Гибкий дисплей для arduino

Какие бывают дисплеи для Ардуино и как их подключить

Микроконтроллеры позволяют сделать любые системы автоматизации и мониторинга. Но для взаимодействия техники и человека нужны как устройства ввода – различные кнопки, рычаги, потенциометры, так и устройства вывода – световые индикаторы (лампочки), различные звуковые сигнализаторы (пищалки) и наконец дисплеи. В этой статье мы рассмотрим символьные дисплеи для Arduino, как их подключить и заставить работать.

Содержание статьи

Виды дисплеев

Дисплеи можно разделить на:

Сегментные (такие, как на цифровых часах);

Сегментные используются для индикации простых величин, например: температура, время, количество оборотов. Такие используются в калькуляторах и на бюджетной бытовой технике и по сей день. Информация выводится путем засвечивания определенных символов.

Они могут быть как жидкокристаллическими, так и светодиодными. Алфавитно-цифровые дисплеи можно встретить на старой бытовой технике, игрушках, промышленной технике и прочем. Их еще называют знакосинтезирующими, текстовыми, символьными. Состоят из набора крупных пикселей. Могут быть выполнены по LCD, TFT и OLED-технологии.

К графическим дисплеям можно отнести даже монитор или экран смартфона, особых пояснений я думаю не требуется. В статье речь пойдет конкретно о совместной работе знакосинтезирующих или символьных дисплеях и Ардуино.

Знакосинтезирующие дисплеи

Дисплеи этого вида могут одновременно отображать определенное количество символов, ограниченное геометрическими размерами. Маркируются они по такому образцу:

Где первые две цифры – количество символов в строке, а вторая пара – количество строк. Таким образом дисплей с названием 1602 может отображать одновременно 2 строки по 16 символов.

По типу ввода данных различают дисплеи:

С параллельным вводом данных;

С вводом данных по протоколу I2C.

Параллельный ввод данных предполагает передачу 8 или 4-битных слов по 10 или 6 выводам соответственно (рис. ниже – схема подключения для управления 4 битами). Кроме данных на дисплей подаётся питание. Учитывайте это при проектировании, в противном случае вам может не хватить пинов платы Ардуино.

Передача данных на дисплей с помощью I2С займет 4 пина вашей Arduino, 2 из которых питание, а 2 – данные. Но подробнее рассмотрим этот вопрос немного ниже.

Среди отечественных производителей можно выделить фирму МЭЛТ. Среди продукции, которой есть целый ряд различных дисплеев. Например, ниже изображен дисплей с маркировкой 20S4, по аналогии с предыдущей рассмотренной, это говорит нам о том, что он отображает 4 строки по 20 знаков.

Он построен на контроллере КБ1013ВГ6, от ОАО «АНГСТРЕМ», который аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG. На которых построены подавляющее большинство китайских дисплеев. Кстати он, как и дисплеи на перечисленных чипах поддерживает стандартную библиотеку параллельного управления Arduino IDE, но о ней позже.

Знакосинтезирующие дисплеи бывают с подсветкой и без неё, также могут отличаться цветом изображаемых символов. Яркость подсветки и контрастность изображения обычно регулируется. Ниже приведет пример схемы из даташита, на упомянутый выше МЭЛТ.

Переменный резистор R и служит для регулировки яркости.

Подключение

Подключение будем рассматривать на дисплее типа 1602. В первую очередь обратите внимание на подписи выводов. Встречается два варианта, нумерации. На двух рисунках ниже всё нормально – от 1 до 16 вывода.

Отметим, что под VSS понимается земля. В остальном назначения выводов идентичны. Но часто можно встретить и нестандартную нумерацию:

Что вы видите? Контакты подписаны только 1, 14 и 15. Причем в неправильной последовательности. В остальном – 15 и 16 контакт всё также остались анодом и катодом подсветки, а 1 и 2 – общий контакт и плюс питания. Будьте бдительны и обращайте внимание при подключении на этот факт!

1 – (Vss) земля или «—» питания.

2 – (Vcc) «+» питания. Чаще всего это 5 вольт.

3 – регулировка контрастности символов. Осуществляется через потенциометр, установленный между «+» питания и этим контактом. Чем выше напряжение – тем меньше яркость и энергопотребление.

4 – (RS) Адресный сигнал. По наличию сигнала от ардуино на этом входе контроллер дисплея понимает, на линии данных сигнал команды (перемещение курсора, например) или кода символа для отображения.

5 – (E) разрешения доступа к данным. Когда здесь логическая «1» — дисплей выполняет команду или выводит символ.

6-14 – через эти пины обеспечивается параллельный ввод данных.

15 – (BLA) анод подсветки. Чтобы она зажглась на всю яркость – сюда подают +5В.

16 – (BLC) катод подсветки. Подключают к земле.

Один из примеров подключения к Ардуино в 4 битовом режиме мы рассмотрели выше. Теперь взгляните на схему подключения в 8 битовом режиме управления. Кстати вы могли заметить переменный резистор. Он и нужен для регулировки яркости подсветки, как было сказано ранее.

Таким образом у вас оказываются занятыми половина входов платы Arduino UNO. Конечно если вы будете использовать MEGA – это будет не столь существенной проблемой, но всё же это не рационально, особенно если вы собираетесь подключать группу датчиков и клавиш управления.

Чтобы высвободить входы используйте конвертер I2C для LCD экрана (именно так он называется, и вы сможете найти его в магазинах под таким названием).

Если будете покупать этот модуль отдельно от дисплея не забудьте о расположении и нумерации выводов, которую мы рассмотрели ранее.

Гребёнка, изображенная снизу просто припаивается к дисплею, а четыре контакта на торце платы – подключаются к пинам Arduino, также есть третья группа из двух контактов (на фото сзади) – это включение подсветки, модели поставляются с установленной перемычкой.

Схема такого модуля выглядит следующим образом:

А вот так он выглядит припаянным непосредственно к контактам дисплея. Большинство моделей продаются уже распаянными.

Однако для его использования вам нужно будет найти в сети библиотеку LiquidCrystal_I2C её нет в стандартном наборе актуального на момент написания статьи Arduino IDE.

Напомним цоколевку плат Arduino UNO, по нумерации контактов она в принципе совпадает и с Nano и некоторыми другими (для увеличения нажмите на рисунок).

Для работы по I2C нужно сформировать 2 информационных сигнала – SDA и SCL, обратите внимание в нижний правый угол рисунка. Эти выводы в ардуино совмещены с A4 и A5 аналоговыми входами.

Переназначить их вы на другие выводы не можете.

Тогда монтажная схема подключения будет иметь вид:

Согласитесь, проводов намного меньше! От ардуино к дисплею идут всего 4 провода. А сигнальных пина использовано всего два!

Но просто подключить у вас ничего не получится вы должны знать адрес устройства, для этого есть еще одна группа контактов, где адрес задаётся с помощью перемычек. Это указывается в инициализирующей команде соответствующей библиотеки, об этом далее.

Научитесь разрабатывать устройства на базе микроконтроллеров и станьте инженером умных устройств с нуля: Инженер умных устройств

Программа

Естественно нам нужен какой-то скетч, который может показывать изображение на символьном дисплее. Если вы хотите «напрямую» работать с дисплеем – придется изучить даташиты и таблицы символов на каждое конкретное изделие. Но Ардуино была создана для простого и быстрого прототипирования электронных устройств. Поэтому мы пойдем другим путём и воспользуемся благами цивилизации. Мы уже упомянули, что в стандартном наборе библиотек в Arduino IDE есть готовое решение для работы с LCD-дисплеями. Найти его можно здесь:

Кстати после нажатия строка с объявлением о подключении библиотеки появляется автоматически.

Также в Arduino IDE есть несколько примеров для работы с дисплеем. Они отражают базовые операции и функции.

Рассмотрим простейший «Хэлоу ворд». Пример полностью совпадает с тем, что есть в стандартном наборе IDE, я лишь перевёл текст комментариев на русский язык. Обратите внимание – это пример работы в 4-битном режиме.

Работа с I2C практически аналогична:

Обратите внимание, что в этом примере кода первой командой указан несколько размер дисплея, количество строк и символов, но и его I2C адрес. А именно – 0x27, что соответствует отсутствующим перемычкам. Вообще это нужно для того, чтобы подключить на два сигнальных провода несколько дисплеев (8 штук).

Официальную документацию к библиотеке liquidcrystal с примерами и пояснениями вы сможете найти на официальном сайте Arduino:

Полезные ссылки

Подборка видеоуроков по теме

Чтобы вам не было сложно освоить навык работы с дисплеем мы сделали подборку видеоуроков по этой теме.

Заключение

Оказывается, подружить плату Arduino и дисплей совсем не сложно. Вам доступна возможность как параллельной передачи данных, так и последовательной с помощью шины I2C, что выбрать – решать вам, как по удобству, так и по требованиям к быстродействию системы в целом. Пишите в комментариях какие вопросы нужно рассмотреть подробнее и что конкретно вы бы хотели видеть по теме микроконтроллеров!

Еще больше информации про Ардуино и особенности его использования в различных схемах смотрите в электронной книге — Ардуино для чайников. Иллюстрированное практическое руководство.

Совсем недавно вышел новый курс Максима Селиванова «Программирование дисплеев Nextion». Это «arduino» в мире дисплеев с сенсорным экраном. Но, информации по нему очень мало.

Что такое дисплеи Nextion? Если кратко, то эти дисплеи представляют собой программируемые дисплеи с тачскрином и UART для создания самых разных интерфейсов на экране. Для программирования используется очень удобная и простая среда разработки, которая позволяет создавать даже очень сложные интерфейсы для различной электроники буквально за пару вечеров! А все команды передаются через интерфейс UART на микроконтроллер или компьютер.

Здесь есть все что бы начать работать с дисплеями Nextion на новом уровне: Программирование дисплеев NEXTION

Максим Селиванов — автор видеокурсов «Программирование микроконтроллеров для начинающих», «Программирование микроконтроллеров на языке С», «Создание устройств на микроконтроллерах». Подробее о нем и его видеокурсах смотрите здесь — Обучение программированию и созданию устройств на микроконтроллерах

Источник

Использование OLED дисплея совместно с Arduino

Надоело использовать символьные ЖК-дисплей в своих проектах Arduino? Что ж! Они действительно уходят в прошлое. Используйте в своих проектах современные OLED (органические светодиоды) дисплеи! Они легкие, тонкие, теоретически гибкие и дают более яркое и четкое изображение.

Модуль OLED диспля на основе драйвера SSD1306

В основе модуля лежит мощный однокристальный CMOS контроллер SSD1306. Он может общаться с микроконтроллером несколькими способами, включая I2C и SPI .

Протокол SPI, как правило, быстрее, чем I2C, но требует большего количества контактов ввода/вывода микроконтроллера. В то время как I2C требует только два контакта и может использоваться совместно с другими периферийными устройствами I2C. Это компромисс между экономией выводов и скоростью.

Благодаря универсальности контроллера SSD1306, модуль поставляется в разных размерах и цветах: например, 128×64, 128 × 32, с белыми OLED, синими OLED и двухцветными OLED. Хорошей новостью является то, что все эти дисплеи взаимозаменяемы.

Требование к источнику питания

Для работы OLED-дисплею не нужна подсветка, поскольку он излучает свой собственный свет. Именно поэтому дисплей имеет такой высокий контраст, чрезвычайно широкий угол обзора и может отображать глубокий уровень черного цвета.

Отсутствие подсветки значительно снижает ток потребления. В среднем дисплей потребляет около 20 мА , хотя это зависит от того, какая часть дисплея задействована.

Рабочее напряжение контроллера SSD1306 составляет от 1,65 до 3,3 В, в то время как для OLED-панели требуется напряжение питания от 7 до 15 В. Все эти различные требования к питанию решаются путем использования схемы Charge Pump. Это позволяет легко подключить модуль к Arduino или любому 5-вольтовому логическому микроконтроллеру без использования преобразователя логического уровня.

Организация памяти SSD1306

Независимо от размера OLED модуля драйвер SSD1306 имеет встроенную память объемом 1 КБ (GDDRAM). Эта область памяти разбита на 8 страниц (от 0 до 7). Каждая страница содержит 128 столбцов / сегментов (блок от 0 до 127). И каждый столбец может хранить 8 бит данных (от 0 до 7):

8 страниц x 128 сегментов x 8 бит данных = 8192 бит = 1024 байт = 1 Кб памяти

Каждый бит представляет собой определенный OLED пиксель на экране, который может быть включен или выключен программно.

Экран 128 × 64 OLED отображает все содержимое ОЗУ, тогда как экран 128 × 32 OLED отображает только 4 страницы (половину содержимого) ОЗУ.

Распиновка модуля дисплея OLED

Прежде чем перейти к написанию кода и рассмотрению примеров, давайте сначала посмотрим на распиновку OLED модуля:

  • GND — вывод должен быть подключен к земле Arduino
  • VCC — вывод питания для дисплея, к которому мы подключаем 5-вольтный контакт на Arduino
  • SCL — вывод синхронизации для интерфейса I2C
  • SDA — вывод данных для интерфейса I2C

Подключение модуля OLED к Arduino Uno

Прежде чем мы перейдем к загрузке кода и отправке данных на дисплей, давайте подключим дисплей к Arduino Uno.

Схема подключения довольно проста. Начните с подключения контакта VCC к выходу 5V на Arduino и GND к земле. Теперь остались выводы, которые используются для связи по I2C. Обратите внимание, что каждая плата Arduino имеет разные контакты I2C.

На платах Arduino с маркировкой R3 SDA (линия передачи данных) и SCL (линия синхронизации) находятся на разъемах рядом с выводом AREF. Они также известны как A5 (SCL) и A4 (SDA).

Если у вас MEGA, контакты будут другие! Используйте цифровые 21 (SCL) и 20 (SDA).

На следующей схеме показано как все должно быть подключено:

Установка библиотеки для модуля OLED

Контроллер SSD1306 OLED дисплея имеет гибкие, но сложные драйверы. Для использования контроллера SSD1306 необходимы огромные знания по адресации памяти. К счастью, была написана библиотека Adafruit SSD1306, которая позволяет довольно простыми и понятными командами управлять OLED дисплеем.

Чтобы установить библиотеку, перейдите в раздел Sketch > Include Library > Manage Libraries…. Подождите, пока менеджер библиотеки загрузит индекс библиотек и обновит список установленных библиотек.

Отфильтруйте результаты поиска, введя adafruit ssd1306. Там должна быть пара записей. Ищите Adafruit SSD1306 от Adafruit. Нажмите на эту запись, а затем выберите Установить.

Библиотека Adafruit SSD1306 представляет собой аппаратную библиотеку, которая выполняет функции более низкого уровня. Она должна быть сопряжена с библиотекой Adafruit GFX для отображения графических примитивов, таких как точки, линии, круги, прямоугольники и т. д. Также установите и эту библиотеку.

Известная проблема с контроллером SSD1306

Хотя SSD1306 имеет встроенный GDDRAM для экрана, мы не можем прочитать его содержимое (согласно Adafruit). Следовательно, невозможно управлять экранным буфером для выполнения математических операций.

В качестве альтернативы библиотека выделяет 1 КБ (128 × 64) / 8 бит) памяти ATmega328P в качестве буфера. Таким образом, появляется возможность манипулировать экранным буфером и затем выполнять массовую передачу из памяти ATmega328P во внутреннюю память контроллера SSD1306.

Модификация библиотеки Adafruit SSD1306

Библиотека Adafruit SSD1306 не настроена для 128 × 64 OLED-дисплеев (используемый в данной статье). Размер экрана необходимо изменить в заголовочном файле Adafruit_SSD1306.h.

Если этого не сделать, то при компиляции мы получим сообщение об ошибке #error (“Height incorrect, please fix Adafruit_SSD1306.h!”):

Чтобы изменить заголовочный файл Adafruit_SSD1306.h, откройте Документы > Arduino. Теперь перейдите в библиотеку Adafruit_SSD1306:

Откройте файл Adafruit_SSD1306.h в текстовом редакторе (например, notepad++). Прокрутите файл вниз, чтобы найти раздел с дисплеями SSD1306 или сразу перейдите к строке №73. Закомментируйте #define SSD1306_128_32 и раскомментируйте #define SSD1306_128_64, чтобы код в этом разделе выглядел следующим образом:

Вот и все. Теперь сохраните файл и перезапустите вашу Arduino IDE.

Скетч для отображения текста на OLED

Теперь самое интересное!

Следующий тестовый скетч напечатает «Hello World!» сообщение на дисплее. Он также включает:

  • Отображение перевернутого текста
  • Отображение номеров
  • Отображение чисел (Hex, Dec)
  • Отображение ASCII символов
  • Прокрутка текста по горизонтали и вертикали
  • Прокрутка части дисплея

Это даст вам полное представление о том, как использовать OLED-дисплей, и может послужить основой для реализации своих проектов.

При компиляции кода в среде IDE появиться предупреждение о нехватке памяти. Это связано с тем, что библиотека выделяет 1 КБ памяти ATmega328P в качестве буфера отображения. Вы можете игнорировать это.

Скетч начинается с подключения четырех библиотек, а именно. SPI.h, Wire.h, Adafruit_GFX.h и Adafruit_SSD1306.h. Хотя библиотека SPI.h не требуется для I2C OLED-дисплеев, нам нужно добавить ее для компиляции нашей программы:

Далее нам нужно создать объект Adafruit_SSD1306.h. Конструктор Adafruit_SSD1306 принимает номер контакта Arduino, к которому подключен вывод сброса дисплея. Поскольку используемый нами OLED-дисплей не имеет вывода RESET, мы отправим в конструктор -1 , чтобы ни один из выводов Arduino не использовался в качестве сброса для дисплея.

В функции setup() нам нужно инициализировать объект OLED с помощью функции begin(). Функция принимает два параметра. Первый параметр SSD1306_SWITCHCAPVCC включает схему charge pump, а второй параметр устанавливает адрес I2C OLED дисплея. I2C адрес такого OLED модуля обычно равен 0x3C.

Далее мы очищаем буфер перед печатью нашего первого сообщения:

Отображение простого текста (Hello World)

Для отображения текста на экране нам нужно установить размер шрифта. Это может быть сделано путем вызова setTextSize() и передачи размера шрифта (начиная с 1) в качестве параметра.

Далее нам нужно установить цвет шрифта, вызвав функцию setTextColor(). Передайте параметр WHITE для темного фона и BLACK для яркого фона. Теперь перед печатью сообщения нам нужно установить позицию курсора, вызвав функцию setCursor (X, Y).

Пиксели на экране адресуются по горизонтальным (X) и вертикальным (Y) координатам. Система координат размещает начало координат (0,0) в верхнем левом углу, причем положительный X увеличивается вправо, а положительный Y увеличивается вниз.

Мы можем использовать функцию print() или println() для печати сообщения на экране так же, как мы печатаем данные на последовательном мониторе. Помните, println () переместит курсор на новую строку.

Чтобы библиотека могла выполнять чрезвычайно быстрые математические операции с буфером экрана (более 100 кадров в секунду), вызовы функций печати не сразу передают содержимое экранного буфера в SSD1306 контроллер.

Для этого требуется команда display(), чтобы дать указание библиотеке выполнить массовую передачу из экранного буфера ATmega328P во внутреннюю память контроллера SSD1306. Как только память будет перенесена, на OLED-дисплее появятся пиксели, соответствующие экранному буферу.

Инверсия сообщения

Для выполнения инверсии мы снова вызываем функцию setTextColor(FontColor,BackgroundColor). Если вы обратили внимание, то вы заметите, что до этого мы передали только один параметр этой функции, но теперь мы передаем два параметра.

Изменение размера шрифта

Ранее мы вызывали функцию setTextSize() для установки размера шрифта и передавали 1 в качестве параметра. Вы можете использовать эту функцию для масштабирования шрифта, передавая любое неотрицательное целое число.

Символы отображаются в соотношении 7:10. Это означает, что при передаче размера шрифта 1 текст будет отображаться с разрешением 7 × 10 пикселей на символ, при передаче 2 будет отображаться текст с разрешением 14 × 20 пикселей на символ и т. д.

Отображение чисел

Числа могут быть отображены на OLED дисплее путем вызова функций print() или println().

Указание базиса чисел

Функции print() и println() имеет второй необязательный параметр , который определяет базу (формат). Допустимые значения:

  • BIN (двоичное или базовое 2),
  • OCT (восьмеричное или базовое 8),
  • DEC (десятичное или базовое 10),
  • HEX (шестнадцатеричное или базовое 16).

Для чисел с плавающей запятой этот параметр указывает количество десятичных знаков. Например:

  • print(78, BIN) — дает «1001110»
  • print(78, OCT) — дает «116»
  • print(78, DEC) — дает «78»
  • print(78, HEX) — дает «4E»
  • println(1.23456, 0) — дает «1»
  • println(1.23456, 2) — дает «1.23»
  • println(1.23456, 4) — дает «1.2346»

Отображение ASCII символов

Функции print() и println() отправляют данные на дисплей в виде удобочитаемого текста ASCII, а функция write() отправляет двоичные данные. Таким образом, вы можете использовать эту функцию для отображения символов ASCII. В нашем примере отправка числа 3 будет отображать символ сердца.

Полноэкранная прокрутка

Вы можете прокручивать дисплей по горизонтали, вызывая функции startscrollright() и startscrollleft(), и по диагонали, вызывая startscrolldiagright() и startscrolldiagleft(). Все эти функции принимают два параметра, а именно: начальная страница и конечная страница.

Поскольку на дисплее отображается восемь страниц от 0 до 7, вы можете прокручивать весь экран, прокручивая все страницы, то есть передавая параметры 0x00 и 0x07. Чтобы остановить отображение прокрутки вы можете использовать функцию stopscroll().

Прокрутка определенной части

Иногда у нас нет необходимости в прокрутке всей странице. В этом случае мы можете сделать это, передав стартовую страницу и информацию об остановке страницы функциям прокрутки.

Поскольку на дисплее отображается восемь страниц от 0 до 7, мы можете прокрутить некоторую часть экрана, передавая конкретные номера страниц в качестве параметров.

В нашем примере мы передали оба параметра как 0x00. Это позволит прокрутить только первую страницу (первые 8 строк) дисплея.

Код Arduino — базовые фигуры

В этом примере рассмотрим некоторые базовые фигуры. Этот скетч демонстрирует множество функций рисования, включая прямоугольник, скругленный прямоугольник, круг и треугольник.

Большая часть кода (включая библиотеки и отображение инициализации) такая же, как в примере выше, за исключением фрагментов кода для рисования основных фигур.

Рисование прямоугольника

Вы можете нарисовать на дисплее прямоугольник с помощью функции drawRect(). Функция принимает пять параметров, а именно: координаты X и Y, ширина, высота и цвет. На самом деле эта функция рисует не закрашенный прямоугольник с границей в 1 пиксель. Вы можете нарисовать закрашенный прямоугольник, используя функцию fillRect().

Рисование скругленный прямоугольник

Вы можете нарисовать на дисплее скругленный прямоугольник с помощью функции drawRoundRect(). Эта функция принимает те же параметры, что и функция drawRect(), за исключением одного дополнительного параметра — радиуса скругления угла. На самом деле эта функция рисует не закрашенный скругленный прямоугольник с границей в 1 пиксель. Вы можете нарисовать закрашенный круглый прямоугольник, используя функцию fillRoundRect().

Рисование круга

Вы можете нарисовать круг на дисплее с помощью функции drawCircle(). Функция принимает четыре параметра, а именно: координата центра X и Y, радиус и цвет. Эта функция рисует не закрашенный круг с границей в 1 пиксель. Вы можете нарисовать закрашенный круг, используя функцию fillCircle().

Рисование треугольника

Вы можете нарисовать треугольник на дисплее с помощью функции drawTriangle(). Функция принимает семь параметров, а именно: X и Y координаты (x0, y0, x1, y1, x2, y2) вершин треугольника и цвета. (x0, y0) представляет верхнюю вершину, (x1, y1) представляет левую вершину и (x2, y2) представляет правую вершину.

Эта функция рисует не закрашенный треугольник с границей в 1 пиксель. Вы можете нарисовать закрашенный треугольник, используя функцию fillTriangle().

Источник

Adblock
detector