LCD-NHD-SPI/readme.md

# Diseño y uso de LCD (NDH-C0216CZ-FSW-FBW-3V3) mediante comunicación SPI, para microcontroladores MSP430

Galván.A, Chávez.G, Diciembre,2022.

[^] :  (Chip-on-Glass) Liquid Crystal Display Module para  MSP430

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#### Abstract

The main objective of this manual is to explain the operation of the UPVERTER program, to make a connection circuit for the LCD screen NDH-C0216CZ-FSW-FBW-3V3 conditioned to connect it to any external device such as an msp430 through spi communication.

[TOC]

#### Introducción

El diseño de circuitos en la actualidad cada vez a mejorado tratando de facilitar el manejo de estos programas mediante diversos beneficios como lo es UPVERTER la cual es un sitio web que permite el diseño, simulación y producción de productos electrónicos con un funcionamiento en cloud (en la nube), es por ello que al brindar dichas facilidades se implemento este programa para el diseño del PCB de la LCD.

La SPI fue desarrollada por Motorola (Ahora parte de NXP semiconductors) aproximadamente en 1985. Y esta trata de una interfaz sincrona prevista para la comunicación entre dispositivos a corta distancia. 

El SPI cuenta con varias ventajas como lo son  la interfaz direccionada de hardware simple que ofrece completa flexibilidad para la cantidad de bits transferidos. 

Usa un modelo de maestro- esclavo con un maestro simple y puede manejar varios dispositivos secundarios usando comunicaciones dúplex que operan a velocidades de reloj de hasta 50 MHz.

No usa protocolo estándar y transfiere solo paquetes de datos, lo que la hace ideal para transferir flujos de datos largos.

**SPI usa un máximo de cuatro líneas de señal.**

El dispositivo maestro, (por lo general un controlador o un procesador), suministra y controla el reloj **SCK** y la linea de selección de chip **CS** .

La operación multiplexor completa se maneja a traves de las lineas de datos Master Out In **MOSI**  y Master In Slave Out **MISO**.

Cada esclavo dispone de una entrada SS que le permite ser seleccionado por el maestro. Una vez que se seleccione como esclavo, la conversión puede empezar entre los dos.

Puede haber esclavos en una comunicación SPI siempre que el microcontrolador maestro disponga de conectores de salida digital.



![sip.png](https://i.postimg.cc/z3ZhTMr7/sip.png)

El bus SPI esta formado por cuatro cables y el cable SCLK, que gestiona la señal de reloj. Esta señal la emite la emite el maestro .

Antes de seguir explicando es necesario ver las características presentadas por los desarrolladores de la LCD para empezar con el diseño de la PCB.

### Diseño de PCB para LCD.

#### Funciónes y caracteristicas 

- 2 lineas x 16 caracteres 
- 4 linea de interfaz serial 
- controlador integrado (ST7032)
- 1/6 duty , 1/5 vias
- 5x8 puntos con cursor

#### Dimensiones de Pantalla

Para un diseño del circuito primero se tiene que tener en cuenta las dimensiones de la pantalla, para que este se adecue a la placa.

![esquematico-LCDd.png](https://i.postimg.cc/0yNzXNp7/esquematico-LCDd.png)

[^]: Datos recopilados y adaptados de *NEWHAVEN DISPLAY* .

#### Esquematico de conexión

A continuación se muestran las conexiones que se deben realizar para que la pantalla LCD  funcione correctamente.

![esquematico1.png](https://i.postimg.cc/R0fV2xyS/esquematico1.png)

[^]: Los valores recomendados de los capacitores son 1µF  en VDD oVSS, 0.47µF-2.2µF en los pines P9 y P10 y una resistencia de 10 Ohms.

#### Distribución de pines 

| Noº  | Pines de Pantalla | Descripción                                                  |
| ---- | :---------------- | ------------------------------------------------------------ |
| 1    | RST               | Activa la señal de reset                                     |
| 2    | RS                | Señal de selección de registro RS=0 instracción , RS=1 datos |
| 3    | CSB               | Señal de selección de chip LOW                               |
| 4    | SCL               | Señal de reloj                                               |
| 5    | SI                | Datos de entrada                                             |
| 6    | VSS               | Ground                                                       |
| 7    | VDD               | Suministro de energia                                        |
| 8    | VOUT              | DC/DC convertidor de voltaje                                 |
| 9    | C1+               | Anodo  3.0v                                                  |
| 10   | C1-               | Catodo  Ground                                               |

#### Conexión de pines MPU 

| Noª  | Pines MPU |
| ---- | --------- |
| 1    | VSS       |
| 2    | VDD       |
| 3    | SI        |
| 4    | SCL       |
| 5    | CSB       |
| 6    | RS        |
| 7    | RST       |

Tomando en cuenta las dimensiones que presentan los pines de la LCD explicadas en la siguiente imagen.

![dimLCD.png](https://i.postimg.cc/FHj7yBVC/dimLCD.png)



| Tabla de dimenciones de pines de LCD | Medidas       |
| ------------------------------------ | ------------- |
| Diametro                             | 0.5mm a 0.7mm |
| Distancia entre pines                | 1.5mm         |
| Distancia total del pin 10 al 1      | 13.5mm        |

| Anodo y catodo                | Medidas |
| ----------------------------- | ------- |
| Distancia entre A y K         | 34.6mm  |
| Distancia entre A y pin       | 13.95mm |
| Distancia desde la mitad A x  | 3.4mm   |
| Distancia entre mitad de A  y | 2.5mm   |
| Largo de pin                  | 2mm     |
| Ancho de pin                  | 1mm     |

## Diseño de conexión

Para el diseño del circuito se utilizo el programa UPVERTER, para ello, en la siguiente imagen se muestra un diseño simple para un diseño de la placa PCB.

Para crear un nuevo componente en UPVERTER  es necesario dirigirse a la esquina superior derecha y dar clic en la pestaña de **Create** después se desplegara un menú donde dará la opción de **Create New Part** como se muestra en la siguiente imagen.



![](https://i.postimg.cc/tJxZCHck/up1.png)

Una vez dentro de la pestalla para crear un nuevo componete se tiene varios iconos para dar forma al nuevo componente.

#### Symbol

![up2.png](https://i.postimg.cc/zG6BtfGf/up2.png)

##### Explicación de iconos.

1.  El primer icono sirve para seleccionar y mover el componente.
2. En caso de realizar algún símbolo existente con este icono podrás cargar uno determinado.
3. Dibuja forma del componente
4. genera el pin 
5. agregar pin
6. desplazarse sobre la pantalla.

Como se muestra en el ejemplo de la figura anterior solo se agrego dos pines y se delimito el espacio del componente ya que solo se esta generando un breve ejemplo de un pin para conexión de voltaje positivo y negativo.

En la pestaña de la parte derecha se visualiza un menú en donde nos dirigiremos a **PINS** para posteriormente dar clic en **EDITAR** de modo que se desplegara la siguiente ventana.

![up3.png](https://i.postimg.cc/YCvdQdPW/up3.png)

En dicha ventana se asignaran diferentes parametros para los pines agregados, entre los mas importantes se encuentra **el numero del pin y el nombre del componente,** pues estos son necesarios para asignar a la parte de Footprint.

#### FootPrint

Para asociar el símbolo con el FootPrint es necesario primero agregar un Hole dando clic en el se podrán modificar diferentes aspectos entre ellos asociar el pin con el FootPrint.

![up4.png](https://i.postimg.cc/Pq2c4C4L/up4.png)

[^]: En este caso se asocio a V+

Para saber cuando los elementos se encuentran asociados se tiene que dirigir al menú que se encuentra desplegado en la parte derecha y dentro de la pestaña ver si el elemento se encuentra asociado.

![up5.png](https://i.postimg.cc/ZYBbWmbP/up5.png)

> Cuando ambos símbolos se encuentren de color gris, estos indican que el elemento esta asociado correctamente, de no ser así el elemento no se asocio correctamente o no se encuentra asociado aun.

### Esquemático 

![16681991930000-hd-default.png](https://i.postimg.cc/vmCzNGVv/16681991930000-hd-default.png)

**Falta imagen de footprint de UPVERTER**

--------se esta haciendo la correcion de pcb en UPVERTER---------

El diseño fue impreso al revés ya que se realizo de manera imversa.

**Diseño impreso**

![finally.png](https://i.postimg.cc/66YBptSh/finally.png)

**Diseño correcto** 

 ![finally2.png](https://i.postimg.cc/KYMsCDXW/finally2.png)

**Diseño impreso de manera física con conexiones** 

![fanally3.png](https://i.postimg.cc/gj2FZtj7/fanally3.png)

Como se puede apreciar en las especificaciones de la pantalla NHD-C0216CZ-FSW-FBW-3V3, la LCD integra un controlador de matriz de puntos ST7032-0D el cual opera mediante comunicación SPI (3/4 líneas), bus de 4 y 8 bits; por lo que es necesario configurar correctamente este apartado de comunicación para poder transmitir y/o recibir datos correctamente.
Nota: Se recomienda revisar la hoja de datos de la LCD que se va a emplear para saber con certeza qué tipo de interfaz se debe utilizar para la comunicación.
En este caso se configuró la interfaz de comunicación serial eUSCI como modo SPI para enviar datos desde el microcontrolador MSP430FR6989 a la LCD en cuestión. Es decir, se realizó la configuración “Maestro-Esclavo” para que el microcontrolador (maestro) envíe información a la LCD (esclavo).
Configuración de interfaz SPI
Se empleó la interfaz A0 (eUSCI_A0) para la operación del SPI; se configuró en modo maestro de 4 pines 8 bits, síncrono, con un reloj de 500 kHz y envío del primer bit más significativo. La figura muestra la configuración realizada en donde se puede observar de manera más clara los parámetros establecidos.

#### Código implementado para la inilizacion de la pantalla LCD mediante la comunicación SPI.

```c
#include <msp430fr6989.h>

//GPIO definitions
#define CSBdefinition P1SEL1 |= BIT4         // Configure UCA0STE (slave select)
#define CLKdefinition P1SEL1 |= BIT5         // Configure UCA0CLK
#define SIMOdefinition P2SEL0 |= BIT0        // Configure UCA0SIMO/TXD
//Output configuration
#define DDRP1 P1DIR = 0x78; // 0111 1000
#define DDRP2 P1DIR |= BIT0;
/////////////////////////////////////////
#define RST_0 P1OUT &= ~BIT3
#define RST_1 P1OUT |= BIT3

#define CSB_0 P1OUT &= ~BIT4
#define CSB_1 P1OUT |= BIT4

#define RS_0 P1OUT &= ~BIT6
#define RS_1 P1OUT |= BIT6

#define SI_0 P2OUT &= ~BIT0
#define SI_1 P2OUT |= BIT0

// Global variables
unsigned char text1[] = {"Hi :D           "};
unsigned char text2[] = {"It's done!    "};

unsigned int position;

//**************************
//   MSP430F59xx Demo - eUSCI_A0, SPI 4-Wire Master
//
//   Description: SPI master send data to SPI slave using 4-wire mode.
//   ACLK = 32.768kHz, MCLK = SMCLK = DCO ~1MHz.  BRCLK = ACLK/2
//
//
//                   MSP430FR6989
//                 -----------------
//             /|\|              XIN|-
//              | |                 |  32KHz Crystal
//              --|RST          XOUT|-
//                |                 |
//                |             P2.0|-> Data Out (UCA0SIMO)
//                |                 |
//                |             P1.3|-> RST LCD
//                |             P1.6|-> RS LCD
//                |             P1.5|-> Serial Clock Out (UCA0CLK)
//                |             P1.4|-> Slave Select (UCA0STE)
//                |                 |
//
//   William Goh
//   Texas Instruments Inc.
//   April 2014
//   Built with IAR Embedded Workbench V5.60 & Code Composer Studio V6.0
//**************************

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//Function initialization
void initLCD();
void initSPI();
void display();

void wData(unsigned char d);
void wCommand(unsigned char c);

volatile unsigned char TXData;

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void main(void)
{
   WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;               // Stop watchdog timer
   PM5CTL0 &= ~LOCKLPM5;                   // Disable the GPIO power-on default high-impedance mode to activate

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  //Pin configuration
   CSBdefinition;                          // Configure UCA0STE (slave select)
   CLKdefinition;                          // Configure UCA0CLK
   SIMOdefinition;                         // Configure UCA0SIMO/TXD
   PJSEL0 |= BIT4 | BIT5;                  // For XT1

   DDRP1;
   DDRP2;

   initSPI();

   initLCD();
   __delay_cycles(50);
   display();
   __delay_cycles(50);

   while(1){

   }

}//main

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void initSPI(void){

    // Configure USCI_A0 for SPI operation
      UCA0CTLW0 = UCSWRST;                      // **Put state machine in reset**

      UCA0CTLW0 |= UCSSEL__SMCLK;               // Choose SMLCK (1MHz)
      UCA0BR0 = 0x04;//4                              // Set prescaler to 8 to get SCLK=125kHz
      UCA0BR1 = 0;
      UCA0MCTLW = 0;
                                                // By default -> 4-pin, 8-bit SPI master
      UCA0CTLW0 |= UCMST;                       // Master mode
      UCA0CTLW0 |= UCSYNC;                      // Synchronous mode
      UCA0CTLW0 |= UCCKPL;                      // Clock polarity high
      UCA0CTLW0 |= UCMSB;                       // MSB first (Most Significant Bit)
      UCA0CTLW0 |= UCMODE_2;                    // 4-pin SPI with UCxSTE active high
      UCA0CTLW0 |= UCSTEM;                      // Generate the enable signal for a 4-wire slave

      UCA0CTLW0 &= ~UCSWRST;                    // **Initialize USCI state machine**

      UCA0IE |= UCTXIE;                         // Enable USCI_A0 TX interrupt
      UCA0IFG &= ~UCTXIFG;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//Initialize the LCD
void initLCD(){

    RST_0;                      //reset
    __delay_cycles(2);
    RST_1;                      //end reset
    __delay_cycles(20);
    wCommand(0x30);         //wake up
    __delay_cycles(2);
    wCommand(0x30);         //wake up
    wCommand(0x30);         //wake up
    wCommand(0x39);         //function set
    wCommand(0x14);         //internal osc frequency
    wCommand(0x56);         //power control
    wCommand(0x6D);         //follower control
    wCommand(0x70);         //contrast
    wCommand(0x0C);         //display on
    wCommand(0x06);         //entry mode
    wCommand(0x01);         //clear
    __delay_cycles(100);
}
void wCommand(unsigned char c){
    CSB_0;                      //CSB active
    RS_0;                       //Command/Instruction
    UCA0TXBUF = c;
    CSB_1;                      //CSB disabled
    __delay_cycles(200);
}
void wData(unsigned char d){
    CSB_0;                      //CSB active
    RS_1;                       //Data
    UCA0TXBUF = d;
    CSB_1;                      //CSB disabled
}
void display(){
    int a;
    wCommand(0x80);
    for(a=0; a<16; a++){
       wData(text1[a]);
    }
    wCommand(0xC0);
    for(a=0; a<16; a++){
        wData(text2[a]);
    }
}

```

> El código fue basado tanto como en los códigos propuestos para la inilización de la pantalla Newhaven Display International, así como en ejemplos proporcionados por Texas Instruments para la comunicación SPI.

### Referencias 

 [1] Newhaven Display International. Inc, NHD-C0216CZ-FSW-FBW-3V3 COG (Chip-on-Glass) Liquid Crystal Display Module.