Подключение дисплея LCD 1602 к arduino по i2c / IIC

LCD дисплей – частый гость в проектах ардуино. Но в сложных схемах у нас может возникнуть проблема недостатка портов Arduino из-за необходимости подключить экран, у которого очень очень много контактов. Выходом в этой ситуации может стать I2C /IIC переходник, который подключает практически стандартный для Arduino экран 1602 к платам Uno, Nano или Mega всего лишь при помощи 4 пинов. В этой статье мы посмотрим, как можно подключить LCD экран с интерфейсом I2C, какие можно использовать библиотеки, напишем короткий скетч-пример и разберем типовые ошибки.

ЖК дисплей Arduino LCD 1602

Жидкокристаллический дисплей (Liquid Crystal Display) LCD 1602 является хорошим выбором для вывода строк символов в различных проектах. Он стоит недорого, есть различные модификации с разными цветами подсветки, вы можете легко скачать готовые библиотеки для скетчей Ардуино. Но самым главным недостатком этого экрана является тот факт, что дисплей имеет 16 цифровых выводов, из которых обязательными являются минимум 6. Поэтому использование этого LCD экрана без i2c добавляет серьезные ограничения для плат Arduino Uno или Nano. Если контактов не хватает, то вам придется покупать плату Arduino Mega или же сэкономить контакты, в том числе за счет подключения дисплея через i2c.

Краткое описание пинов LCD 1602

Давайте посмотрим на выводы LCD1602 повнимательней:

Каждый из выводов имеет свое назначение:

Технические характеристики дисплея:

Схема подключения LCD к плате Ардуино без i2C

Стандартная схема присоединения монитора напрямую к микроконтроллеру Ардуино без I2C выглядит следующим образом.

Из-за большого количества подключаемых контактов может не хватить места для присоединения нужных элементов. Использование I2C уменьшает количество проводов до 4, а занятых пинов до 2.

Где купить LCD экраны и шилды для ардуино

LCD экран 1602 (и вариант 2004) довольно популярен, поэтому вы без проблем сможете найти его как в отечественных интернет-магазинах, так и на зарубежных площадках. Приведем несколько ссылок на наиболее доступные варианты:

Описание протокола I2C

Прежде чем обсуждать подключение дисплея к ардуино через i2c-переходник, давайте вкратце поговорим о самом протоколе i2C.

I2C / IIC(Inter-Integrated Circuit) – это протокол, изначально создававшийся для связи интегральных микросхем внутри электронного устройства. Разработка принадлежит фирме Philips. В основе i2c протокола является использование 8-битной шины, которая нужна для связи блоков в управляющей электронике, и системе адресации, благодаря которой можно общаться по одним и тем же проводам с несколькими устройствами. Мы просто передаем данные то одному, то другому устройству, добавляя к пакетам данных идентификатор нужного элемента.

Самая простая схема I2C может содержать одно ведущее устройство (чаще всего это микроконтроллер Ардуино) и несколько ведомых (например, дисплей LCD). Каждое устройство имеет адрес в диапазоне от 7 до 127. Двух устройств с одинаковым адресом в одной схеме быть не должно.

Плата Arduino поддерживает i2c на аппаратном уровне. Вы можете использовать пины A4 и A5 для подключения устройств по данному протоколу.

В работе I2C можно выделить несколько преимуществ:

Модуль i2c для LCD 1602 Arduino

Самый быстрый и удобный способ использования i2c дисплея в ардуино – это покупка готового экрана со встроенной поддержкой протокола. Но таких экранов не очень много истоят они не дешево. А вот разнообразных стандартных экранов выпущено уже огромное количество. Поэтому самым доступным и популярным сегодня вариантом является покупка и использование отдельного I2C модуля – переходника, который выглядит вот так:

С одной стороны модуля мы видим выводы i2c – земля, питание и 2 для передачи данных. С другой переходника видим разъемы внешнего питания. И, естественно, на плате есть множество ножек, с помощью которых модуль припаивается к стандартным выводам экрана.

Для подключения к плате ардуино используются i2c выходы. Если нужно, подключаем внешнее питание для подстветки. С помощью встроенного подстроечного резистора мы можем настроить настраиваемые значения контрастности J

На рынке можно встретить LCD 1602 модули с уже припаянными переходниками, их использование максимально упощено. Если вы купили отдельный переходник, нужно будет предварительно припаять его к модулю.

Подключение ЖК экрана к Ардуино по I2C

Для подключения необходимы сама плата Ардуино, дисплей, макетная плата, соединительные провода и потенциометр.

Если вы используете специальный отдельный i2c переходник, то нужно сначала припаять его к модулю экрана. Ошибиться там трудно, можете руководствоваться такой схемой.

Жидкокристаллический монитор с поддержкой i2c подключается к плате при помощи четырех проводов – два провода для данных, два провода для питания.

И это все! Никаких паутин проводов, в которых очень легко запутаться. При этом всю сложность реализации i2C протокола мы можем просто доверить библиотекам.

Библиотеки для работы с i2c LCD дисплеем

Для взаимодействие Arduino c LCD 1602 по шине I2C вам потребуются как минимум две библиотеки:

После подключения к скетчу всех необходимых библиотек мы создаем объект и можем использовать все его функции. Для тестирования давайте загрузим следующий стандартный скетч из примера.

Описание функций и методов библиотеки LiquidCrystal_I2C:

Альтернативная библиотека для работы с i2c дисплеем

В некоторых случаях при использовании указанной библиотеки с устройствами, оснащенными контроллерами PCF8574 могут возникать ошибки. В этом случае в качестве альтернативы можно предложить библиотеку LiquidCrystal_PCF8574.h. Она расширяет LiquidCrystal_I2C, поэтому проблем с ее использованием быть не должно.

Скачать библиотеку можно на нашем сайте. Библиотека также встроена в последние версии Arduino IDE.

Проблемы подключения i2c lcd дисплея

Если после загрузки скетча у вас не появилось никакой надписи на дисплее, попробуйте выполнить следующие действия.

Во-первых, можно увеличить или уменьшить контрастность монитора. Часто символы просто не видны из-за режима контрастности и подсветки.

Если это не помогло, то проверьте правильность подключения контактов, подключено ли питание подсветки. Если вы использовали отдельный i2c переходник, то проверьте еще раз качество пайки контактов.

Другой часто встречающейся причиной отсутствия текста на экране может стать неправильный i2c адрес. Попробуйте сперва поменять в скетче адрес устройства с 0x27 0x20 или на 0x3F. У разных производителей могут быть зашиты разные адреса по умолчанию. Если и это не помогло, можете запустить скетч i2c сканера, который просматривает все подключенные устройства и определяет их адрес методом перебора. Пример скетча i2c сканера.

Если экран все еще останется нерабочим, попробуйте отпаять переходник и подключить LCD обычным образом.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели основные вопросы использования LCD экрана в сложных проектах ардуино, когда нам нужно экономить свободные пины на плате. Простой и недорогой переходник i2c позволит подключить LCD экран 1602, занимая всего 2 аналоговых пина. Во многих ситуациях это может быть очень важным. Плата за удобство – необходимость в использовании дополнительного модуля – конвертера и библиотеки. На наш взгляд, совсем не высокая цена за удобство и мы крайне рекомендуем использовать эту возможность в проектах.

Источник

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.

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.

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:

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!

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

Источник