Взаимодействие LCD 1602 с Ардуино. Описание, распиновка, подключение

Хотите, чтобы в ваших проектах Arduino отображались пользовательские сообщения или показания датчиков? Тогда для этих целей можно рекомендовать дисплей LCD 1602. Подобные дисплеи чрезвычайно распространены и представляют собой быстрый способ добавить читаемый интерфейс в какой-либо проект.

Эта статья охватит все, что необходимо знать, чтобы начать работу с LCD 1602. Да и не только с  1602 (16×2), но и любыми другими символьными ЖК-дисплеями (например, 16×4, 16×1, 20×4 и т. д.), основанными на контроллере параллельного интерфейса HD44780 от Hitachi.

В LCD дисплеях используются жидкие кристаллы для создания видимого изображения. Когда к подобному кристаллу прикладывается ток он становится непрозрачным, перекрывая подсветку, которая находится за экраном. В результате эта конкретная область становиться темной по сравнению с другой. Подобным образом на экране отображаются символы.

Обзор LCD 1602

Эти ЖК-дисплеи идеально подходят для отображения только текста/символов, отсюда у них есть и другое название — «символьные ЖК-дисплеи». Дисплей имеет светодиодную подсветку и может отображать 32 символа в кодировке ASCII в двух рядах по 16 символов в каждом ряду.

Если вы посмотрите внимательно, вы можете увидеть маленькие прямоугольники для каждого символа на дисплее и пиксели, которые составляют символ. Каждый из этих прямоугольников представляет собой сетку 5 × 8 пикселей.

Хотя такие дисплеи отображают только текст, они бывают разных размеров и цветов: например, 16×1, 16×4, 20×4, с белым текстом на синем фоне, с черным текстом на зеленом и другие.

Хорошая новость заключается в том, что все эти дисплеи взаимозаменяемые — если вы строите свой проект с одним из них, вы можете просто отключить его и использовать другой (размер/цвет) ЖК-дисплей на свой выбор. Возможно, придется откорректировать код  в зависимости от количества строк, но по крайней мере проводка останется той же!

Распиновка 16х02 символов

Перед тем, приступить к сборке и написанию кода, давайте сначала взглянем на распиновку LCD 1602.

 

• GND — должен быть подключен к земле Arduino.
• VCC — это вывод питание для ЖК-дисплея, к которому мы подключаем 5-вольтовый контакт Arduino.
• Vo (LCD Contrast) — вывод контролирует контрастность и яркость ЖК-дисплея. Используя простой делитель напряжения с потенциометром, мы можем точно отрегулировать контрастность.
• RS (Register Select) — этот вывод позволяет Arduino сообщать ЖК-дисплею, отправляются команды или данные. В основном этот вывод используется для дифференциации команд от данных. Например, когда на выводе RS установлено значение LOW, мы отправляем команды на ЖК-дисплей (например, установить курсор в определенном месте, очистить дисплей, сдвинуть дисплей вправо и т. д.). Когда вывод RS установлено значение  HIGH, мы отправляем данные/символы на ЖК-дисплей.
• R/W (Read/Write) — вывод предназначен для контроля того, что необходимо сделать — считать данные или передать их на ЖК-дисплй. Поскольку мы просто используем этот ЖК-дисплей в качестве устройства вывода, то достаточно на этот вывод подать HIGH уровень, тем самым мы перейдем в режим записи.
• EN (Enable) — вывод используется для включения дисплея. Это означает, что когда на этом выводе  установлено значение LOW ЖК-дисплей не реагирует на то, что происходит с R/W, RS и линиями шины данных. Когда же на этом выводе HIGH ЖК-дисплей обрабатывает входящие данные.
• D0-D7 (Data Bus) — это выводы, по которым передаются 8-битные данные на дисплей. Например, если мы хотим отобразить символ «A» в верхнем регистре, мы отправляем на LCD дисплей 0100 0001 (в соответствии с таблицей ASCII) .
• AK (Anode & Cathode) используются для управления подсветкой LCD дисплея.

Практика

Теперь мы переходим к интересным вещам. Давайте проверим ЖК-дисплей. Сначала подключим контакты 5В и GND от Arduino Uno к шинам электропитания макетной платы. Затем  подключим  LCD 1602.  Данный LCD имеет две отдельные линии питания:

1. Контакт 1 и контакт 2 для питания самого LCD 1602
2. Контакт 15 и контакт 16 для подсветки LCD 1602

Подсоедините контакты 1 и 16 LCD на минус питания, а контакты 2 и 15 к + 5В.

Далее необходимо подключить контакт 3, который отвечает за контрастность и яркость дисплея. Для точной настройки контрастности необходимо подключить крайние выводы потенциометра сопротивлением 10 кОм к 5В и GND, а  центральный контакт (бегунок) потенциометра к контакту 3 на LCD дисплея.

Теперь включите Arduino и вы увидите подсветку. Поворачивая ручку потенциометра, вы должны заметить появление первой линии прямоугольников. Если это произойдет, поздравляем! Ваш ЖК-дисплей работает правильно.

Подключение LCD 1602 к Arduino

Прежде чем мы приступим к загрузке скетча и отправке данных на дисплей, давайте подключим LCD 1602 к Arduino.

LCD дисплей имеет много контактов (16 контактов). Но, хорошая новость заключается в том, что не все эти контакты необходимы для нас, чтобы подключиться к Arduino.

Мы знаем, что есть 8 выводов данных, по которым передаются данные на дисплей. Но, ЖК-дисплеи на HD44780  разработаны таким образом, что мы можем общаться с ЖК-дисплеем, используя только 4 вывода данных (4-разрядный режим) вместо 8 (8-разрядный режим). Таким образом мы можем сэкономить 4 вывода Arduino!

Разница между 4-битным и 8-битным режимом

8-битный режим быстрее, чем 4-битный. Это связано с тем, что что в 8-битном режиме мы передаем данные за один раз. Однако в 4-битном режиме мы должны разделить байт на 2 части, сдвинуть один из них на 4 бита вправо и выполнить 2 операции записи.

Итак, 4-битный режим часто используется для экономии выводов микроконтроллера, а 8-битный режим лучше всего использовать, когда требуется высокая скорость в приложении и при этом доступно как минимум 10 выводов ввода/вывода микроконтроллера.

Итак, что мы будем работать с LCD дисплеем, используя 4-битный режим, и, следовательно, нам нужно только 6 контактов: RS, EN, D7, D6, D5 и D4.

Теперь давайте подключим ЖК-дисплей к Arduino. Четыре контакта данных (D4-D7) дисплея подключаем к цифровым контактам Arduino #4, #5, #6, #7. Вывод EN подключим к Arduino вывод #2, а вывод RS к выводу #1.

Скетч

Следующий тестовый скетч напечатает сообщение «Hello World!». Далее разберем его работу по подробнее.

//  подключаем библиотеку LiquidCrystal:
#include <LiquidCrystal.h>

// Создаем LCD объект. Выводы: (rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() 
{
  // устанавливаем количество столбцов и строк на дисплея:
  lcd.begin(16, 2);

  // Очищаем LCD дисплей 
  lcd.clear();
}

void loop() 
{
  // Печатаем сообщение на LCD.
  lcd.print(" Hello world!");

  // устанавливаем курсор на столбец 0, строка 1
  // (примечание: строка 1 - вторая строка, так как отсчет начинается с 0):
  lcd.setCursor(0, 1);
  // Печатаем сообщение на LCD.
  lcd.print(" LCD Tutorial");
}

Объяснение кода:

Скетч начинается с подключения библиотеки LiquidCrystal. Как упоминалось ранее в этом руководстве, в сообществе Arduino есть библиотека LiquidCrystal, которая облегчает использование LCD дисплеев. Вы можете узнать больше о библиотеке LiquidCrystal на официальном сайте Arduino .

//  подключаем библиотеку LiquidCrystal:
#include <LiquidCrystal.h>

Далее мы должны создать объект LiquidCrystal. Этот объект использует 6 параметров и указывает, какие выводы Arduino подключены к выводам RS, EN и выводам данных: d4, d5, d6 и d7.

// Создаем LCD объект. Выводы: (rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

Теперь, когда мы объявили объект LiquidCrystal, мы можем получить доступ к специальным методам (или функциям), специфичным для ЖК-дисплея.

В функции setup() мы будем использовать две функции: первая функция begin(). В ней указываются размер дисплея, т.е. количества столбцов и строк. Если вы используете 16 × 2 символьный ЖК-дисплей, укажите параметры 16 и 2, если вы используете ЖК-дисплей 20 × 4, укажите параметры 20 и 4.

Вторая функция  clear()  очищает экран и перемещает курсор в верхний левый угол.

  // устанавливаем количество столбцов и строк на дисплея:
  lcd.begin(16, 2);
  // Очищаем LCD дисплей 
  lcd.clear();

В функции loop() мы используем функцию print(), выводящая сообщение, которое мы видим в первой строке экрана.

// Печатаем сообщение на LCD.
lcd.print(" Hello world!");

После этого мы переводим курсор на вторую строку, вызвав функцию setCursor(). Позиция курсора указывает место, где вам нужно отобразить новый текст на дисплее. Верхний левый угол считается col = 0, row = 0.

lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" LCD Tutorial");

Другие полезные функции библиотеки LiquidCrystal

Есть несколько полезных функций, которые вы можете использовать с объектом LiquidCrystal. Немногие из них перечислены ниже:

• Если вы просто хотите расположить курсор в верхнем левом углу дисплея без очистки дисплея, используйте home().
• Существует много приложений, таких как turbo C++ или notepad ++, в которых нажатие клавиши «insert» на клавиатуре меняет курсор. Точно так же вы можете изменить курсор на ЖК-дисплее с помощью blink() или lcd.Cursor().
• Функция blink() отображает мигающий блок размером 5 × 8 пикселей, а lcd.Cursor() подчеркивание (линия) на позиции, в которую будет записан следующий символ.
• Вы можете использовать функцию noblink(), чтобы отключить мигающий курсор на дисплее и lcd.noCursor() чтобы скрыть курсор.
• Вы можете прокрутить содержимое дисплея на один пробел вправо, используя lcd.scrollDisplayRight() или один пробел влево используя lcd.scrollDisplayLeft(). Если вы хотите непрерывно прокручивать текст, вам нужно использовать эти функции внутри цикла for.

Генерация пользовательских символов для LCD

Если вы находите символы на дисплее неподходящими и неинтересными, вы можете создать свои собственные символы (глиф) для своего ЖК-дисплея. Пользовательские символы чрезвычайно полезны в том случае, когда вы хотите отобразить символ, который не является частью стандартного набора символов ASCII.

Как мы уже обсуждали ранее в этом руководстве, символ на дисплее формируется в матрице 5×8 пикселей, поэтому вам нужно определить свой пользовательский символ в этой матрице. Для определения символа необходимо использовать функцию createChar() библиотеки LiquidCrystal.

Для использования  createChar()  сначала необходимо назначить массив из 8 байт. Каждый байт (учитывается только 5 бит) в массиве определяет одну строку символа в матрице 5×8. В то время как нули и единицы в байте указывают, какие пиксели в строке должны быть включены, а какие-выключены.

Генератор символов LCD

Создание собственного символа до сих пор было непросто! Поэтому было создано небольшое приложение под названием «Генератор пользовательских символов» для LCD.

Вы видите синюю сетку ниже? Вы можете нажать на любой из 5 × 8 пикселей, чтобы установить/очистить этот конкретный пиксель. И когда вы нажимаете на пиксели, код для символа генерируется рядом с сеткой. Этот код может быть непосредственно использован в вашем скетче Arduino.





Единственным ограничением является то, что библиотека LiquidCrystal поддерживает только восемь пользовательских символов.

Следующий скриншот демонстрирует, как вы можете использовать эти пользовательские символы на дисплее.

//  подключаем библиотеку LiquidCrystal:
#include <LiquidCrystal.h>

// Создаем LCD объект. Выводы: (rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

// создадим несколько пользовательских символов
byte Heart[8] = {
0b00000,
0b01010,
0b11111,
0b11111,
0b01110,
0b00100,
0b00000,
0b00000
};

byte Bell[8] = {
0b00100,
0b01110,
0b01110,
0b01110,
0b11111,
0b00000,
0b00100,
0b00000
};


byte Alien[8] = {
0b11111,
0b10101,
0b11111,
0b11111,
0b01110,
0b01010,
0b11011,
0b00000
};

byte Check[8] = {
0b00000,
0b00001,
0b00011,
0b10110,
0b11100,
0b01000,
0b00000,
0b00000
};

byte Speaker[8] = {
0b00001,
0b00011,
0b01111,
0b01111,
0b01111,
0b00011,
0b00001,
0b00000
};


byte Sound[8] = {
0b00001,
0b00011,
0b00101,
0b01001,
0b01001,
0b01011,
0b11011,
0b11000
};


byte Skull[8] = {
0b00000,
0b01110,
0b10101,
0b11011,
0b01110,
0b01110,
0b00000,
0b00000
};

byte Lock[8] = {
0b01110,
0b10001,
0b10001,
0b11111,
0b11011,
0b11011,
0b11111,
0b00000
};

void setup() 
{
  // инициализируем LCD и устанавливаем количество столбцов и строк: 
  lcd.begin(16, 2);

  // создание нового символа
  lcd.createChar(0, Heart);
  // создание нового символа
  lcd.createChar(1, Bell);
  // создание нового символа
  lcd.createChar(2, Alien);
  // создание нового символа
  lcd.createChar(3, Check);
  // создание нового символа
  lcd.createChar(4, Speaker);
  // создание нового символа
  lcd.createChar(5, Sound);
  // создание нового символа
  lcd.createChar(6, Skull);
  // создание нового символа
  lcd.createChar(7, Lock);

  // Очищаем LCD дисплей 
  lcd.clear();

  // Печатаем сообщение на LCD.
  lcd.print("Custom Character");
}

// Печатаем все пользовательские символы
void loop() 
{ 
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.write(byte(0));

  lcd.setCursor(2, 1);
  lcd.write(byte(1));

  lcd.setCursor(4, 1);
  lcd.write(byte(2));

  lcd.setCursor(6, 1);
  lcd.write(byte(3));

  lcd.setCursor(8, 1);
  lcd.write(byte(4));

  lcd.setCursor(10, 1);
  lcd.write(byte(5));

  lcd.setCursor(12, 1);
  lcd.write(byte(6));

  lcd.setCursor(14, 1);
  lcd.write(byte(7));
}

После включения библиотеки нам нужно инициализировать пользовательский массив из восьми байтов.

byte Heart[8] = {
0b00000,
0b01010,
0b11111,
0b11111,
0b01110,
0b00100,
0b00000,
0b00000
};

В настройках мы должны создать пользовательский символ, используя функцию createChar(). Эта функция принимает два параметра. Первый — это число от 0 до 7, чтобы зарезервировать один из 8 поддерживаемых пользовательских символов. Второй параметр — это имя массива байтов.

// создание нового символа
lcd.createChar(0, Heart);

Далее в цикле для отображения пользовательского символа мы используем функцию write(), а в качестве параметра мы используем номер символа, который мы зарезервировали.

// byte(0) покажет символ Heart (сердце).
lcd.write(byte(0));