser mais simples. Alguns métodos foram renomeados.

segue código-fonte:

class Expansor74HC595 {
  private:
    int  _pin_clock;
    int  _pin_latch;
    int  _pin_data;
    int  _num_cis;
    byte* _pins;
    int  _auto_send;
  public:
    Expansor74HC595(int pin_clock, int pin_latch, int pin_data, int num_cis){
      _pin_clock        = pin_clock;
      _pin_latch        = pin_latch;
      _pin_data         = pin_data;
      _num_cis          = num_cis;
      _auto_send        = true;
      _pins             = new byte[_num_cis];

      pinMode(_pin_clock,OUTPUT);
      pinMode(_pin_latch,OUTPUT);
      pinMode(_pin_data, OUTPUT);
      clear();
    };
  
    void startWrite() { 
      _auto_send = false; 
    };
    
    void clear() { 
      for (int i=0; i<_num_cis; i++){ 
        _pins[i] = 0b00000000; 
      }
      
      send();  
    };
  
    int read(int pin)  { 
      if (pin >= _num_cis * 8) {return LOW;} 
      
      int pos = pin / 8;
      pin = pin % 8;

            
      return (_pins[pos] & (1 << pin)) != 0;
    };
  
    byte readByte(int num_ci) { 
      return _pins[num_ci];
    };
   
    void send(){
      
      digitalWrite(_pin_latch, LOW); 
      for(int i=_num_cis-1; i>=0; i--) {  shiftOut(_pin_data, _pin_clock, MSBFIRST, readByte(i) );  }
      digitalWrite(_pin_latch, HIGH);
      _auto_send = true;
      
    };
    
    void writeByte(int num_ci, byte b, int first = MSBFIRST) {  
      
      if (first == MSBFIRST){
        byte reversed;
        for(int i=0;i<8;i++){
          reversed |= ((b>>i) & 0b1)<<(7-i);
        }
        b = reversed;
      }
      
      _pins[num_ci] = b; 
      if (_auto_send) { send(); } 
    } ;
    
    void write(int pin, int value) {
      if (pin >= _num_cis * 8) { return; }
      
      int pos = pin / 8;
      pin     = pin % 8;

      if (value){
        _pins[pos] |= (1 << pin);  //set a bit HIGH
      } else {
        _pins[pos] &= ~(1 << pin); //set a bit LOW
      }

      if (_auto_send) { send(); }
    };
};
 

const int PIN_CLOCK = 2; 
const int PIN_LATCH = 3; 
const int PIN_DATA  = 4; 

Expansor74HC595 *exp1;
 
void setup() {
  exp1   = new Expansor74HC595(PIN_CLOCK, PIN_LATCH, PIN_DATA, 3);
  
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
  for (byte b=0; b<=255; b++) {                    //i=0-> B00000000   i=255-> B11111111
    exp1->startWrite();
    exp1->writeByte(0, b);
    exp1->writeByte(1, b, LSBFIRST);
    exp1->write(23, HIGH);
    exp1->send();
  
    delay(500);
  }
  
  exp1->clear();
  delay(500); 
}