Подключение i2c экрана к arduino

Исходный код программы

Чтобы в программе подключить ЖК дисплей к ARDUINO UNO, необходимо сделать следующие несколько вещей:

Arduino

#include <LiquidCrystal.h>
lcd.begin(16, 2);
LiquidCrystal lcd(0, 1, 8, 9, 10, 11);
lcd.print(«hello, world!»);

1
2
3
4

#include <LiquidCrystal.h>

lcd.begin(16,2);

LiquidCrystallcd(,1,8,9,10,11);

lcd.print(«hello, world!»);

В первую очередь мы должны подключить заголовочный файл (‘#include <LiquidCrystal.h>’), в котором находятся все необходимые инструкции для взаимодействия с ЖК дисплеем, что значительно упростит взаимодействие с ним в 4 битном режиме. Используя этот заголовочный файл нам не нужно будет передавать в ЖК дисплей бит за битом и нам не нужно будет самим программировать какие-либо функции для взаимодействия с ЖК дисплеем.

Во второй строчке мы должны сказать плате ARDUINO UNO какой тип ЖК дисплея мы собираемся использовать, поскольку существует достаточно большое число типов подобных дисплеев, например, 20×4, 16×2, 16×1 и т.д. В нашем проекте мы собираемся подключать к ARDUINO UNO ЖК дисплей 16х2, поэтому мы и должны записать команду ‘lcd.begin(16, 2);’. А если бы мы подключали ЖК дисплей 16х1, то в этом случае изменилась бы и команда соответствующим образом — ‘lcd.begin(16, 1);’.

В следующей инструкции мы сообщаем плате ARDUINO UNO к каким контактам мы подсоединили ЖК дисплей. В нашем случае мы использовали контакты ЖК дисплея “RS, En, D4, D5, D6, D7”, которые подсоединены к контактам «0, 1, 8, 9, 10, 11» ARDUINO UNO, поэтому и приведенная команда выглядит следующим образом — “LiquidCrystal lcd(0, 1, 8, 9, 10, 11);”.

Для того, чтобы напечатать на экране дисплея строку символов, мы использовали команду lcd.print(«hello, world!»), которая выводит на экран дисплея строку ‘hello, world!’.

Как мы видим из представленного кода, нам не нужно заботиться больше ни о каких аспектах взаимодействия с ЖК дисплеем, нам нужно просто инициализировать ЖК дисплей в программе и тогда плата ARDUINO UNO будет готова к отображению информации на экране дисплея.

Далее представлен исходный код программы (с комментариями) для взаимодействия платы ARDUINO UNO с ЖК дисплеем 16х2.

Arduino

#include <LiquidCrystal.h> // инициализируем библиотеку для взаимодействия с ЖК дисплеем
LiquidCrystal lcd(0, 1, 8, 9, 10, 11); /// сообщаем Arduino номера контактов, к которым подключен ЖК дисплей — REGISTER SELECT PIN,ENABLE PIN,D4 PIN,D5 PIN, D6 PIN, D7 PIN
void setup()
{
// устанавливаем число столбцов и строк для ЖК дисплея
lcd.begin(16, 2);
}

void loop()
{
// устанавливаем курсор в нулевой столбец первой строки
lcd.print(» CIRCUIT DIGEST»); //печатаем строку
lcd.setCursor(0, 1); // устанавливаем курсор в нулевой столбец второй строки
lcd.print(«http://www.circuitdigest.com/»);//печатаем строку
delay(750); //задержка на 0.75 сек
lcd.scrollDisplayLeft();// переключаем данные на ЖК дисплее
lcd.setCursor(0, 0);// устанавливаем курсор в нулевой столбец первой строки
}

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

#include <LiquidCrystal.h> // инициализируем библиотеку для взаимодействия с ЖК дисплеем

LiquidCrystallcd(,1,8,9,10,11);/// сообщаем Arduino номера контактов, к которым подключен ЖК дисплей — REGISTER SELECT PIN,ENABLE PIN,D4 PIN,D5 PIN, D6 PIN, D7 PIN

voidsetup()

{

// устанавливаем число столбцов и строк для ЖК дисплея  

lcd.begin(16,2);

}

voidloop()

{

// устанавливаем курсор в нулевой столбец первой строки  

lcd.print(»   CIRCUIT DIGEST»);//печатаем строку

lcd.setCursor(,1);// устанавливаем курсор в нулевой столбец второй строки  

lcd.print(«http://www.circuitdigest.com/»);//печатаем строку

delay(750);//задержка на 0.75 сек

lcd.scrollDisplayLeft();// переключаем данные на ЖК дисплее

lcd.setCursor(,);// устанавливаем курсор в нулевой столбец первой строки  

}

Режим самотестирования

Самотестирование дисплея необходимо для того, чтобы проверить его работоспособность еще до подключения к системе. Чтобы запустить этот режим, нужно подать питание на подсветку, а напряжение — на контроллер. Сделать это можно с использованием потенциометра или мультиметра на 10 или 50 кОм, подсоединив следующие контакты:

  • VSS и заземление;
  • VDD и источник питания 5В;
  • V0 и потенциометр;
  • A и источник питания 5В;
  • K и заземление.

После того как схема соединена, вся верхняя строка дисплея должна засветиться сплошными темными прямоугольниками. Если это произошло — LCD 1602 в порядке, если нет — либо не настроена контрастность, либо устройство не работает. Откорректировать контрастность экрана можно с помощью потенциометра, покрутив его ручку.

Примеры работы для Espruino

В качестве примера подключим дисплей к управляющей плате Iskra JS.

Подключение к Iskra JS

Для коммуникации понадобится Breadboard Half и соединительные провода «папа-папа».

Вывод Обозначение Пин Iskra JS
1 GND GND
2 VCC 5V
3 VO GND
4 RS P11
5 R/W GND
6 E P12
7 DB0
8 DB1
9 DB2
10 DB3
11 DB4 P5
12 DB5 P4
13 DB6 P3
14 DB7 P2
15 VCC 5V
16 GND GND

Вывод текста

Для вывода программы приветствия, воспользуйтесь скриптом:

hello-amperka.js
// создаём переменную для работы с дисплеем
// HD44780 — контроллер монохромных жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев
var lcd = require("HD44780").connect(P11,P12,P5,P4,P3,P2);
// печатем первую строку
lcd.print("Hello world");
// устанавливаем курсор в колонку 0, строку 1
// на самом деле это вторая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(, 1);
// печатаем вторую строку
lcd.print("Do It Yourself");

Кирилица

Вывод кирилицы на дисплей с помощью платформы Iskra JS доступен через встроенную в дисплей таблицу знакогенератора.

Таблица знакогенератора

Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора, которые состоят из различных символов и букв.

Для вывода символа на дисплей необходимо передать его номер в шестнадцатеричной системе из таблицы знакогенератора.

Так букве соответствует код в шестнадцатеричной системе. Чтобы передать на экран строку «Яndex», необходимо в явном виде с помощью последовательности встроить в строку код символа:

lcd.print("\xB1ndex");

Вы 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 , он считывает за ним все символы, которые могут являться разрядами шестнадцатеричной системы даже если их больше двух. Из-за этого нельзя использовать символы из диапазона и следом за двузначным кодом символа, иначе на дисплее отобразится неправильная информация. Чтобы обойти этот момент, можно использовать тот факт, что две строки записанные рядом склеиваются.

Сравните две строки кода для вывода надписи «Яeee»:

lcd.print("\xB1eee"); // ошибка
lcd.print("\xB1"+"eee"); // правильно

Используя полученную информацию выведем на дисплей сообщение «Привет, Амперка!»:

hello-amperka-rus.js
// создаём переменную для работы с дисплеем
// HD44780 — контроллер монохромных жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев
var lcd = require("HD44780").connect(P11,P12,P5,P4,P3,P2);
// устанавливаем курсор в колонку 5, строку 0
// на самом деле это первая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(5, );
// печатаем первую строку
lcd.print("\xA8"+"p"+"\xB8\xB3"+"e\xBF");
// устанавливаем курсор в колонку 3, строку 1
// на самом деле это вторая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(3, 1);
// печатаем вторую строку
lcd.print("o\xBF"+" A\xBC\xBE"+"ep\xBA\xB8");;

Переключение страниц знакогенератора

Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора. По умолчанию установлена нулевая страница. Для переключения между страницами используйте методы:

// переключение с нулевой страницы на первую
command(0x101010);
// переключение с первой страницы на нулевую
command(0x101000);

Дисплей не может одновременно отображать символы разных страниц.

Рассмотрим пример, в котором одна и та же строка будет отображаться по-разному — в зависимости от выбранной страницы.

change-page.js
// создаём переменную для работы с дисплеем
// HD44780 — контроллер монохромных жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев
var lcd = require("HD44780").connect(P11,P12,P5,P4,P3,P2);
// создаём переменную состояния
var state = false;
// устанавливаем курсор в колонку 5, строку 0
// на самом деле это первая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(5, );
// печатаем первую строку
lcd.print("\x9b\x9c\x9d\x9e\x9f");
 
setInterval(function() {
  // каждую секунду меняем переменую состояния
  state = !state;
  // вызываем функцию смены адреса страницы
  lcdChangePage();
}, 1000);
 
function lcdChangePage () {
  if (state) {
    // устанавливаем 0 станицу знакогенератора (стоит по умолчанию) 
    lcd.write(0b101000, 1);
  } else {
    // устанавливаем 1 станицу знакогенератора
    lcd.write(0b101010, 1);
  }
}

Полную таблицу символов с кодами можно найти в документации к экрану.

Заметки на полях

Необходимые компоненты

  1. Любая Arduino, например Arduino Uno.
  2. Плата расширения Ethernet Shield v2 или совместимые с ней.
  3. Монтажная плата (Breadboard) для удобного подключения.
  4. Набор перемычек и/или соединительные провода.
  5. Пара 10-пиновых шлейфов для подключения к модулю TE-ULCD (можно использовать гибкие перемычки типа мама-папа).
  6. Три сопротивления номиналом 1,7 КОм (для делителя напряжения).
  7. Три сопротивления номиналом 3,3 КОм (для делителя напряжения).
  8. Четыре штырьковых соединителя (для подключения TE-ULCD к монтажной плате).
  9. Универсальный дисплейный модуль TE-ULCD35 или TE-ULCD56 (разница только в размерах экрана 320х240 или 640х480).

Объяснение скетча для мастера

Основная часть кода как для ведущего, так и для ведомых устройств — это то, что я называю логическим кодом мигания. Чтобы мигнуть светодиодом 13 на Ардуино, мы должны сделать следующее:

  • Добавим глобальные переменные , , и в верхней части нашего скетча
  • Инициализируйте значения глобальных переменных внутри функции
  • Инициализируйте контакт 13 Arduino как выходной контакт внутри с помощью
  • Добавим код логики мигания внутри функции

Библиотека Wire

Для использования встроенного интерфейса I2C Arduino мы будем использовать библиотеку Wire.

Эта библиотека поставляется в стандартной комплектации с Arduino IDE. Как и в других библиотеках Arduino, библиотека Wire имеет готовые I2C функции, чтобы сделать кодирование проще для нас.

Чтобы использовать функции библиотеки Wire, мы должны добавить его сначала в наш эскиз. В эскизе выше, у нас есть следующая строка в верхней части:

После включения библиотеки мы можем использовать встроенные функции библиотеки.

Первое, что нужно сделать, это подключить устройство к шине I2C. Синтаксис для этого — . Адрес является необязательным для мастер-устройств. Итак, для эскиза мастера Arduino, мы просто добавляем код внутри .

Теперь мы переходим к циклу . Наш код заставит Arduino прочитать значение потенциометра, подключенного к контакту A0, и сохранить его в переменной .

Отправка данных

После сохранения значения с пина A0 в переменную , мы можем отправить значение по I2C. Отправка данных по I2C включает в себя три функции:

Wire.beginTransmission()

Мы инициируем команду отправки, сначала информируя устройства на шине о том, что мы будем отправлять данные.

Для этого мы вызываем функцию . Адрес — это I2C-адрес ведомого прибора, который будет принимать данные. Эта функция делает две вещи:

  1. Она информирует шину о том, что мы будем посылать данные.
  2. Он информирует предполагаемого получателя о том, что данные готовы к получению.

Wire.endTransmission()

После отправки данных нам необходимо освободить сеть, чтобы позволить другим устройствам общаться по сети. Это делается с помощью функции .

Наше ведущее устройство также должно получить положение потенциометра от ведомого устройства. Мы делаем это с помощью , и .

Wire.requestFrom()

Полным синтаксисом запроса данных от ведомого устройства является Wire.requestFrom(адрес, количество).

Адрес — это I2C-адрес ведомого устройства, от которого мы должны получить данные, а количество — это количество байтов, которое нам нужно. Для нашего проекта, адрес ведомого устройства 0x08 и нам нужен один байт.

Внутри мы используем для запроса одного байта данных от ведомого устройства 0x08.

После выдачи команды , за ней должна следовать команда чтения для получения ответа от шины I2C.

Write.available()

Сначала мы проверяем, есть ли данные на шине. Это делается с помощью функции внутри условного оператора . Функция возвращает количество байт, ожидающих чтения.

Wire.read();

Для получения доступных данных мы используем функцию и сохраняем возвращаемое значение в переменную . Каждый вызов функции получает только один байт данных из шины I2C.

Основные характеристики lcd 1602

Ниже приведены основные характеристики дисплея LCD 1602:

  • размер — 80×36 мм;
  • светодиодная подсветка;
  • 6 обязательных портов из 16 при стандартном подключении к Arduino;
  • чипы ST7066U и ST7065S;
  • работает при температуре от -20°C до +70°C;
  • источник питания — 5В;
  • угол обзора — 180°C;
  • 2 строки вывода по 16 символов;
  • размер 1 символа — 4,35×2,95 мм;
  • размер точки — 0,5×0,5 мм;
  • в качестве стандартной используется библиотека LiquidCrystal.

Дисплей может использоваться с разными наборами библиотек, которые доступны бесплатно. При отсутствии необходимых символов в памяти контроллера допускается их самостоятельное создание.

Распиновка LCD модуля 1602

Назначение выводов дисплея 1602

Вывод Обозначение Пин Arduino Uno
1- земля GND; GND GND
2-питание 5 В; VCC 5V
3-установка контрастности монитора; VO GND
4-команда, данные; RS 11
5-записывание и чтение данных; R/W GND
6-enable; E 12
7- линии данных; DB0
8- линии данных; DB1
9- линии данных; DB2
10- линии данных; DB3
11- линии данных; DB4 5
12- линии данных; DB5 4
13- линии данных; DB6 3
14- линии данных; DB7 2
15- плюс подсветки; VCC 5V
16- минус подсветки; GND GND

Основные технические характеристики дисплея 1602

  • наличие светодиодной подсветки;
  • контроллер HD44780;
  • напряжение питания 5 В;
  • размер дисплея 16х2 символов;
  • диапазон рабочей температуры от -20 С до +70 С;
  • угол обзора 180 градусов.

Есть ли возможность менять яркость LCD1602 через модуль i2c?

В стандартной LiquidCrystal_I2C функция setBacklight работает только на вкл/выкл и не передает ШИМ. Значит не может? На i2c модуле с краю есть перемычка LED, можно на нее ШИМ с дополнительного пина подавать?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Есть несколько схем i2c-LCD модуля. Которые получал я с али собраны по схеме как здесь http://robotchip.ru/obzor-interfeysnogo-modulya-i2c/ .По ней видно, что прямо с пина подать нельзя. Дисплей кушает 80мА. Нога столько не выдаст. Надо городить транзистор.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почему 80? Разве диод (тот что на схеме внизу, это же он?) подклчюеный через 1кОм не будет потребялть меньше ток чем обычный диод через 220 Ом?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почему 80? Разве диод (тот что на схеме внизу, это же он?) подклчюеный через 1кОм не будет потребялть меньше ток чем обычный диод через 220 Ом?

Это тот диод что на плате контроллера установлен. Подсветка 1602 не имеет токоограничивающего резистора. Можно подать ШИМ с пина Ардуины через резистор в 220 Ом на пин 1 перемычки LED, но тогда не получится добиться максиммальной яркости.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

«не имеет токоограничивающего резистора» это получается другйо тип диода? более мощный?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Стандарта на мощность подсветки в 1602 нет. Каждый ставит во что горазд. Вот для этого, например, — https://www.mouser.com/datasheet/2/244/LCM-S01602DSF_D-Y-1176264.pdf

Рабочий ток подсветки 220мА. Напрямую от ардуины засветить (через резистор) можно, но яркость будет далека от максимальной.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Там не один диод. Это рисуют один. А на самом деле несколько. И резистор стоит, но 50 Ом. Этого слишком мало для ноги. Было дело, менял его на 220 Ом, но яркость становилась совсем никакой.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Не сильно понял в чем сложность вопроса. Транзистор уже стоит на плате. Токоограничительный резистор к базе подключен. Отрезаем резистор от питания и подаем через него ШИМ.

Можно базу отрезать от PCF, а можно просто включить подсветку по I2C. Но тут надо на схему смотреть.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

на плате экрана не вижу транзисторов наверное все под крышками

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

модуля I2C. Какой он? Его схема?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ну если похож, то варианты

1) пин ардуино подключить через диод шоттки на базу транзистора (катод на пин ардуино, анод на базу). В сетап() включить подсветку по I2C, а дальше рулить ШИМ.

2) R7 отпаять и подключить пин ардуино через резистор 1-2 кОм на базу транзистора. В сетап() включить подсветку по I2C, а дальше рулить ШИМ.

3) R7 отпаять, отрезать базу от ноги 7 PCF8574 и подключить пин ардуино через резистор 1-10 кОм на базу транзистора.

Источник

Элементы платы

Дисплей

Дисплей MT-16S2H-I умеет отображать все строчные и прописные буквы латиницы и кириллицы, а также типографские символы. Для любителей экзотики есть возможность создавать собственные иконки.

Экран выполнен на жидкокристаллической матрице, которая отображает 2 строки по 16 символов. Каждый символ состоит из отдельного знакоместа 5×8 пикселей.

Контроллер дисплея

Матрица индикатора подключена к встроенному чипу КБ1013ВГ6 с драйвером расширителя портов, которые выполняют роль посредника между экраном и микроконтроллером.

Контроллер КБ1013ВГ6 аналогичен популярным чипам зарубежных производителей HD44780 и KS0066, что означает совместимость со всеми программными библиотеками.

I²C-расширитель

Для экономии пинов микроконтроллера на плате дисплея также распаян дополнительный преобразователь интерфейсов INF8574A: микросхема позволит общаться экрану и управляющей плате по двум проводам через интерфейс I²C.

Контакты подключения

На плате дисплея выведено 18 контактов для подведения питания и взаимодействия с управляющей электроникой.

Вывод Обозначение Описание
1 GND Общий вывод (земля)
2 VCC Напряжение питания (5 В)
3 VO Управление контрастностью
4 RS Выбор регистра
5 R/W Выбор режима записи или чтения
6 E Разрешение обращений к индикатору (а также строб данных)
7 DB0 Шина данных (8-ми битный режим)(младший бит в 8-ми битном режиме)
8 DB1 Шина данных (8-ми битный режим)
9 DB2 Шина данных (8-ми битный режим)
10 DB3 Шина данных (8-ми битный режим)
11 DB4 Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)(младший бит в 4-х битном режиме)
12 DB5 Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)
13 DB6 Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)
14 DB7 Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)
15 LED+ Питания подсветки (+)
16 LED– Питания подсветки (–)
17 SDA Последовательная шина данных
18 SCL Последовательная линия тактированния

Обратите внимания, что физические контакты подсветки экрана и , также интерфейс шины I²C и расположены не в порядком соотношении с другими пинами экрана.

Питание

Экран совместим со всеми контроллерами с логическим напряжением от 3,3 до 5 вольт. Но для питания самого индикатора (пин VCC) необходимо строго 5 вольт

Если в вашем проекте нет линии 5 вольт, обратите внимание на дисплей текстовый экран 16×2 / I²C / 3,3 В.

Интерфейс передачи данных

Дисплей может работать в трёх режимах:

  • 8-битный режим — в нём используются и младшие и старшие биты (-)
  • 4-битный режим — в нём используются только младшие биты (-)
  • I²C режим — данные передаются по протоколу I²C/TWI. Адрес дисплея .

Использовать восьмибитный и четырёхбитный режим в данном дисплее не целесообразно. Ведь главное достоинство этой модели именно возможность подключения через I²C.
Если всё-таки есть необходимость использовать 4-битный или 8-битный режим, читайте документацию на текстовый экран 16×2.

Объединение питания

Для подключения питания к дисплею необходимо пять контактов:

Вывод Обозначение Описание
1 GND Общий вывод (земля)
2 VCC Напряжение питания (5 В)
3 VO Управление контрастностью
15 LED+ Питания подсветки (+)
16 LED– Питания подсветки (–)

Но если запаять перемычки и на обратной стороне дисплея, количество контактов питания можно сократить до трёх, объединив цепь питания и подсветки дисплея.

Мы взяли этот шаг на себя и спаяли перемычки самостоятельно.

Выбор адреса

Используя шину можно подключить несколько дисплеев одновременно, при этом количество занятых пинов останется прежним.

Для общения с каждым дисплеем отдельно, необходимо установить в них разные адреса. Для смены адреса на обратной стороне дисплея установлены контактные площадки , и .

Капнув припоем на контактные площадки, мы получим один из семи дополнительных адресов:

  • нет припоя, соответственно нет электрического контакта.
  • есть припой, соответственно есть электрический контакт.
J2 J1 J0 Адрес
L L L 0x38
L L H 0x39
L H L 0x3A
L H H 0x3B
H L L 0x3C
H L H 0x3D
H H L 0x3E
H H H 0x3F

Использование I2C

Чтобы продемонстрировать, как использовать I2C в Arduino, давайте создадим проект, который посылает данные туда и обратно между двумя ардуинами.

Мы будем использовать I2C связи для изменения скорости мигания светодиода контакта 13 на одном Arduino, в зависимости от положения потенциометра, подключенного к другому Arduino.

Один Arduino будет выступать в качестве мастера, а другой Arduino будет выступать в качестве ведомого.

Пины I2C Arduino

Arduino имеет специальные контакты для I2C, которые имеют встроенные подтягивающие резисторы в соответствии с требованиями протокола I2C.

Для плат Arduino Uno это контакты A4 и A5. Пин A4 — это контакт SDA, а пин A5 — это контакт SCL. В версии Arduino Uno R3 есть еще один набор контактов I2C рядом с USB-разъемом:

Компоненты оборудования

Чтобы создать этот проект, вам понадобятся следующие компоненты:

  1. Arduino Uno — 2 шт.
  2. Потенциометр (10КОм) — 2 шт.
  3. Перемычки

Схема соединения

После того, как вы соберете все детали, пришло время собрать проект. Следуйте нижеприведенной электрической схеме, чтобы все подключить:

Вы могли заметить, что у нас нет подтягивающих резисторов на линиях SDA и SCL. Подтягивающие резисторы уже встроены в I2C контакты Arduino, так что они нам не нужны.

Установка библиотеки LiquidCrystal I2C

Для работы с данным модулем необходимо установить библиотеку LiquidCrystal I2C. Скачиваем, распаковываем и закидываем в папку libraries в папке Arduino. В случае, если на момент добавления библиотеки, Arduino IDE была открытой, перезагружаем среду.

Библиотеку можно установить из самой среды следующим образом:

  1. В Arduino IDE открываем менеджер библиотек: Скетч->Подключить библиотеку->Управлять библиотеками…
  2. В строке поиска вводим «LiquidCrystal I2C», находим библиотеку Фрэнка де Брабандера (Frank de Brabander), выбираем последнюю версию и кликаем Установить.
  3. Библиотека установлена (INSTALLED).

Модуль i2c для работы с LCD 1602

Этот интерфейсный модуль позволяет уменьшить количество используемых выводов контроллера, вместо 8 или 4-битного соединения, требуется только 2 вывода (SDA и SCL).

  • поддержка дисплеев: LCD 16×02 / 20×04;
  • дополнительно: регулировка контрастности;
  • напряжение питания. 5 В;
  • интерфейс: I2C;
  • размеры модуля: 54 мм x 19 мм x 15 мм

Внешний вид интерфейсного модуля i2c

Для соединения на модуле расположено три группы контактов:

Первая группа:

  • SCL:    линия тактирования (Serial CLock)
  • SDA:   линия данных (Serial Dфta)
  • VCC:   «+» питание
  • GND:  «-» питание

Вторая группа:

  • VSS:   «-» питание
  • VDD:  «+» питание
  • VO:    Вывод управления контрастом
  • RS:     Выбор регистра
  • RW:   Чтение/запись ( режим записи при соединении с землей)
  • E:       Еnable (строб по спаду)
  • DB0-DB3: биты интерфейса (младшие )
  • DB4-DB7: биты интерфейса (старшие)
  • A:      «+» питания подсветки
  • K:      «-»  питания подсветки

Третья группа: (по умолчанию установлена перемычка)

  • VCC:
  • A от LCD:

Как создать собственные символы

Если в наборе LCD 1602 отсутствует нужный для работы проекта символ, его можно создать самостоятельно. Для добавления нового символа нужно сформировать битовую маску размером 5х8 ячеек (в соответствии с количеством точек, которое приходится на 1 символ). Затем в маске необходимо разместить единицы там, где предполагается наличие подсветки, и нули — там, где должно остаться серое закрашивание.

Для экономии времени можно использовать генератор символов, созданный любителями и размещенный в свободный доступ в интернете.

Таким путем в память может быть добавлено до 7 дополнительных самодельных знаков.

Ардуино и дисплей 1602 на русском языке

Ардуино и дисплей 1602 на русском языке

Протокол I2C в Arduino

На следующем рисунке показаны контакты платы Arduino UNO, которые используются для связи по протоколу I2C.

Линия протокола I2C Контакт платы Arduino UNO
SDA A4
SCL A5

Для осуществления связи по протоколу I2C в плате Arduino используется библиотека <Wire.h>. В ней содержатся следующие функции для связи по протоколу I2C.

1. Wire.begin(address).

Эта команда производит инициализацию библиотеки Wire и осуществляет подключение к шине I2C в качестве ведущего (master) или ведомого (slave). 7-битный адрес ведомого в данной команде является опциональным и если он не указан , то устройство (плата Arduino) подключается к шине I2C в качестве ведущего (master).

2. Wire.read().

Эта функция используется для считывания байта, принятого от ведущего или ведомого.

3. Wire.write().

Эта функция используется для записи данных в устройство, являющееся ведомым или ведущим.

От ведомого ведущему (Slave to Master): ведомый записывает (передает) данные ведущему когда в ведущем работает функция Wire.RequestFrom().

От ведущему ведомому (Master to Slave): в этом случае функция Wire.write() должна использоваться между вызовами функций Wire.beginTransmission() и Wire.endTransmission().

Функцию Wire.write() можно использовать в следующих вариантах:

  • Wire.write(value); value — значение передаваемого одиночного байта;
  • Wire.write(string) – для передачи последовательности байт;
  • Wire.write(data, length); data – массив данных для передачи в виде байт, length – число байт для передачи.

4. Wire.beginTransmission(address).

Эта функция используется для начали передачи по протоколу I2C устройству с заданным адресом ведомого (slave address). После этого вызывается функция Wire.write() с заданной последовательностью байт для передачи, а после нее функция endTransmission() для завершения процесса передачи.

5. Wire.endTransmission().

Эта функция используется для завершения процесса передачи ведомому устройству, который до этого был инициирован функциями beginTransmission() и Wire.write().

6. Wire.onRequest().

Эта функция вызывается когда ведущий запрашивает данные с помощью функции Wire.requestFrom() от ведомого устройства. В этом случае мы можем использовать функцию Wire.write() для передачи данных ведущему.

7. Wire.onReceive().

Эта функция вызывается когда ведомое устройство получает данные от ведущего. В этом случае мы можем использовать функцию Wire.read() для считывания данных передаваемых ведущим.

8. Wire.requestFrom(address,quantity).

Эта функция используется в ведущем устройстве чтобы запросить байты (данные) с ведомого устройства. После этого используется функция Wire.read() чтобы принять данные переданные ведомым устройством.
address: 7-битный адрес устройства, с которого запрашиваются байты (данные).
quantity: число запрашиваемых байт.

Игра на Ардуино с дисплеем LCD I2C

Для этого проекта нам потребуется:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • жидкокристаллический дисплей с I2C;
  • одна тактовая кнопка и резистор;
  • пьезодинамик;
  • провода «папа-папа», «папа-мама».

Arduino Game. Схема сборки игры на Ардуино

Вместо подключения кнопки к Ардуино через резистор на макетной плате можно использовать модуль с кнопкой. Пьезодинамик (пьезоизлучатель) подключается к плате при желании, можно обойтись и без него. Соберите схему, как на картинке выше, и загрузите следующий скетч. Скачать программу для игры «Дракончик» на Arduino с жк дисплеем можно здесь. Скорость игры и звуки можно изменить в программе.

Скетч для игры «Дракончик» на дисплее

#include <Wire.h>                             // библиотека для протокола IIC
#include <LiquidCrystal_I2C.h>        // подключаем библиотеку LCD IIC
LiquidCrystal_I2C LCD(0x27, 20, 2); // присваиваем имя lcd для дисплея

int level = 1;       // переменная для отсчета уровня
int pause = 400; // переменная для задержки
byte p = 0;          // переменная для времени прыжка

// создаем массивы дракончика, дерева, камня и птицы
byte dracon = {
 0b01110, 0b11011, 0b11111, 0b11100, 0b11111, 0b01100, 0b10010, 0b11011
};
byte derevo = {
 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b11011, 0b11011, 0b11011, 0b01100, 0b01100
};
byte kamen = {
 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b01110, 0b11111
};
byte ptica = {
 0b00100, 0b00101, 0b01111, 0b11111, 0b10100, 0b00100, 0b00000, 0b00000
};

void setup() {
 pinMode (10, OUTPUT); // подключаем пьезодинамик
 pinMode (A1, INPUT);     // подключаем кнопку
 analogWrite(A1, LOW);
 LCD.init();                        // инициализация LCD дисплея
 LCD.backlight();              // включение подсветки дисплея

 // создаем символы дракончика, дерева, камня и птицы
 LCD.createChar(0, dracon);
 LCD.createChar(1, derevo);
 LCD.createChar(2, kamen);
 LCD.createChar(3, ptica);

 // начинаем игру: выводим надпись GO!
 LCD.setCursor(7, 0);
 LCD.print("GO!");
 delay(400);
 tone(10, 600);
 delay(100);
 noTone(10);
 LCD.clear();
}

void loop() {
  // первоначальное положение дракончика и препятствия
  byte d = 1;
  byte x = 15;
  byte y = 1;
  // выбираем препятствие, которое появится, рандомно
  byte i = random (1, 4);
  if (i == 3) y = 0;
  else y = 1;

  while (x > 0) {
    // очищаем экран и выводим номер уровня
    LCD.clear();
    LCD.setCursor(0, 0);
    LCD.print(level);

    // считываем данные с кнопки и учитываем количество циклов в прыжке
    // если дакончик находится в прыжке долго - возвращаем его вниз
    if (digitalRead(A1) == LOW) d = 1;
    if (digitalRead(A1) == HIGH) d = 0;
    if (p > 3) d = 1;

    // выводим дракончика в нужной строке
    LCD.setCursor(4, d);
    LCD.print(char(0));
    // выводим препятствие
    LCD.setCursor(x, y);
    tone(10, 50);
    LCD.print(char(i));
    noTone(10);

    // если дракончик наткнулся на препятствие выводим надпись GAME OVER!
    if (x == 4 && y == d) {
      delay(400);
      tone(10, 50);
      delay(100);
      noTone(10);
      delay(100);
      tone(10, 20);
      delay(300);
      noTone(10);
      LCD.clear();
      delay(200);
      LCD.setCursor(3, 0);
      LCD.print("GAME OVER!");
      delay(600);
      LCD.clear();
      delay(400);
      LCD.setCursor(3, 0);
      LCD.print("GAME OVER!");
      delay(600);
      LCD.clear();
      LCD.setCursor(3, 1);
      LCD.print("LEVEL: ");
      LCD.print(level);
      delay(400);
      LCD.setCursor(3, 0);
      LCD.print("GAME OVER!");
      delay(3000);
      LCD.clear();

      // начинаем игру заново, обнулив уровень игры
      LCD.setCursor(7, 0);
      LCD.print("GO!");
      delay(400);
      tone(10, 600);
      delay(100);
      noTone(10);
      LCD.clear();

      level = 0;
      pause = 400;
      p = 0;
      y = 1;
      x = 0;
      break;
    }

    // если дракончик прыгнул, издаем звук
    if (d == 0) { tone(10, 200); delay(100); noTone(10); }
    else { delay(100); }

    // если дракончик не столкнулся, то меняем положение препятствия
    // начинаем считать сколько циклов дракончик находится в прыжке
    delay(pause);
    x = x - 1;
    p = p + 1;
    if (p > 4) p = 0; 
 }

  // переходим на следующий уровень и сокращаем время задержки
  tone(10, 800);
  delay(20);
  level = level + 1;
  pause = pause - 20;
  if (pause < 0) pause = 0;
}

Где применяется протокол I2C

Протокол I2C используется для передачи информации только на короткие расстояния. Он обеспечивает достаточно надежную передачу данных из-за наличия в нем сигнала синхронизации. Обычно данный протокол используется для передачи информации от датчиков или других устройств ведущим устройствам. В данном случае несомненным удобством использования протокола I2C является то, что при обмене данными с ведомыми устройствами ведущий микроконтроллер использует минимум линий (контактов). Если вам нужна связь на более далекие расстояния, то вам необходимо присмотреться к протоколу RS232, если же вам нужна более надежная связь чем в протоколе I2C, то вам лучше использовать протокол SPI.

Работа схемы

Схема проекта по применению интерфейса I2C в плате Arduino представлена на следующем рисунке.

Для демонстрации возможностей использования связи по протоколу I2C мы использовали две платы Arduino Uno с подключенными к ним ЖК дисплеями и потенциометрами. С помощью потенциометров будут определяться значения, передаваемые между платами в направлениях ведущий-ведомый и ведомый-ведущий.

Мы будем считывать аналоговое значение напряжения, подаваемое на контакт A0 платы Arduino с помощью потенциометра и преобразовывать его в цифровое значение в диапазоне от 0 до 1023 (с помощью АЦП на этом контакте). В дальнейшем эти значения с выхода АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) будут преобразовываться в диапазон 0-127 поскольку мы можем передавать только 7-битные данные при помощи протокола I2C. Интерфейс I2C мы будем использовать на выделенных для него в плате Arduino контактах A4 и A5.

Значения на ЖК дисплее, подключенном к ведомой плате Arduino, будут изменяться в зависимости от положения потенциометра на ведущей стороне и наоборот.

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:

  • Для работы требуется всего 2 линии – SDA (линия данных) и SCL (линия синхронизации).
  • Подключение большого количества ведущих приборов.
  • Уменьшение времени разработки.
  • Для управления всем набором устройств требуется только один микроконтроллер.
  • Возможное число подключаемых микросхем к одной шине ограничивается только предельной емкостью.
  • Высокая степень сохранности данных из-за специального фильтра подавляющего всплески, встроенного в схемы.
  • Простая процедура диагностики возникающих сбоев, быстрая отладка неисправностей.
  • Шина уже интегрирована в саму Arduino, поэтому не нужно разрабатывать дополнительно шинный интерфейс.

Недостатки:

  • Существует емкостное ограничение на линии – 400 пФ.
  • Трудное программирование контроллера I2C, если на шине имеется несколько различных устройств.
  • При большом количестве устройств возникает трудности локализации сбоя, если одно из них ошибочно устанавливает состояние низкого уровня.
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий