При создании собственного устройства не редко возникает необходимость оперативного вывода разнообразной информации. Например, если вы создаёте контроллер умного дома, то разумно оснастить прибор устройством вывода, позволяющим быстро узнать текущее состояние систем. Лучшим решением является жидкокристаллический дисплей. Энергопотребление при отключённой подсветке минимально а работа с дисплеем предельно проста и не требует сильного вмешательства в код программы. Фактически, вывод информации на ЖК дисплей не многим отличается от вывода в серийный порт. В статье рассмотрено подключение знакогенерирующего дисплея на базе популярного чипа HD44780 к контроллеру Arduino.

Как работает жидкокристаллический текстовый дисплей

Для понимания некоторых нюансов полезно знать как работает знакогенерирующий дисплей. Особенностью работы дисплеев такого типа является наличие своего контроллера с собственной памятью. DDRAM — память дисплея. Для вывода символа на экран необходимо загрузить символ в ячейку памяти, а затем передать команду на отображение ячейки памяти. При передаче символы кодируются ASCII кодами. Например, при записи в память кода 0×31 на дисплей будет выведен символ «1 ». Соответствие кода символа его отображению на экране (т.е. «картинке» символа) хранится в памяти CGROM. CGROM не изменяемая память. Поэтому, дисплей может отображать только те символы, которые «зашиты» в контроллер. Именно поэтому не каждый дисплей способен отображать, например, русские символы. Дисплеи, продающиеся в нашем магазине, к сожалению, не русифицированы. Есть ещё CGRAM память. Она изменяемая. Мы можем создавать собственные символы и отображать их на дисплее. Стоит учитывать, что можно создать не более восьми символов.

Вся эта «подкапотная» работа важна только для понимания некоторых нюансов. Для Arduino существует простая и понятная библиотека, которая выполняет за вас всю черновую работу, позволяя контролировать вывод на дисплей легко и просто.

Подключение жидкокристаллического дисплея к Arduino

Для подключения дисплея его, разумеется, нужно установить на макетную плату. Обратите внимание: дисплеи, продающиеся у нас в магазине продаются без припаянного штырькового разъёма. Если вы хотите получить дисплей сразу готовый к установке на макетку, отметьте галочку «припаять разъём» на странице товара и мы припаяем разъём для вас. Передача данных на дисплей может быть организована двумя способами: по 4 или по 8 бит за раз. Соответственно, потребуется либо 4, либо 8 выводов Arduino. На практике, выигрыша в скорости при использовании восьмибитного интерфейса не будет. Поэтому, нам потребуется только 4 цифровых вывода для передачи данных. Ещё 3 вывода потребуются для задания режима работы дисплея. Итого для подключения дисплея понадобится всего 7 цифровых выходов контроллера. Контакты на дисплее подписаны, что позволит не запутаться при подключении:

Выводы нумеруем слева направо:

• 1-(VSS ) Земля дисплея. Подключается к рельсе земли.
• 2-(VDD ) Питание дисплея. Подключается к рельсе питания.
• 3-(VO ) Вход потенциометра (входит в комплект). С помощью потенциометра регулируется контрастность дисплея. К выводу дисплея подключается средний выход потенциометра.
• 4-(RS ) Вход «командного» сигнала. Подключается к любому цифровому выводу Arduino. В примере подключён к выводу №12.
• 5-(RW ) Устанавливает режим «чтения» или «записи». Мы собираемся записывать. Подключаем контакт к земле.
• 6-(E ) Enable. Ещё один «командный» вывод. Когда на вывод подаётся единица, дисплей выполняет переданную ранее команду. Подключается к любому цифровому выводу. В примере подключен к выводу №11.
• 7-10 (D0-D3 ) оставляем не подключёнными. Это контакты передачи данных, который используются в восьмибитном интерфейсе. Нам не нужны.
• 11-14 (D4-D7 ) Контакты для передачи данных в четырёхбитном режиме. Подключаются опять таки к любым цифровым выводам. В примере подключены соответственно к 5,4,3 и 2 выводам (D4 к 5 выводу, D5 к 4 и т.д.).
• 15 (A ) Анод светодиода подсветки. Токоограничительный резистор уже установлен в дисплее, поэтому анод подключается просто к рельсе питания. Поскольку в подсветке используется самый обычный светодиод, вы можете подключить его к любому выводу, поддерживающему и управлять яркостью подсветки программно.
• 16 (K ) Катод подсветки. Подключается к рельсе земли.

Визуальная схема подключения:

Программирование

Вместе с Arduino IDE поставляется прекрасная библиотека для жидкокристаллических дисплеев - LiquidCrystal . Библиотека содержит примеры, полностью раскрывающие возможности экрана. Для начала воспользуйтесь стандартным примером «HelloWorld» (Файл -> Примеры -> LiquidCrystal -> HelloWorld) или загрузите в плату следующий код:

/* *RS вывод дисплея к 12 выводу arduino *Enable вывод дисплея к 11 выводу arduino *D4 вывод дисплея к 5 выводу arduino *D5 вывод дисплея к 4 выводу arduino *D6 вывод дисплея к 3 выводу arduino *D7 вывод дисплея к 2 выводу arduino *R/W вывод дисплея к земле *Выход потенциометра к VO выводу дисплея */ // подключаем библиотеку: #include ; // Инициализируем дисплей // Перечисляем выводы arduino к которым подключены // RS, E, D4, D5, D6, D7 контакты дисплея LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); void setup() { // Указываем количество столбцов и строк дисплея: lcd.begin(16, 2); // Выводим сообщение на дисплей. lcd.print("hello, world!"); } void loop() { // устанавливаем курсор в 0 (нулевой) столбец первой строки // фактически курсор установится во вторую (нижнюю) строку // нумерация строк и столбцов начинается с нуля lcd.setCursor(0, 1); // выводим на дисплей количество секунд, // прошедших с момента загрузки платы: lcd.print(millis()/1000); }

*RS вывод дисплея к 12 выводу arduino *Enable вывод дисплея к 11 выводу arduino *D4 вывод дисплея к 5 выводу arduino *D5 вывод дисплея к 4 выводу arduino *D6 вывод дисплея к 3 выводу arduino *D7 вывод дисплея к 2 выводу arduino *R/W вывод дисплея к земле *Выход потенциометра к VO выводу дисплея // подключаем библиотеку: #include ; // Инициализируем дисплей // Перечисляем выводы arduino к которым подключены // RS, E, D4, D5, D6, D7 контакты дисплея void setup () { // Указываем количество столбцов и строк дисплея: lcd . begin (16 , 2 ) ; // Выводим сообщение на дисплей. lcd . print ("hello, world!" ) ; void loop () { // нумерация строк и столбцов начинается с нуля lcd . setCursor (0 , 1 ) ; // выводим на дисплей количество секунд, // прошедших с момента загрузки платы: lcd . print (millis () / 1000 ) ;

После загрузки этого кода в плату Arduino на экране отобразится надпись «hello, world!»(англ. «привет, Мир!» ) на первой строке и таймер, отсчитывающий секунды на второй строке.

Как обычно и бывает, код простой и понятный. Однако, мы всё же разберём его более подробно:

• LiquidCrystal lcd (12, 11, 5, 4, 3, 2) - эта строка создаёт объект дисплея, с которым мы будем работать в будущем. В скобках в качестве аргументов передаются номера пинов, к которым подключены контакты дисплея. Соответственно: RS, E, D4, D5, D6, D7. Как уже отмечалось выше, номера выводов при подключении можно выбирать совершенно произвольно.
• lcd.begin (16, 2) - здесь мы настроили размеры дисплея. В данном примере 16 столбцов и 2 строки. Для нашего дисплея 20Х4 эта строчка выглядела бы так: lcd.begin (20, 4).
• lcd.print («hello, world!») - выводит текст на дисплей. После указания размера дисплея (lcd.begin) курсор устанавливается в левый верхний угол дисплея. Поэтому, этот текст будет выведен на первой (верхней) строке слева.
• lcd.setCursor (0, 1) - устанавливает курсор на указанную позицию. В данном случае указана крайняя левая позиция второй строки. В скобках задаётся номер столбца, затем номер строки. И строки и столбцы нумеруются с нулевой позиции. Таким образом: lcd.setCursor(0, 0) - установит курсор в левый верхний угол, lcd.setCursor(15, 0) - правый нижний.
• lcd.print (millis()/1000) - уже описано выше. Здесь вместо текста в качестве параметра передаётся формула для вычисления. Результат выводится на экран.

Теперь, когда мы разобрались с простейшим примером, можно перейти к примерам посложнее. А если вы уже всё поняли и готовы купить ЖК дисплей, то я собрал для вас ссылки на проверенных мной китайских продавцов дисплеев:

Символьные ЖК дисплеи

Размер дисплея (столбцы*строки)	Цвет подстветки	Статус
20*4	Синий	проверено
20*4	Жёлтый	проверено
16*2	Синий	проверено
16*2	Жёлтый	проверено
16*2	Зелёный	проверено

Обзор других примеров библиотеки LiquidCrystal

В стандартных примерах, поставляющихся вместе с библиотекой LiquidCrystal можно найти следующие скетчи:

• Autoscroll - демонстрирует возможность прокрутки текста в автоматическом режиме. Некое подобие бегущей строки. При выводе символа предыдущие символы сдвигаются. Таким образом, новый символ выводится на одном и том же месте.

• Blink - демонстрирует возможность включить отображение мигающего курсора в виде прямоугольника.

• Cursor - демонстрирует возможность включить отображение курсора в виде мигающей горизонтальной черты.

• CustomCharacter - показана возможность создания собственных символов для отображения их на дисплее. Кстати, в этом скетче ошибка. Подробности ниже.

• Display - показывает способ «выключать» дисплей. То есть показывать или скрывать выведенный текст.

• Scroll - демонстрирует возможность прокрутки текста в ручном режиме.

• SerialDisplay - отображает на экране текст, напечатанный в окне монитора порта (т.е. текст, передающийся через серийный порт).
• setCursor - заполняет дисплей буквами, демонстрируя возможность установки курсора в любую позицию экрана.
• TextDirection - демонстрирует возможность изменять направление вывода текста (с права налево или слева направо).

Рассмотрим более подробно процедуры, возможности которых демонстрируют эти примеры:

lcd.autoscroll()

После вызова этой процедуры, текст на экране будет автоматически прокручиваться. Для остановки прокрутки, следует вызвать lcd.noAutoscroll() .

lcd.blink()

После вызова процедуры курсор примет вид мигающего прямоугольника. Для отключения следует вызвать lcd.noBlink()

lcd.cursor()

После вызова процедуры курсор примет вид мигающей горизонтальной черты. Для отключения следует вызвать lcd.noСursor() . Курсор снова станет невидимым.

lcd.createChar()

Процедура загружает в изменяемую таблицу символов экрана (в память CGRAM) символ, описанный в виде байтового массива. В качестве аргумента передаётся номер символа и массив байт, описывающий символ. Остановимся на этом более подробно. Внести в память дисплея можно не более восьми символов. Для добавления своего символа нужно:

1. Создать байтовый массив, описывающий символ.
2. Записать символ в память дисплея, присвоив ему номер в таблице символов. Символы нумеруются в диапазоне от нуля до семи.
3. Вывести символ на экран с помощью процедуры lcd.write() (не путать с lcd.print() ), в качесте аргумента которой передать номер символа.

Баг среды разработки и особенности библиотеки вылились в невозможность вывести на экран символ под номером 0 (ноль). Компилятор повстречав строку lcd.write(0) выдаст ошибку: «call of overloaded ‘write(int)’ is ambiguous «. Именно такая строка встречается в примере CustomCharacter библиотеки. При попытке скомпилировать стандартный пример, вы получите ошибку:

CustomCharacter.ino: In function ‘void setup()’: CustomCharacter:115: error: call of overloaded ‘write(int)’ is ambiguous /home/nazarovd/arduino-1.0.5/libraries/LiquidCrystal/LiquidCrystal.h:82: note: candidates are: virtual size_t LiquidCrystal::write(uint8_t) /home/nazarovd/arduino-1.0.5/hardware/arduino/cores/arduino/Print.h:49: note: size_t Print::write(const char*)

CustomCharacter . ino : In function ‘void setup () ’: CustomCharacter : 115 : error : call of overloaded ‘write (int ) ’is ambiguous / home / nazarovd / arduino - 1.0.5 / libraries / LiquidCrystal / LiquidCrystal . h : 82 : note : candidates are : virtual size_t LiquidCrystal :: write (uint8_t ) / home / nazarovd / arduino - 1.0.5 / hardware / arduino / cores / arduino / Print . h : 49 : note : size_t Print :: write (const char * )

Для устранения ошибки достаточно изменить строку lcd.write(0 ) на lcd.write((byte)0 ).
Теперь небольшой пример по созданию своего символа. Давайте выведем на дисплей символ рубля .

// Подключаем библиотеку #include ; // Инициализируем дисплей LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // Описываем свой символ. // Просто "рисуем" символ единицами // Единицы при выводе на экран окажутся закрашенными точками, нули - не закрашенными byte rubl = { 0b00000, 0b01110, 0b01001, 0b01001, 0b01110, 0b01000, 0b11110, 0b01000, }; void setup() { // записываем свой символ в память экрана // аргументами передаём номер символа // и байтовый массив, описывающий наш символ lcd.createChar(0, rubl); // настраиваем дисплей lcd.begin(16, 2); } void loop() { // устанавливаем курсор в левый верхний угод экрана lcd.setCursor(0,0); // выводим символ с номером ноль на экран lcd.write((byte)0); // ничего не делаем 10 секунд delay(10000); }

// Подключаем библиотеку #include ; // Инициализируем дисплей LiquidCrystal lcd (12 , 11 , 5 , 4 , 3 , 2 ) ;

Мы научились: управлять микроконтроллером и управлять чем то, при помощи микроконтроллера. Теперь, чтобы сделать наше устройство более дружелюбным, будем к нему подключать дисплей.

Сразу оговорюсь дисплей — символьный. Это значит что внутри у него, в памяти, уже есть алфавит. Все что нам нужно — дать команду вывести строку.

Дисплеи бывают разные: разный цвет подсветки экрана, разное количество строк, разное количество символов в строке. Поэтому, здесь рассматривается дисплей WH0802A-YGK-CT, 2 строки по 8 символов, подсветка желтая светодиодная.

Создадим проект в CodeVision. На вкладке LCD укажем порт, к которому будет подключен наш дисплей (PORTD). В строке Char/Line указываем количество символов нашего ЖК дисплея (8).

Генерируем, сохраняем проект. Приводим код к следующему виду:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

#include #asm .equ __lcd_port= 0x12 ; PORTD #endasm #include void main(void ) { PORTD= 0x00 ; DDRD= 0x00 ; lcd_init(8 ) ; while (1 ) { } ; }

#include #asm .equ __lcd_port=0x12 ;PORTD #endasm #include void main(void) { PORTD=0x00; DDRD=0x00; lcd_init(8); while (1) { }; }

Немного изменим код нашей программы:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

#include #asm .equ __lcd_port= 0x12 #endasm #include void main(void ) { PORTD= 0x00 ; DDRD= 0x00 ; lcd_init(8 ) ; lcd_gotoxy(0 , 0 ) ; lcd_putsf("lesson3" ) ; #pragma rl+ lcd_gotoxy(0 , 1 ) ; lcd_putsf("Урок3" ) ; #pragma rl- while (1 ) { } ; }

#include #asm .equ __lcd_port=0x12 #endasm #include void main(void) { PORTD=0x00; DDRD=0x00; lcd_init(8); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("lesson3"); #pragma rl+ lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Урок3"); #pragma rl- while (1) { }; }

Запустим получившийся код на симуляцию в ISIS Proteus. Как видно первая строчка отображается правильно, а вот вторая кракозябами. Дело в том, что протеус не распознает русский алфавит и если ваш дисплей не будет поддерживать его, то на реальном дисплее тоже будут непонятные символы.

Теперь нужно опробовать все это на настоящем дисплее. Тут есть свои нюансы. Открываем даташит на наш дисплейчик и видим такую вот таблицу с распиновкой:

Наверное, тут все очевидно, но все же:

1 — Земля 0В.

2 — Питание +5В.

3 — Управление контрастностью. Подключается через переменный резистор.

Светодиодная подсветка. Подключаем как обычный светодиод.

А — подключаем к «+» через токоограничивающий резистор, К — подключаем к «земле» (GND).

Еще один важный момент — микроконтроллер должен тактироваться от кварцевого резонатора, в противном случае корректная работа не гарантируется.

Внешний вид прошитого устройства

Файл прошивки и протеуса доступны

При сборке своего металлоискателя у меня на руках оказался LCD дисплей 1602, построенный на контроллера HD44780. Решил не упустить возможность и подключить его к своему китайскому аналогу Arduino UNO.

Вот такой дисплей 1602 будем сегодня подключать к Arduino.

Цифры «1602» говорят о том, что дисплей состоит из 2-х строк, по 16 символов. Это довольно распространённый экран, с применением которого народ конструирует часы, тестеры и прочие гаджеты. Дисплей бывает с зелёной и голубой подсветкой.

К дисплею я припаял гребёнку контактов, что бы можно было легко подключать провода.

Подключать дисплей 1602 к Arduino будем через 4-битный вариант параллельного интерфейса. Существует вариант и 8-битного интерфейса, но при нём задействуется больше проводов, а выигрыша в этом мы не увидим.

Кроме дисплея и Arduino, нам понадобятся провода и переменный резистор на 10кОм. Резистор подойдёт любой марки, лишь бы был необходимого номинала.

Питание на дисплей подаётся через 1-й (VSS) и 2-й (VDD) выводы. К выводам 15 (А) и 16 (K) - подаётся питание на подсветку дисплея. Поскольку для питания и подсветки используется одно напряжение +5В, запитаем их от пинов Arduino «5V» и «GND» . Главное не перепутать полярность, иначе можно спалить электронику дисплея.

3-й вывод (V0) подключаем к ножке переменного резистора, им будем управлять контрастностью дисплея. Резистор можно не использовать, а вывод «V0» подключить к GND . В таком случае контрастность будет максимальной и не будет возможности её плавной регулировки.

5-й вывод (RW) используется для чтения с дисплея либо для записи в него. Поскольку мы будем только писать в дисплей, соединим этот вывод с землёй (GND) .

Выводы: 4-й (RS) , 6-й (E) , 11-й (D4) , 12-й (D5) , 13-й (D6) , 14-й (D7) подключаем к цифровым пинам Arduino. Не обязательно использовать пины те же что и у меня, можно подключить к любым цифровым, главное затем правильно их выставить в скетче.

Моя подключённая Ардуина, осталось соединить её с компьютером через USB и залить скетч.

В примете будем использовать скетч из стандартного набора.

В Arduino IDE выбираем «Файл» - «Образцы» - «LiquidCrystal» - «HelloWorld» .

Давайте посмотрим на код скетча.

В строке «LiquidCrystal lcd» , в скобках, выставлены цифровые пины, которые задействованы на Arduino. Пины выставляются в такой последовательности: RS, E, DB4, DB5, DB6, DB7 . Если вы задействовали другие цифровые пины, при подключении дисплея, впишите их в нужной последовательности в скобках.

В строке «lcd.print("hello, world!");» выводится приветствие на дисплей, по-умолчанию это надпись «hello, world!» , её можно поменять на любую свою, пишем на латинице.

Загружаем скетч в Arduino и вот результат. Вместо «hello, world!» я вписал свой сайт. Строкой ниже, таймер производит отсчёт времени.

Некоторое время лежал без дела вот такой дисплей.

И вот появилось желание прикрутить его к одному из проектов, можно, конечно, постараться найти библиотеку с готовыми функциями, но в таком случае картина, о том как работает дисплей, будет неполная, а нас это не устраивает. Один раз, разобравшись с принципом работы LCD дисплея, не составит большого труда написать свою библиотеку под нужный дисплей, если она отсутствуют или чем-то не устраивает.

Итак, начнём.
Первое что надо сделать - это найти распиновку, то есть какой контакт за что отвечает, второе - найти название контроллера, который управляет дисплеем, для этого скачиваем даташит на данный LCD и открываем его на первой странице.

Контакты считаются слева направо, первый отмечен красной стрелочкой. Напряжение питание равно 5 вольтам, управляющий контроллер S6A0069 или аналогичный, например, ks0066U .

Для чего мы искали название управляющего контроллера? Дело в том, что в даташите на дисплей есть временные задержки(timing diagram), описана система команд, но нет банальной инициализации, а без неё никуда.
Далее, открываем вторую страницу и видим таблицу, в которой написано какой контакт за, что отвечает.

DB7…DB0 – шина данных/адреса.

R/W - определяет что будем делать, считывать(R/W=1) или записывать(R/W=0)

R/S – определяет, что будем слать команду(RS=0) или данные(RS=1)

E – стробирующий вход, изменяя сигнал на этом входе мы разрешаем дисплею считывать/записывать данные.

LED± – управление подсветкой.

Надо сказать, что на доставшемся мне дисплее подсветка просто так не включится, для этого надо впаять резистор, обозначенный на плате как R7. Но пока она нам и не нужна.

Скачиваем даташит на управляющий контроллер и находим инструкцию по инициализации. Картинки можно увеличить, кликнув по ним.

Оказывается, таких инструкций целых две, для 8-битного и 4-битного режима. Что ж это за режимы такие? Данные режимы определяют по скольки проводкам будут передаваться данные: по четырём, либо по восьми. Давайте рассмотрим передачу по 4 проводам , в таком случае дисплей будет работать медленнее, но зато мы сэкономим 4 вывода микроконтроллера, да и реализация восьмибитного режима не намного отличается.

Схема подключения информационных выглядит следующим образом.

Контрастность можно регулировать включив потенциометр между выводами питания.

Хотелось бы обратить внимание, что во время инициализации R/S и R/W всегда равны нулю, то есть мы будем слать команды .

При инициализации можно настроить:

• N - количество отображаемых строк
• C - включить или выключить курсор
• B - сделать курсор мигающим
• I/D - увеличивать или уменьшать значение счётчика адреса
• SH - двигать окошко дисплея

Два последние пункта рассмотрим подробнее.
На картинке ниже показано по какому адресу надо писать данные чтобы они отобразились в определённой позиции, например, если мы хотим вывести символ на первой позиции второй строки , то мы должны писать по адресу 0х40.

После этого значение счётчика автоматически изменится, либо увеличится, либо уменьшится, а вместе с ним изменится и положение курсора.

Кстати, память в которую мы пишем, называется DDRAM , все что мы запишем в эту память выведется на дисплей, ещё есть CGROM , в которой хранится таблица знакогенератора.

Эту таблицу нельзя изменить, но из неё можно брать уже готовые символы. Ещё один вид памяти это CGRAM , она то же представляет собой таблицу знакогенератора, но символы в этой таблице мы рисуем сами.

Теперь пару слов о движении экрана, дело в том что обычно на дисплее мы видим не всю DDRAM, а лишь определённую часть, как показано на картинке ниже.

В невидимую часть мы также можем писать, но то что мы запишем видно не будет, до тех пор, пока мы не подвинем на это место окошко экрана.

С теорией закончили переходим к практике.
Картина общения с LCD дисплеем в 4-битном режиме выглядит следующим образом.

Данные шлются байтами, но так, как у нас 4-битный режим, то для того чтобы отправить байт надо сделать 2 посылки, старшим битом вперёд. На картинке первая посылка обозначена D7(старшая тетрада), вторая D3(младшая тетрада). Перед следующей посылкой мы должны проверить флаг занятости и если он не установлен снова можно слать, если установлен ждём, пока контроллер, управляющий LCD закончит свои дела.

Имея общую картину посылки, давайте разберемся как реализовать операцию отправки.

Для отправки надо по 8-битной шине:

• R/W установить в 0
• выдаём код команды/данные в шину
• задержка 2us
• опускаем строб Е

Операция чтения реализуется аналогично:

• убедиться, что управляющий контроллер свободен
• R/W установить в 1
• поднимаем строб E(в этот момент LCD выдаст данные в шину)
• задержка 2us
• читаем то что выдал LCD
• опускаем строб Е

Откуда взялась задержка 2us?

Выше таймингов есть таблица в которой написано чему равны задержки изображённые на графике, так вот длительность стробирующего импульса - tw должна быть равна 230nS или 450nS в зависимости от напряжения питания, мы взяли чуть с запасом. Почему мы учли только эту задержку? Потому что значение остальных задержек очень мало.

Для отправки по 4-битной шине:

• убедиться, что управляющий контроллер свободен
• установить RS в 0(команда) или 1(данные), в зависимости оттого что будем слать
• R/W установить в 0
• поднимаем строб E(устанавливаем в 1)
• выдаём старшую тетраду в шину
• задержка 2us
• опускаем строб Е
• задержка 1us
• поднимаем строб E(устанавливаем в 1)
• выдаём младшую тетраду в шину
• задержка 2us
• опускаем строб Е

Для чтения по 4-битной шине:

• убедиться, что управляющий контроллер свободен
• порт данных на вход с подтяжкой
• установить RS в 0(команда) или 1(данные), в зависимости оттого что будем читать
• R/W установить в 1
• поднимаем строб E(устанавливаем в 1)
• задержка 2us
• читаем старшую тетраду
• опускаем строб Е
• задержка 1us
• поднимаем строб E(устанавливаем в 1)
• задержка 2us
• читаем младшую тетраду
• опускаем строб Е

Поднятие строба и вывод команды/данных в шину, можно поменять местами. Теперь не составит труда инициализировать дисплей. Для упрощения инициализации, мы заменим чтение флага занятости задержкой, а работу с флагом рассмотрим позже.
Надо отметить, что при инициализации в 4-битном режиме используются 4-битные команды, а после инициализации 8-битная система команд, поэтому для инициализации мы реализуем отдельную функцию отправки команд void Write_Init_Command(uint8_t data) .
//Код инициализации для Atmega16 #define F_CPU 8000000UL #define LCD_PORT PORTA #define LCD_DDR DDRA #define LCD_PIN PINA #define DATA_BUS 0XF0 #define RS 0 #define RW 1 #define E 2 #include #include void Write_Init_Command(uint8_t data) { //ножки по которым передаются команды/данные на выход LCD_DDR |= DATA_BUS; //будем слать команду LCD_PORT &= ~(1<Весело мигающий курсор, свидетельствует о том, что инициализация прошла успешно. В

• Модуль FC-113 сделан на базе микросхемы PCF8574T, которая представляет собой 8-битный сдвиговый регистр - «расширитель» входов-выходов для последовательной шины I2C. На рисунке микросхема обозначена DD1.
• R1 - подстроечный резистор для регулировки контрастности ЖК дисплея.
• Джампер J1 используется для включения подсветки дисплея.
• Выводы 1…16 служат для подключения модуля к выводам LCD дисплея.
• Контактные площадки А1…А3 нужны для изменения адреса I2C устройства. Запаивая соответствующие перемычки, можно менять адрес устройства. В таблице приведено соответствие адресов и перемычек: "0" соответствует разрыву цепи, "1" - установленной перемычке. По умолчанию все 3 перемычки разомкнуты и адрес устройства 0x27 .

2 Схема подключения ЖК дисплея к Arduino по протоколу I2C

Подключение модуля к Arduino осуществляется стандартно для шины I2C: вывод SDA модуля подключается к аналоговому порту A4, вывод SCL - к аналоговому порту A5 Ардуино. Питание модуля осуществляется напряжением +5 В от Arduino. Сам модуль соединяется выводами 1…16 с соответствующими выводами 1…16 на ЖК дисплее.

3 Библиотека для работы по протоколу I2C

Теперь нужна библиотека для работы с LCD по интерфейсу I2C. Можно воспользоваться, например, вот этой (ссылка в строке "Download Sample code and library").

Скачанный архив LiquidCrystal_I2Cv1-1.rar разархивируем в папку \libraries\ , которая находится в директории Arduino IDE.

Библиотека поддерживает набор стандартных функций для LCD экранов:

Функция	Назначение
LiquidCrystal()	создаёт переменную типа LiquidCrystal и принимает параметры подключения дисплея (номера выводов);
begin()	инициализация LCD дисплея, задание параметров (кол-во строк и символов);
clear()	очистка экрана и возврат курсора в начальную позицию;
home()	возврат курсора в начальную позицию;
setCursor()	установка курсора на заданную позицию;
write()	выводит символ на ЖК экран;
print()	выводит текст на ЖК экран;
cursor()	показывает курсор, т.е. подчёркивание под местом следующего символа;
noCursor()	прячет курсор;
blink()	мигание курсора;
noBlink()	отмена мигания;
noDisplay()	выключение дисплея с сохранением всей отображаемой информации;
display()	включение дисплея с сохранением всей отображаемой информации;
scrollDisplayLeft()	прокрутка содержимого дисплея на 1 позицию влево;
scrollDisplayRight()	прокрутка содержимого дисплея на 1 позицию вправо;
autoscroll()	включение автопрокрутки;
noAutoscroll()	выключение автопрокрутки;
leftToRight()	задаёт направление текста слева направо;
rightToLeft()	направление текста справа налево;
createChar()	создаёт пользовательский символ для LCD-экрана.

4 Скетч для вывода текста на LCD экран по шине I2C

Откроем образец: Файл Образцы LiquidCrystal_I2C CustomChars и немного его переделаем. Выведем сообщение, в конце которого будет находиться мигающий символ. В комментариях к коду прокомментированы все нюансы скетча.

#include // подключаем библиотеку Wire #include // подключаем библиотеку ЖКИ #define printByte(args) write(args); // uint8_t heart = {0x0,0xa,0x1f,0x1f,0xe,0x4,0x0}; // битовая маска символа «сердце» LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Задаём адрес 0x27 для LCD дисплея 16x2 void setup() { lcd.init(); // инициализация ЖК дисплея lcd.backlight(); // включение подсветки дисплея lcd.createChar(3, heart); // создаём символ «сердце» в 3 ячейке памяти lcd.home(); // ставим курсор в левый верхний угол, в позицию (0,0) lcd.!"); // печатаем строку текста lcd.setCursor(0, 1); // перевод курсора на строку 2, символ 1 lcd.print(" i "); // печатаем сообщение на строке 2 lcd.printByte(3); // печатаем символ «сердце», находящийся в 3-ей ячейке lcd.print(" Arduino "); } void loop() { // мигание последнего символа lcd.setCursor(13, 1); // перевод курсора на строку 2, символ 1 lcd.print("\t"); delay(500); lcd.setCursor(13, 1); // перевод курсора на строку 2, символ 1 lcd.print(" "); delay(500); }

Кстати, символы, записанные командой lcd.createChar(); , остаются в памяти дисплея даже после выключения питания, т.к. записываются в ПЗУ дисплея 1602.

5 Создание собственных символов для ЖК дисплея

Немного подробнее рассмотрим вопрос создания собственных символов для ЖК экранов. Каждый символ на экране состоит из 35-ти точек: 5 в ширину и 7 в высоту (+1 резервная строка для подчёркивания). В строке 6 приведённого скетча мы задаём массив из 7-ми чисел: {0x0, 0xa, 0x1f, 0x1f, 0xe, 0x4, 0x0} . Преобразуем 16-ричные числа в бинарные: {00000, 01010, 11111, 11111, 01110, 00100, 00000} . Эти числа - не что иное, как битовые маски для каждой из 7-ми строк символа, где "0" обозначают светлую точку, а "1" - тёмную. Например, символ сердца, заданный в виде битовой маски, будет выглядеть на экране так, как показано на рисунке.

6 Управление ЖК экраном по шине I2C

Загрузим скетч в Arduino. На экране появится заданная нами надпись с мигающим курсором в конце.

7 Что находится «за» шиной I2C

В качестве бонуса рассмотрим временную диаграмму вывода латинских символов "A", "B" и "С" на ЖК дисплей. Эти символы имеются в ПЗУ дисплея и выводятся на экран просто передачей дисплею их адреса. Диаграмма снята с выводов RS, RW, E, D4, D5, D6 и D7 дисплея, т.е. уже после преобразователя FC-113 «I2C параллельная шина». Можно сказать, что мы погружаемся немного «глубже» в «железо».

Временная диаграмма вывода латинских символов "A", "B" и "С" на LCD дисплей 1602

На диаграмме видно, что символы, которые имеются в ПЗУ дисплея (см. стр.11 даташита, ссылка ниже), передаются двумя полубайтами, первый из которых определяет номер столбца таблицы, а второй - номер строки. При этом данные «защёлкиваются» по фронту сигнала на линии E (Enable), а линия RS (Register select, выбор регистра) находится в состоянии логической единицы, что означает передачу данных. Низкое состояние линии RS означает передачу инструкций, что мы и видим перед передачей каждого символа. В данном случае передаётся код инструкции возврата каретки на позицию (0, 0) ЖК дисплея, о чём также можно узнать, изучив техническое описание дисплея.

И ещё один пример. На этой временной диаграмме показан вывод символа «Сердце» на ЖК дисплей.

Опять, первые два импульса Enable соответствуют инструкции Home() (0000 0010 2) - возврат каретки на позицию (0; 0), а вторые два - вывод на ЖК дисплей хранящийся в ячейке памяти 3 10 (0000 0011 2) символ «Сердце» (инструкция lcd.createChar(3, heart); скетча).