UART-терминал из LCD-дисплея, PS/2 клавиатуры и любого МК

Совсем коротенький рассказ — о довольно бесполезной но забавной штуковине, извините 🙂

Как-то раз я написал интерпретатор BASIC, который можно использовать на контроллере хоть с 1кб памяти (в частности AVR / Arduino). В основном мы им пользовались через Bluetooth‑модуль с телефона (я уж рассказывал). Но у меня руки чесались сделать своеобразный «терминальчик» — ну я и сделал.

Как видите — в качестве экрана тут дисплей 4 строки по 20 символов. А клавиатура полноценная — обычная c PS/2 разъёмом. Между ними и UART‑ом воткнут контроллер (младший STM32). Вообще‑то можно было без него, реализовать общение с клавиатурой и дисплеем в том же контроллере где интерпретатор крутится — но тогда это не был бы терминал, его нельзя было бы использовать с любым другим UART-интерфейсом.

Покажу картинки, код — и немножко расскажу.

Рассмотрим поближе

Как видно, сам терминал представляет из себя маленькую плату — гораздо меньше даже самого дисплея, который конечно гораздо меньше клавиатуры.

При разводке платы я заложился на интерфейс дисплея с 4-битной шиной данных вместо восьми (несколько дополнительных строк кода — это проще чем несколько лишних дорожек на плате), поэтому вы можете видеть в разъёме небольшой «гэп» от линий D0 до D3.

В целом на плате почти ничего нет — разъёмы для UART (справа) и клавиатуры (слева). Провод питания с типичным USB‑разъёмом — и регулятор для срезания 5В. У меня явно под рукой не оказалось SMD‑шного в тот момент, поэтому вот он торчит в корпусе TO-92. Ну и несколько резисторов — подтяжки, делитель. В общем если кто‑то решит повторить — понятно что все эти компоненты зависят от конкретной платы. Выкинуть можно всё или почти всё.

Маленький подстроечный резистор — по‑моему для регулировки контраста. Выводные резюки в паре мест вместо SMD‑шных впаяны просто чтобы развязать топологию (плата односторонняя) — никакого другого смысла в их выборе нет:)

Чертёж платы не привожу, т.к. он был на скорую руку выполнен в графическом редакторе — но по картинке видно что по большому счету плата не содержит ничего интересного кроме МК и разъёмов. Подключение к МК достаточно подробно описано в README на гитхабе, сейчас к этому перейдём.

Клавиатура работает от 5 Вольт, контроллер от трёх. К счастью его входы 5v-tolerant и им только две подтяжки нужны. Но в целом использовав 5-вольтовый контроллер можно было немного упростить схему.

Программируется контроллер через тот же UART‑разъём. Я собственно ради этого люблю STM32 чипы что у них встроенный загрузчик через UART работает. Просто при сбросе контакт BOOT замкнул ненадолго — и вот ты в режиме загрузки.

Теперь про код

Код проекта на гитхабе

Не думаючто кому‑то он прямо в таком виде понадобится, но частями позаимствовать или адаптировать его несложно. Наверное самая «выдающаяся» часть в нём это «bitbang» клавиатуры (у неё довольно незамысловатый синхронный интерфейс — одна линия CLK, другая данные). Я с ним впервые в жизни столкнулся но не сказать чтобы это было сложно.

Похоже на… много на что, не правда ли 🙂 на SPI, USART и т.п.

В нормальном режиме протокол «драйвит» клавиатура, поэтому со стороны контроллера мы используем прерывание по внешнему пину.

В протоколе есть некоторое расширение на случай когда надо наоборот клавиатуре что‑то передать со стороны «компьютера» — этого я не заимплементил т.к. передавать ничего не собирался.

Клавиатура естественно возвращает не буквы а скан‑коды, поэтому кроме бит‑бэнга потребовалось ещё и держать таблицу преобразований. Точнее их в коде две — для верхнего и нижнего регистра. Для букв это необязательно но для символов, знаков препинаний и т. п. всё равно пришлось бы делать.

Часть кода (sendHex и т. п.) вообще не нужна для функционирования а используется только для отладки по ходу программирования.

Я любитель имплементить протоколы (в т.ч. LCD‑шный) вручную нежели затаскивать чужие библиотеки — но сами видите, там кода‑то прямо скажем немного. Самому доку глянуть или бороться с чужими «кодулями» — не всегда известно на что больше времени уйдёт. Конечно выгоднее использовать дисплей с I2C‑интерфейсом (и в смысле схемы) — но они реже попадаются под руку (тем более крупного размера).

Несколько функций (например wrapLine, scrollDown) — это необходимая для адекватного отображения логика. Если вы пробовали заимплементить «терминал» хотя бы на компьютере, то наверное знаете что вопросы типа «как обработать Backspace» достаточно неоднозначны. В общем тут возможно можно что‑то улучшить.

Так или иначе вся программулина — меньше 400 строчек кода (из которых половина — пропуски и скобки).

Заключение

В общем эта штука вполне себе работала — на титульной картинке она подключена к самодельной плате с Бейсиком на STMF32 103 — с которого мы управляем очевидно семисегментным элементом. Бейсика хватает чтобы подключить скажем 7-сегментный дисплей из нескольких знаков, датчик температуры, несколько кнопок и т. п.

Но в целом на Бейсике мне программировать показалось скучновато:) плюс построчный ввод с 4-строчным экраном это не самое удобное.

Можно подключить и к любым другим устройствам с UART — хоть к компьютеру настольному, хоть к Raspberry Pi (ну и старинную картинку с тостером мы помним наверное). Хотя понятно что большого удобства маленький экран не обещает. На телефоне через блютус в чем‑то удобнее.

Тем не менее само впечатление от поделки — этакий «старинный комп» в миниатюре — довольно забавное.

В качестве развития идеи быть может когда‑нибудь вместо Бейсика прошью что‑нибудь повеселее. Forth я помню имеет несколько вариантов для контроллеры — надо попробовать.

А ещё пожалуй клавиатуру заменить — например вместо обычной использовать старинную клавиатуру Бодо с 5 клавишами, которые позволяют вводить буквы латинского алфавита разными комбинациями (ну и переключаться в другие регистры — с цифрами и знаками).

Если у вас возникнут какие‑то конструктивные‑забавные идеи насчет вариаций подобной штуковины — приглашаю делиться в комментариях 🙂