LCDモジュールを3.3V/3V回路で使う

実験の様子（予告編）

電子工作でお馴染みのキャラクタ液晶モジュールSC1602やSD1602は5V動作の仕様。これを、抵抗を付け替えたりの改造で3V系(3V, 3.3V)の回路で動かす記事がありました。先人は偉大です。さらに調査すると、改造なしで動かせることが分かりました。データシートにヒントがありました。 コントローラHD44780の電圧の定格は2.7V〜5.5Vです。3V系でもコイツは動作しているのですね。あとは液晶さえ何とかなれば、表示が見えるということです。SD1602Hのデータシートを見ると、どうやらVDD（電源）とVo（コントラスト）の差が4.5Vあれば動作するようです。Voに-7Vを加えている回路の例も掲載されていました。 左：VDDに3.13V　　右：Voに-0.93V　　その差4.06Vで動作中。 手っ取り早くUSBの5Vを抵抗で分圧し、仮想GNDと正負電圧を作り、実験してみました。 約4VでSD1602HUOBが動作することを確認しました。 AVRの工作などで3V系回路を組んで使うときは、仮想GNDではなく、チャージポンプで負電圧を作り出す方法がよいでしょう。クロック発生のためI/Oピンを1つ使います。そしてダイオード2個とコンデンサ2個で… 3V反転で-3V → ダイオード2個の電圧降下で -(3-0.6*2) = -1.8V くらい作れるはず。 この辺を実験して追記しようと思います。

ここまでが3月公開の予告編でした。この先が4月公開の本編です。

実験の対象とするLCDモジュールについて

16文字x2行のキャラクタ液晶SC1602/SD1602が実験対象です。SD1602HOUBを使います。LCDのコントローラはKS0066/HD44780/同等品です。 今回の実験に関係ある電気特性のまとめ（複数の関連データシートから抜粋） ITEM SYMBOL CONDITION MIN TYP MAX UNIT データシート Power Supply Voltage VDD -- 4.5 5 5.5 V SUNLIKE t8.9 LCD Power Supply Voltage VLCD VDD-V0 3 -- -- V SUNLIKE t8.9 LCD Operating Voltage VDD-VO T=25℃ -- 4.5 -- V SD1602H 白黒原稿 Supply Voltage VDD-VSS -- 2.7 5 5.5 V SD1602H 白黒原稿 4.7 5 5.3 V SD1602H カラー原稿 4.2V LED FORWARD VOLTAGE SD1602H カラー原稿 Low power operation support -- 2.7 to 5.5V HD44780 ※VO,V0はどちらもContrast Adj.を指しています。表記の揺れ。以降、Voと記述します。 ※白黒原稿／カラー原稿とはpdf文書の原稿色のことです。LCDモジュールの表示色とは関係ありません。 SUNLIKE t8.9 SUNLIKE社提供。LCD製品の代表データシート。「DC & AC Characteristics」のページより。 SD1602H カラー原稿 SUNLIKE社提供。LCD製品一覧のページからリンクされている、製品ごとの概要紹介。 SD1602H 白黒原稿 ネットで拾ったデータシート。見たところ「SD1602H カラー原稿」の旧版だと思われる。 SUNLIKE社提供の2つは安全運転、白黒原稿は包み隠さずといったところでしょうか。主にSD1602H 白黒原稿を根拠にして実験します。それによると、VDD-VSSが2.7V以上でコントローラ（ロジック部）が動作し、VDD-Voが4.5Vで液晶部が動作します（下記LCD図の左側）。SUNLIKE社提供のデータシートの記述内容はLCD図の右側です。 SD1602HUOBにはバックライト(LED)が付いています。順方向電圧が4.2Vで点灯します。LCD本体との電位関係は特になさそうです。3V系の回路で4.2Vのバックライトまで点灯…やってみましょう。

負電圧を生成して+3.0Vと-1.8Vで動かす

チャージポンプで負電圧を生成する。 回路図 電源電圧VCC = 3.0V LCDのVDD = VCC LCDのVSS = 0V LCDのコントラストVo = 生成した負電圧から調節 負荷をかけた状態（LCDを接続、動作中） VCC = 3.05V VDD = 3.05V Voには下記の負電圧が掛かっているので、液晶画面が表示されている。 チャージポンプによる負電圧Vch = -1.86V 【参考】 Vchの理論値 = -(VCC - 0.6V * 2) = -(3.05 - 0.6 * 2) = -1.85V Vo = -1.00V Voに流れる電流 = 0.21mA Voは見た目で丁度よい濃さに調節した値。 LED点灯時 Vch = -0.95V Vo = -0.95V　（最も濃くなる設定） LEDの電圧 = 3.05 - (-0.95) = 4.00V Voに流れる電流 = 0.21mA LEDに流れる電流 = 3.53mA バックライトなしだと、コントラストが調節できるほど電圧の幅に余裕があります。 バックライトありだと、3.0Vの回路ではコントラストもLEDの明るさも調節できる余裕はなく、ギリギリのバランスで動作している感じです。3.3Vの回路なら少し余裕が持てるかもしれません。

+3.0Vを昇圧して+4.8Vで動かす

チャージポンプで倍電圧を生成する。 回路図 電源電圧VCC = 3.0V LCDのVDD = 生成した倍電圧 LCDのVSS = 0V LCDのコントラストVo = VCCから調節 負荷をかけた状態（LCDを接続、動作中） VCC = 3.02V VDD = 3.02V Vo = 0V VDD-Vo間の電圧が足りないので液晶画面は表示されない。 チャージポンプによる倍電圧Vch = 4.73V 【参考】 Vchの理論値 = VCC * 2 - 0.6V * 2 = 3.02 * 2 - 0.6 * 2 = 4.84V VDD = 4.73V Vo = ほぼ0V VDD-Vo間が4.5V以上になり、液晶画面が表示された。 極わずかに濃さを調節したのでVoは0Vピッタリではない。 LED点灯時 Vch = 4.01V Vo = 0V　（最も濃くなる設定） LEDの電圧 = 4.01 - 0 = 4.01V LCDのVDDに流れる電流 = 0.67mA Voに流れる電流 = 0.21mA LEDに流れる電流 = 3.64mA 2010/04 追記： 2,3段目の説明を勘違いしていたので訂正しました。 「負電圧を生成する方法」と同じことが言えます。それと、気にかかる点があります。 ATtiny2313は3.0Vで、LCDは4.7Vで動作しています。信号レベルが違うので、データ線、制御線の配線に何か対策した方が安全かもしれません。適当処置なら抵抗を入れておくとか？