LCDについて

LCDの概要

現在はLCDが普及して入手しやすい状況になってきました。入手しやすくなったのはいいことですが，グラフィックLCDに関してはコントローラが多種多様なので，コントローラごとに制御ソフトウェアを開発する必要があります。

Android端末並みに豪華な表示インターフェースが必要な場合はグラフィックLCDを使いますが，単純に制御用コントローラで文字情報を表示するだけならばキャラクタLCDでじゅうぶんです。キャラクタLCDのコントローラとしては日立製HD44780がデファクトスタンダードとなりました。

現在，普及しているキャラクタLCDもHD44780互換コントローラを搭載しており，HD44780用の制御ソフトウェアさえ開発しておけば，LCDのメーカーに関係なく同じソフトウェアで表示制御ができます。

LCDのスペック

今回，対象とするLCDは図1に挙げる16文字が2行（計32文字）の表示能力をもったもので，以下のサイトから単価500円で購入できます。

LCDキャラクタディスプレイモジュール（16×2行バックライト無）

URL：http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00040

上記サイトでは，スペックの概要が記載されており，購入をすると詳細なデータシートが添付されています。

対象とするLCDのデータバス本数は8本ですが，その半分の4本でも制御することは可能なので，通常は配線コストを下げることができる4本でのデータバスで制御されることが多いです。HD44780はかなり昔のコントローラなので電源電圧が5Vとなっており，現在に普及している互換コントローラも多くは5V電源となっています。今回，対象とするLCDも5V電源となっています。

SH7706LSRとの接続

電源電圧の整合

一昔前まではデジタル回路の電源電圧は5V系統で統一されていましたが，現在では3.3V系統にシフトしてきました。SH7706LSRは3.3V系統にシフトした時期にリリースされたマイクロコンピュータなので内部電源1.8V，外部インターフェース電源は3.3Vです。

3.3V系統にシフトした時期以降のコントローラは3.3V電源なのでSH7706LSRとの接続に問題はないですが，今回対象となるLCDのような3.3V系統にシフトした時期以前のコントローラは5V電源なのでなので，そのままでは接続ができません。

SH7706LSRのような3,3V系統のマイコンボードに5V電源系統のような異なる電源系統どうしを接続する場合，一番標準的な方法としては，図2のような電圧変換回路を間にはさむ必要があります。

後継互換コントローラの実際

オリジナルのHD44780は完全に5V電源になっています。今は現物のHD44780が使われることはなく，後継の互換コントローラとなっています。それらの電源スペックの主流は5V電源となっていますが，実はコントローラ内部は3.3V系統インターフェースに対応している場合が多く，今回対象とするLCDも3.3V系統インターフェース対応の5V電源コントローラです。なので，LCDの電源を3.3VにしてSH7706LSRとLCDを直接に接続して制御を行うことができます。

コントローラ自体が3.3V系統インターフェースに対応しているにもかかわらず，なぜ5V電源を要求しているかというと理由があります。LCDモジュールの中で5Vの電圧の要求している部分は，コントローラではなく物理的な液晶そのものを駆動させている部分なので5V電圧でないといけないわけです。

SH7706LSRとの接続方法について

SH7706LSRとの接続は，図3のようにSH7706LSRとLCDの電源を両方に3.3V電源に統一します。

液晶駆動用に別途，負電源発生回路を追加して約-2Vの電圧を液晶駆動用端子追加します。そのことにより，液晶そのものを駆動させている部分にのみ最大5.3Vの電圧がかかるようになります。もっとも，別途5V電源が供給できる場合は，図4のようにSH7706LSRは3.3V電源系統でLCDは5V電源系統でも直結は可能です。

ただし，注意しなければいけない点は，SH7706LSRからLCDへのアクセスは問題ないですが，LCDからSH7706LSRへのアクセスするとLCD系統からの5V電圧が3.3V定格であるSH7706LSRにかかりマイコンボードが破壊する可能性があります。そのため，制御ソフトウェアではLCDへの書き込みのみでLCDからの読み込みをしないようにコーディングして，LCDのアクセス方向を決めるR/W端子をWrite専用に固定する必要があります。

負電源（マイナス電源）発生回路

負電源発生回路は本格的なものとなると複雑になってしまいますが，今回は簡易なものでじゅうぶんなので，図5のような非常に簡素な回路でもLCDで対応可能となっています。

原理としては単純であり，パルス出力側のコンデンサ（C1）に正電圧により一旦，正電荷をチャージします。C1にチャージされた電荷はショットキーダイオードを通して負電圧出力側のコンデンサ（C2）にも転送されます。

両方のコンデンサ間の経路はD1経由とD2経由がありますが，C1からC2の経路ではD2のダイオードのみ電流を通します。そのため，C2ではGND経由からのみ正電荷をチャージされるので，C2では相対的にGND側がプラスで反対側（負電圧出力端子）はマイナスになるので，負電源が供給されるわけです。

SH7706LSRではリアルタイムクロック出力端子があるので，それをパルス出力端子とすれば，図6のようにさらに回路を簡素化することができます。

SH7706LSRとの接続例

SH7706LSRとLCDの接続は汎用I/Oポートで行うので，任意のI/Oポート端子でかまいません。ここでは図7のように接続します。

基本的に端子は任意でいいですが，負電源回路へのパルス出力端子は TCLK端子固定でなければなりません。