Подключение I2C экрана к Arduino
Пошаговая инструкция по подключению I2C экрана к Arduino.
Получил от китайцев два 20х4 экрана с I2C контроллерами — буду подключать к Arduino.
Для справки скажу, что такие экраны подключаются к Arduino всего по 4-м проводам.
Подключение I2C экрана к Arduino
Сам экран имеет 4 вывода:
- GND экрана подключаем к GND Arduino
- VCC экрана подключаем к +5V Arduino
- SDA экрана подключаем к 4 аналоговому пину Arduino Uno
- SCL экрана подключаем к 5 аналоговому пину Arduino Uno
В результате выглядеть будет так:
Теперь можно подключить Arduino к компьютеру и перейти к программной части.
LiquidCrystal_I2C — библиотека для работы с I2C экраном
Для написания кода нам понадобится библиотека LiquidCrystal_I2C. Скачиваем ее и распаковываем содержимое архива в папку arduino-1.0.X\libraries\.
liquidcrystal_i2c.zip (8,4 KiB, 20 583 hits)
Проверочный скетч
Для проверки, загрузим в Arduino следующий код:
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); // Для экрана 20х4 (четырехстрочный)
//LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Для экрана 16х2 (двухстрочный)
void setup()
<
lcd.begin();
lcd.setCursor(0, 0); // 1 строка
lcd.print(«LCD I2C Test — 20×4»);
lcd.setCursor(0, 1); // 2 строка
lcd.print(«01234567899876543210»);
lcd.setCursor(0, 2); // 3 строка
lcd.print(«01234567899876543210»);
lcd.setCursor(0, 3); // 4 строка
lcd.print(» geekelectronics.org»);
>
Код хорошо прокомментирован. Думаю, вопросов не возникнет.
P.S. Возможно, что после загрузки кода экран останется пустым.
В этом случае надо покрутить регулятор контрастности на плате I2C.
Библиотека LiquidCrystal
Выводить информацию удобно на экран. Очень популярным решением является текстовый жидкокристаллический экран, знакомый нам по древним звонилкам. Для опытов я использовал простой текстовый экран 16×2 от компании МЭЛТ.
Я думал, что работать с такими экранами очень сложно, оказалось, что ничего страшного.
Краткое описание дисплея: LCD-дисплей MT-16S2H компании Мэлт служит для вывода текста с подсветкой. По изображению похож на дисплеи старых мобильных телефонов вроде Nokia 3310 или Siemens C35. Экран имеет 16 контактов для подведения питания и взаимодействия с управляющей электроникой. Для управления выводом дисплея возможно использовать только 6 из них. Дисплей выполнен на чипе, совместимом с HD44780, который является де-факто стандартом для LCD-экранов.
Процесс подключения очень хорошо описан на сайте Амперки — Подключение текстового экрана к Arduino
Основная особенность дисплея — необычная нумерация выходов. Всего их 16, но идут они не по порядку, а весьма нетривиальным способом. И только три из них подписаны: 14, 1 и 16. Но, оказывается, это вполне достаточно. Я помогу вам разобраться.
| 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 16 | 15 |
| Контакт | Обозначение | Назначение |
|---|---|---|
| 1 | Vss | Заземление |
| 2 | Vdd | Питание 5В |
| 3 | Vo | Регулировка контрастности (потенциометр) |
| 4 | Rs | Выбор режим (командный или отображения данных) |
| 5 | RW | Чтение/Запись |
| 6 | En | Готовность данных |
| 7 | D0 | Линия передачи данных 0 (не используется) |
| 8 | D1 | Линия передачи данных 1 (не используется) |
| 9 | D2 | Линия передачи данных 2 (не используется) |
| 10 | D3 | Линия передачи данных 3 (не используется) |
| 11 | D4 | Линия передачи данных 4 |
| 12 | D5 | Линия передачи данных 5 |
| 13 | D6 | Линия передачи данных 6 |
| 14 | D7 | Линия передачи данных 7 |
| 15 | A | Анод подсветки |
| 16 | K | Катод подсветки |
Вкратце, чтобы самому не забыть. Втыкаем дисплей своими 16 ножками в макетную плату. Подводим к рельсам питания макетки питание +5 В и землю с Arduino.
Фоновая подсветка дисплея — это отдельный контур, не связанный с остальным. Включить её можно подав +5 В на 15-й контакт дисплея и подключив 16-й контакт к земле. Соединив эти два контакта с соответствующими рельсами, можно включить Arduino и увидеть, что дисплей засветился.
Далее необходимо подключить цепь, отвечающую за отображение символов. Для этого предназначены контакты 1, 2 и 3 на дисплее. Перед подключением отключите Arduino от питания.
Первый — это земля. Соедините его с рельсой земли.
Второй — питание. Соедините его с рельсой +5 В.
Третий — контрастность. Для получение максимально контрастного изображения соедините его с рельсой земли. Вы можете подать на этот контакт произвольное напряжение от 0 до 5 В, чем оно выше, тем тусклее будет изображение, но вместе с этим снизится энергопотребление. Для возможности плавной регулировки контрастности можете подать на этот контакт выходной сигнал потенциометра.
После подключения, если включить Arduino, вы можете увидеть прямоугольные знакоместа. В зависимости от комбинации цветов текста и подсветки они могут быть как яркими и хорошо заметными, так и едва заметными. Это нормально: в любом случае, текст будет смотреться отлично.
Подключение шины данных
Для коммуникации между Arduino и экраном необходимо использовать несколько линий взаимодействия:
2 или 3 для командования дисплеем
4 или 8 для передачи данных (кодов символов и команд)
Таким образом занятыми окажутся от 6-ти до 11-ти контактов от обоих устройств. Если вам не требуется считывать с дисплея, что подходит под большинство сценариев использования, для команд понадобится 2 линии.
Если скорость обновления данных так же не является проблемой, для передачи данных достаточно 4-х линий.
Итак, для подключения дисплея достаточно использовать 6 линий, 6 контактов на Arduino. Рассмотрим именно этот сценарий. Как упоминалось, нам не за чем считывать с дисплея, мы будем в него только писать. Поэтому соединим 5-й контакт дисплея, который отвечает за выбор чтение/запись с рельсой земли. Это означает «всегда писать».
Затем, соединяем Arduino и экран нашими 6-ю линиями коммуникации. Какие именно контакты будут выбраны на Arduino не имеет значения: мы зададим их в программе, но для примера была выбрана такая конфигурация:
4-й контакт дисплея — 4-й контакт Arduino. Это линия адресного сигнала. Известная как A0 или RS. В зависимости от того, 0 она или 1, дисплей понимает имеем ли мы на линии данных команду вроде «передвинуть курсор» или код символа для отображения.
6-й контакт дисплея — 5-й контакт Arduino. Это линия разрешения доступа к данным. Известная, как E или Enable. Когда эта линия становится единицей, дисплей исполняет команду или выводит символ с линии данных.
11-й, 12-й, 13-й, 14-й контакт дисплея — 10-й, 11-й, 12-й, 13-й контакт Arduino соответственно. Это линии данных. Известные как D4, D5, D6, D7.
Программирование
Существует стандартная библиотека LiquidCrystal для работы с текстовыми жидкокристаллическими экранами.
В Arduino IDE выбираем меню Sketch | Import Library | LiquidCrystal. В начало скетча будет вставлена строка.
Это удобно, если вы позабыли правильное написание библиотеки и убережёт от опечаток.
Также в состав Arduino IDE входят несколько примеров работы с библиотекой: File | Examples | LiquidCrystal.
Единственное, что вам нужно сделать — это менять строчку инициализации контактов в соответствии с вашими соединениями.
А ещё лучше использовать константы.
Простейшая программа для вывода «Hello World»
В данном случае функция loop() нам не требуется, поэтому оставляем её пустой.
Нужно помнить, что фуккция print() не проверяет длину строк, поэтому самостоятельно следите за своими данными.
Рассмотрим поставляемые примеры.
Autoscroll
Бегущая строка. Выводится первая строка, затем вторая.
Blink
Выводим строку hello, world! и мигающий курсор в виде знакоместа.
Cursor
Выводим строку hello, world! и мигающий символ в виде значка подчёркивания.
CustomCharacter
Выводим собственные символы: сердечко, смайлик. Небольшая анимация человечка.
Display
Выводим мигающий текст.
HelloWorld
Выводим на первой строке сообщение, а на второй время в секундах с момента запуска.
Scroll
Выводим бегущую строку, которая движется вправо и влево.
SerialDisplay
Вводим текст в Serial Monitor, чтобы увидеть его на дисплее.
SetCursor
Выводим символы алфавита во все доступные позиции экрана.
TextDirection
Выводим символы в разных направлениях, используя функции leftToRight() и rightToLeft().
Индикатор прогресса яркости светодиода
Создадим проект, в котором будем получать данные с потенциометра и выводить получаемые данные на экран в виде индикатора прогресса. Также будем менять яркость светодиода в соответствии с показаниями. Так как показания варьируются от 0 до 1024, необходимо преобразовать значения в пределах от 0 до 256 для светодиода и от 0 до 17 для экрана. Сам индикатор состоит из полностью закрашенного прямоугольника. Если выводить подобные прямоугольники с начала строки, то будет похоже на индикатор прогресса.
Потенциометр подключаем к выводу A0, светодиод к выводу 6. Подключение ЖК-дисплея стандартное, как описано в начале статьи.
Кириллица
Не все дисплеи имеют кириллицу. Дисплей от Мэлт поддерживает русский язык. Но просто напечатать текст на русском не получится. Так например, букве «Я» соответствует код B1 в шестнадцатиричной системе. Чтобы передать на экран строку «Яndex», необходимо в явном виде с помощью последовательности \x## встроить в строку код символа:
Можете смешивать в одной строке обычные символы и явные коды как угодно. Единственный нюанс в том, что после того, как компилятор в строке видит последовательность \x, он считывает за ним все символы, которые могут являться разрядами шестнадцатиричной системы даже если их больше двух. Из-за этого вы не можете просто использовать символы из диапазона 0-9, a-f следом за двузначным кодом символа: это вызовет ошибку компиляции. Чтобы обойти этот момент, можно использовать тот факт, что две строки записанные рядом склеиваются. Так, если вы хотите написать «Яeee»:
Полную таблицу символов с кодами можно найти в документации к экрану.
Я на скорую руку написал скрипт на JavaScript, который конвертирует слова в нижнем регистре в нужные последовательности. Если в слове встречаются повторяющие буквы, то нажмите на кнопку несколько раз.
Библиотека LiquidCrystalRus с поддержкой кириллицы
Совсем не обязательно мучиться с байтами, чтобы вывести русский символ. Существует библиотека LiquidCrystalRus, которая поддерживает кириллицу. Исходники лежат на Гитхабе. Скачайте файл LiquidCrystalRus-1.6.0.zip и распакуйте его в папку libraries. У вас получится что-то типа D:\Arduino\libraries\LiquidCrystalRus. В папке находятся файлы библиотеки и папка examples, содержащая три скетча. После этого примеры будут доступны из Arduino IDE. Запустите пример File | Examples | LiquidCrystalRus | HelloWorldRus и убедитесь, что экран способен выводить русские символы.
Функции библиотеки LiquidCrystal
autoscroll()
Функция autoscroll() включает автоматическую прокрутку экрана жидкокристаллического индикатора и заставляет каждый вывод символа на экран индикатора перемещать предыдущие символы на одно знакоместо. Если текущее направление вывода символов слева направо (значение по умолчанию) — экран индикатора прокручивается влево; если текущее направление вывода символов справа налево — экран индикатора прокручивается вправо. Это производит эффект вывода каждого нового символа в одно и то же знакоместо на экране жидкокристаллического индикатора.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
begin()
Функция begin() определяет размерность (количество символов в ширину и высоту) индикатора.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
- cols — количество символов в строке
- rows — количество строк
blink()
Функция blink() выводит на экран жидкокристаллического индикатора мигающий курсор. Если она используется в комбинации с функцией cursor(), результат будет зависеть от конкретного индикатора.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
clear()
Функция clear() очищает экран жидкокристаллического индикатора и располагает курсор в верхнем левом углу.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
createChar()
Функция createChar() создаёт пользовательский символ (глиф) для использования на жидкокристаллическом дисплее. Поддерживаются до восьми символов 5×8 пикселов (нумерация с 0 до 7). Создание каждого пользовательского символа определяется массивом из восьми байтов — один байт для каждой строки. Пять младших значащих битов каждого байта определяют пикселы в этой строке. Чтобы вывести пользовательский символ на экран, используйте функцию write() с номером символа в качестве параметра.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
- num — номер создаваемого символа (0 to 7)
- data — данные символьных пикселов
cursor()
Функция cursor() выводит на экран жидкокристаллического индикатора курсор — подчёркивание знакоместа в позиции, в которую будет записан следующий символ.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
display()
Функция display() включает жидкокристаллический индикатор после того, как он был выключен функцией noDisplay(). Эта функция восстанавливает текст (и курсор), который был на дисплее.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
Функция home() располагает курсор в верхнем левом углу жидкокристаллического индикатора. Используется для определения начального положения при выводе последовательного текста на экран индикатора. Чтобы ещё и очистить экран индикатора, используйте вместо этой функции функцию clear().
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
leftToRight()
Функция leftToRight() устанавливает направление вывода символов на экран жидкокристаллического индикатора слева направо (значение по умолчанию). Это означает, что последующие символы, выводимые на экран индикатора, пойдут слева направо, но не повлияют на выведенный ранее текст.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
LiquidCrystal()
Конструктор LiquidCrystal() создаёт переменную типа LiquidCrystal. Индикатором можно управлять, используя 4 или 8 линий данных. Для подключения по 4-м линиям пропустите контакты от D0 до D3 и оставьте эти линии неподключёнными. Контакт RW может быть соединён с «землёй» вместо соединения с контактом платы Arduino. Если в вашей схеме так — пропустите этот параметр функции.
- rs — номер контакта платы Arduino, который соединяется с контактом RS жидкокристаллического индикатора
- rw — номер контакта платы Arduino, который соединяется с контактом RW жидкокристаллического индикатора (опционально)
- enable — номер контакта платы Arduino, который соединяется с контактом ENABLE жидкокристаллического индикатора
- d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 — номера контактов платы Arduino, которые соединяются соответственно с контактами данных жидкокристаллического инди-катора. D0, D1, D2 И D3 опциональны — если они не задействованы, жидкокристаллический индикатор будет управляться только через 4 линии данных (D4, D5, D6, D7)
noAutoscroll()
Функция noAutoscroll() выключает автоматическую прокрутку экрана жидкокристаллического индикатора.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
noBlink()
Функция noBlink() выключает мигающий курсор на экране жидкокристаллического индикатора.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
noCursor()
Функция noCursor() скрывает курсор с экрана жидкокристаллического индикатора.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
noDisplay()
Функция noDisplay() выключает жидкокристаллический индикатор без потери отображаемой на нем информации.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
print()
Функция print() печатает текст на жидкокристаллическом индикаторе.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
- data — данные для печати (тип char, byte, int, long или string)
- BASE (опционально) — основание, по которому печатаются числа: BIN для двоичных (основание 2), DEC для десятичных (основание 10), OCT для восьмеричных (основание 8), HEX для шестнадцатеричных (основание 16)
rightToLeft()
Функция rightToLeft() устанавливает направление вывода символов на экран жидкокристаллического индикатора справа налево (значение по умолчанию — слева направо). Это означает, что последующие символы, выводимые на экран индикатора, пойдут справа налево, но не повлияют на выведенный ранее текст.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
scrollDisplayLeft()
Функция scrollDisplayLeft() прокручивает информацию на экране индикатора (текст и курсор) на одно знакоместо влево.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
scrollDisplayRight()
Функция scrollDisplayRight() прокручивает информацию на экране индикатора (текст и курсор) на одно знакоместо вправо.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
setCursor()
Функция setCursor() позиционирует курсор жидкокристаллического индикатора, т.е. устанавливает положение, в котором на его экран будет выведен последующий текст.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
- col — номер знакоместа в ряду (начиная с 0 для первого знакоместа)
- row — номер ряда (начиная с 0 для первого ряда)
write()
Функция write() записывает символ в жидкокристаллический индикатор.
- lcd — переменная типа LiquidCrystal
- data — символ, записываемый в индикатор
Собственные символы
Собственные символы рисуются с помощью функции createChar(). Пример, предлагаемый на сайте Arduino:
Вы можете нарисовать несколько собственных символов и вывести их на экран.
Визуальный редактор
Редактор для создания собственных символов для дисплеев HD44780
wrote this file. As long as you retain this notice you can do whatever you want with this stuff. If we meet some day, and you think this stuff is worth it, you can buy me a beer in return. Omer Kilic —————————————————————————- —> Щёлкайте по квадратам для генерации кода.
Знакоместо
Результат
| LCD Module | Arduino Pin |
|---|---|
| RS | |
| RW | GND |
| Enable | |
| D4 | |
| D5 | |
| D6 | |
| D7 |
Код для скетча Arduino
Экран с I2C
Стандартный экран неудобно подключать, слишком много контактов задействовано в сборке. Существует альтернативный вариант, когда к экрану прилагается дополнительный модуль. В этом случае используется только четыре контакта (питание, земля и два аналоговых порта).
На других микроконтроллерах сигнальные выводы отличаются (Leonardo: SDA-D2, SCL-D3; MEGA, ADK, DUE: SDA-D20, SCL-D21).
Модуль может поставляться отдельно и его нужно припаять самостоятельно. Но проще сразу приобрести готовый собранный модуль с экраном. Встречаются различные модификации экранов — 4х20, 2х16.
Стандартная библиотека не подойдёт. Нужно использовать библиотеку с поддержкой I2C LiquidCrystal I2C by Frank de Brabander (GitHub).
После установки библиотеки будут доступны несколько примеров: CustomChars, HelloWorld, SerialDisplay.
Если при запуске примера не видны символы на экране, то попробуйте покрутить винт на модуле для изменения контрастности. У меня был именно такой случай.
Библиотека i2cdetect
В примерах важно использовать правильный адрес. Самый типичный пример — использовать адрес 0х27.
Если у вас попался нестандартный дисплей, то можно узнать используемый адрес устройства при помощи библиотеки i2cdetect, доступный через менеджер библиотек.
После установки библиотеки запустите прилагаемый к нему пример и через последовательный монитор увидите нужный адрес.