16×2-LCD-Modul ohne I2C verbinden: Eine umfassende Anleitung für Arduino und ESP32

Dieser Artikel befasst sich eingehend mit der Welt der Verbindung eines 16×2-LCD-Moduls mit Mikrocontrollern wie Arduino und ESP32 und konzentriert sich dabei insbesondere auf die Einrichtung ohne Verwendung eines I2C-Moduls. Wir untersuchen, warum Sie sich für diese Methode entscheiden sollten, wie sie funktioniert und bieten ein ausführliches Tutorial zum Anschließen und Programmieren Ihres LCD. Wenn Sie die Grundlagen der LCD-Verbindung verstehen und wissen möchten, wie Sie ein 16×2-LCD-Display ansteuern können, ohne auf die Bequemlichkeit eines I2C-Adapters angewiesen zu sein, ist dies die richtige Anleitung für Sie.

1. Was ist ein 16×2-LCD und warum wird es verbunden?

Ein 16×2-LCD-Display, kurz für eine Flüssigkristallanzeige mit 16 Zeichen mal 2 Zeilen, ist ein gängiges und vielseitiges Anzeigemodul. Es wird verwendet, um Text und numerische Informationen klar und prägnant darzustellen. Im Gegensatz zu komplexen grafischen Displays sind 16×2-LCDs relativ einfach anzusteuern, was sie perfekt für verschiedene Mikrocontrollerprojekte macht. „16×2“ bezieht sich auf die Fähigkeit, 16 Zeichen in jeder der beiden Zeilen anzuzeigen, wodurch es sich für die Anzeige von Sensorwerten, Projektstatus oder Benutzernachrichten eignet. Durch die Verbindung dieser LCD-Anzeigemodule mit Mikrocontrollern wie Arduino oder ESP32 können Ihre Projekte mit dem Benutzer interagieren, indem sie Informationen in einer für Menschen lesbaren Form anzeigen. Sie sind relativ günstig und einfach zu verwenden.

Der Reiz der 16×2 LCD Modul liegt in seiner Einfachheit und niedrigen Kosten. Es ist ein Grundnahrungsmittel in der Elektronik für verschiedene Hobby- und professionelle Projekte, da es Text und Zahlen ohne den Aufwand komplexerer Anzeigetechnologien anzeigen kann. Durch die Schnittstelle dieses Moduls können Entwickler eingebetteter Systeme Geräte erstellen, die visuelles Feedback liefern können, ohne komplexe grafische Anzeigen zu verwenden. Die einfache Integration macht 16×2-LCDs zu einem sehr nützlichen Anzeigetool für die Anzeige von Informationen von verschiedenen Sensoren.

2. Warum sollte man ein 16×2-LCD ohne I2C verbinden?

Während I2C-Module den Vorteil bieten, dass sie die Anzahl der für die Schnittstelle erforderlichen Pins reduzieren, bietet die Entscheidung, ein 16×2-LCD ohne I2C direkt anzuschließen, mehrere Vorteile. Erstens vermittelt es ein tieferes Verständnis der zugrunde liegenden Kommunikationsprotokolle und der Funktionsweise des LCD-Moduls, was es zu einer großartigen Lernerfahrung macht. Zweitens vermeiden Sie durch die Nichtverwendung der I2C-Schnittstelle die Komplexität des I2C-Busses und potenzielle Adresskonflikte. Dies kann wichtig sein, wenn Sie bei Ihrem Projekt auf Einschränkungen stoßen oder die Komplexität Ihrer I2C-Geräteverbindung reduzieren möchten. Sie sind nicht auf eine Adresse beschränkt.

Darüber hinaus kann eine direkte Verbindung für Projekte von Vorteil sein, bei denen jeder Pin Ihres Mikrocontrollers wertvoll ist. Ein I2C-Modul reduziert die Anzahl der Pins, die Sie verwenden müssen, normalerweise auf 2, aber diese 2 Pins sind für die I2C-Kommunikation reserviert und werden möglicherweise für etwas anderes benötigt, während Sie bei einer Verbindung ohne I2C-Modul frei wählen können, welche Pins Sie verwenden möchten. Eine Verbindung ohne I2C-Modul gibt Ihnen die volle Kontrolle über die Verbindung. Eine direkte Verbindung kann auch schneller für die Datenanzeige sein, da eine I2C-Kommunikation durchgeführt werden muss, bevor Daten an das LCD-Display übertragen werden können. Dies ist nicht immer kritisch, sollte aber beim Entwurf von Anwendungen berücksichtigt werden, die schnelle Aktualisierungszeiten für den angezeigten Inhalt erfordern.

3. Welche Hardware wird zum Verbinden eines 16×2-LCD ohne I2C-Modul benötigt?

Um ein 16×2-LCD-Modul ohne I2C anzuschließen, benötigen Sie einige grundlegende Komponenten. Das Kernstück ist ein Standard-LCD mit 16×2, das normalerweise mit 16 Anschlussstiften ausgestattet ist. Sie benötigen außerdem einen Mikrocontroller, beispielsweise einen Arduino Uno oder ESP32. Außerdem benötigen Sie Überbrückungskabel, um die verschiedenen Pins des LCD-Moduls mit Ihrem Mikrocontroller zu verbinden. Darüber hinaus ist ein Potentiometer erforderlich, um den Kontrast des LCD-Displays einzustellen. Ein Steckbrett kann eine große Hilfe sein, um alles ordentlich anzuschließen und zu organisieren.

Die größte Herausforderung beim Anschluss eines 16×2-LCD ohne I2C besteht darin, dass mehr Pins von Ihrem Mikrocontroller benötigt werden als bei Verwendung eines I2C-Adapters. Konkret werden wir 6 Pins zur Steuerung des LCD-Displays sowie zwei Pins zur Steuerung der Stromversorgung und der Erdung verwenden. Daher sollten Sie Ihre Mikrocontrollerschaltung mit genügend verfügbaren Ausgangspins planen. Wenn diese Pins verfügbar sind, haben Sie die volle Kontrolle über das LCD. Mit dem Potentiometer können Sie den Kontrast so einstellen, dass der Text auf dem LCD-Display deutlich sichtbar ist.

4. Wie funktioniert das 16×2-LCD intern?

Das 16×2-LCD basiert auf dem HD44780-Controller oder einem kompatiblen Chip. Dieser Controller verwaltet die Anzeige von Zeichen und akzeptiert Befehle über eine parallele Schnittstelle. Die Schnittstelle verwendet normalerweise 8 Datenpins (D0-D7) oder 4 Datenpins im 4-Bit-Modus (D4-D7) sowie Steuerpins (RS, R/W und EN). Jede Zeichenposition auf dem LCD-Display wird vom Controller intern angesprochen. Wenn Sie einen Befehl oder Zeichendaten senden, empfängt der HD44780-Controller den Befehl und reagiert entsprechend.

Der HD44780-Controller verwendet bestimmte Befehle für Aufgaben wie das Löschen des Displays, das Einstellen der Cursorposition oder das Initialisieren des LCD. Das Verständnis dieser Architektur ist entscheidend, wenn Sie Code zum Steuern des LCD ohne die Abstraktion eines I2C-Moduls schreiben. Die Befehle werden über die Datenpins an das Display gesendet und der Kommunikationsmodus wird durch Steuerpins bestimmt. Dadurch kann der Controller auch mit verschiedenen Arten von Displaygrößen wie 20×4 arbeiten. Das 16×2-LCD-Display verwendet einen vordefinierten Zeichensatz, der auf dem Bildschirm angezeigt werden kann.

5. Wie verbinde ich ein 16×2-LCD direkt mit einem Arduino?

Anschließen eines 16×2 LCD direkt an einen Arduino anzuschließen, erfordert die Verdrahtung aller erforderlichen Pins. Zuerst müssen Sie den VSS-Pin des LCDs mit Masse (GND) und den VDD-Pin mit 5 V verbinden, das ist Ihre Stromversorgung. Der V0-Pin (Kontrasteinstellung) ist mit dem mittleren Pin des Potentiometers verbunden; die anderen beiden Pins des Potentiometers sind mit Masse und 5 V verbunden, um einen Spannungsteiler zu bilden, mit dem wir den Kontrast des LCD-Displays ändern. Als nächstes verbinden Sie den RS-Pin (Register Select) des LCDs mit einem digitalen Pin des Arduinos (z. B. Pin 12). Der R/W-Pin (Lesen/Schreiben) sollte geerdet sein, da wir nur Daten auf das LCD schreiben. Der EN-Pin (Enable) muss mit einem anderen digitalen Pin auf dem Arduino verbunden werden (z. B. Pin 11).

Verbinden Sie dann die Datenpins D4 bis D7 mit digitalen Pins auf dem Arduino, zum Beispiel mit den Pins 5, 4, 3 und 2. Auf diese Weise verwenden wir den 4-Bit-Modus, der gängige Praxis ist, da er weniger Pins verwendet. Der 4-Bit-Modus ist einfacher und benötigt weniger Verkabelung als der 8-Bit-Modus. Die Hintergrundbeleuchtungspins A (Anode) und K (Kathode) sollten mit 5 V bzw. GND verbunden werden, ggf. mit einem Strombegrenzungswiderstand an der Anode. Stellen Sie sicher, dass Sie einen Schaltplan verwenden, um diesen Vorgang zu leiten. Die Pins sind bei einigen LCD-Modulen manchmal anders nummeriert. Die Pinbelegung finden Sie immer im Datenblatt des LCD-Moduls.

6. Programmieren Sie Ihren Arduino zum Ansteuern des 16×2-LCD: Ein ausführliches Tutorial

Um Ihren Arduino für die Verbindung mit dem 16×2-LCD zu programmieren, müssen Sie die LiquidCrystal-Bibliothek verwenden. Öffnen Sie zunächst die Arduino-IDE und fügen Sie die LiquidCrystal-Bibliothek in Ihren Projektcode ein. Initialisieren Sie das LCD-Objekt in Ihrem Code und geben Sie die für die Verbindung verwendeten Pins an. In unserem Beispiel sind das die Pins: RS, EN, D4, D5, D6, D7. Beispiel: Flüssigkristall-LCD (12, 11, 5, 4, 3, 2);. Initialisieren Sie das LCD in der Funktion setup() durch den Aufruf lcd.begin(16, 2); um die Anzahl der Spalten und Zeilen des LCD-Displays einzustellen. Sie sollten das LCD auch mit der Funktion „LCD initialisieren“ initialisieren.

Nun können Sie in der Loop-Funktion verschiedene Befehle verwenden, um Daten auf dem LCD-Display anzuzeigen. Sie können beispielsweise die Cursorposition mit lcd.setCursor(Spalte, Zeile); und Text anzeigen mit lcd.print("Hallo Welt");. Mit der Taste können Sie die Anzeige löschen. lcd.löschen(); Befehl. Sie können ein kurzes Programm erstellen und ein paar Codes ausführen, um die Platine zu testen, und nachdem ich alles angeschlossen habe. Sie können den seriellen Monitor verwenden, um das Programm zu debuggen. Die Liquidcrystal-Bibliothek übernimmt die gesamte Low-Level-Kommunikation des HD44780 für Sie, sodass Sie sich nicht um das Senden einzelner Byte-Sequenzen und Steuersignale kümmern müssen. Die Schlüsselfunktion ist lcd.print(), die zum Anzeigen der Daten verwendet wird.

#enthalten 

// Pins definieren, die mit dem LCD verbunden sind
Konstante int rs = 12, de = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;

//LCD-Objekt initialisieren
Flüssigkristall lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

Leere aufstellen() {
  // Anzahl der Spalten und Zeilen festlegen
  LCD.beginnen(16, 2);
  // Eine Meldung auf dem LCD ausgeben
  LCD.drucken(„Hallo, LCD!“);
}

Leere Schleife() {
  // Cursor auf die zweite Zeile setzen
  LCD.Cursor setzen(0, 1);
  // Uhrzeit anzeigen
  LCD.drucken(Millis()/1000); LCD.drucken("Sekunden");
}

7. Was ist mit dem ESP32? Ein 16×2 LCD ohne I2C an einen ESP32 anschließen

Die Verbindung eines 16×2 LCD ohne i2c mit einem ESP32 ist ähnlich wie mit einem Arduino, weist aber einige kleine Unterschiede auf. Der ESP32 ist ein 3,3-V-Mikrocontroller, während der 16×2 LCD ist normalerweise für den Betrieb mit 5 V ausgelegt. Daher müssen Sie möglicherweise Pegelwandler verwenden, um die Spannungskompatibilität zwischen den Logikpins des ESP32 und des LCD sicherzustellen. Alternativ kann die Verwendung einer ESP32-Platine mit Pegelwandler die Notwendigkeit einer externen Pegelwandlerschaltung überflüssig machen. Die physische Verdrahtung ist weitgehend dieselbe wie bei einem Arduino. Verbinden Sie VSS mit Masse und VDD mit 5 V (oder 3,3 V, wenn Sie ein 3,3-V-LCD oder Pegelwandler verwenden).

Der Code in der Arduino-IDE ist fast identisch mit dem für Arduino bereitgestellten Code, mit nur wenigen oder keinen Änderungen. Verwenden Sie die LiquidCrystal-Bibliothek auf die gleiche Weise wie im Arduino-Tutorial. Denken Sie daran, Ihre Pin-Verbindungen im Flüssigkristall-LCD Objekt. Überprüfen Sie immer das Datenblatt Ihres LCD-Moduls, um sicherzustellen, dass die Pins richtig angeschlossen sind. Überprüfen Sie auch die Pinbelegung Ihrer ESP32-Platine, um korrekte Verbindungen sicherzustellen. Achten Sie auf die verschiedenen möglicherweise verfügbaren Pins und wählen Sie die richtigen für Ihre Anwendung aus.

8. Wie erstelle ich benutzerdefinierte Zeichen auf einem 16 × 2-LCD ohne I2C?

Das Erstellen von benutzerdefinierten Zeichen auf einem 16×2-LCD ist auch ohne die Hilfe eines I2C-Moduls möglich. Mit dem HD44780-Controller können Sie bis zu 8 benutzerdefinierte Zeichen definieren. Sie erstellen benutzerdefinierte Zeichen, indem Sie ein Bytemuster definieren, wobei jedes Byte eine Zeile der 5×8-Pixel-Zeichenmatrix darstellt. Dazu erstellen Sie zunächst ein Byte-Array, das das Pixelmuster für Ihr benutzerdefiniertes Zeichen definiert. Jedes Byte stellt eine Zeile des Zeichens dar.

Verwenden Sie dann die lcd.createChar(Standort, Zeichenzuordnung) Funktion im Arduino-Code. Das location-Argument definiert, an welchem der 8 verfügbaren Speicherorte das neue Zeichen (0 bis 7) gespeichert werden soll, und characterMap ist das Byte-Array, das Sie gerade erstellt haben. Sie können Ihr benutzerdefiniertes Zeichen dann anzeigen, indem Sie lcd.write(Speicherort) in Ihrem Code, wo Standort ist der Ort, den Sie zuvor definiert haben. Dies geschieht mithilfe des LCD-Objekts, das Sie zuvor erstellt haben. Dies ist äußerst nützlich, wenn Ihre Anwendung eindeutige Zeichen benötigt, die im Standardzeichensatz des LCD-Moduls nicht verfügbar sind.

9. Fehlerbehebung bei häufigen Problemen beim Anschluss eines 16×2-LCDs ohne I2C

Die Verbindung eines 16×2-LCDs ohne I2C-Adapter ist zwar unkompliziert, kann aber einige häufige Probleme mit sich bringen. Das erste Problem ist eine falsche Verkabelung. Überprüfen Sie den Schaltplan immer doppelt und stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen korrekt sind. Ein häufiger Fehler ist die Umkehrung der Polarität der Stromversorgungsstifte des LCD-Moduls, was es dauerhaft beschädigen kann. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihre Kabel fest angeschlossen sind. Zweitens kann eine falsche Initialisierung des LCD-Objekts Probleme verursachen. Überprüfen Sie doppelt, ob die Stifte entsprechend der Verbindung zur Platine richtig initialisiert sind. Außerdem kann der Typ des LCD-Moduls eine leicht unterschiedliche Initialisierungssequenz erfordern.

Die Kontrasteinstellungen müssen ebenfalls mit dem Potentiometer richtig angepasst werden, um den Kontrast des LCD-Displays anzupassen, bis der Text deutlich sichtbar ist. Wenn das Display leer oder verzerrt ist, liegt möglicherweise ein Verdrahtungsfehler oder ein Problem mit der Stromversorgung vor. Stellen Sie sicher, dass Sie eine stabile Stromversorgung und die richtige Spannung haben. Sie können den Code auch mit einem seriellen Monitor überprüfen, um mögliche Probleme zu beheben. Wenn Sie weiterhin Probleme haben, sollten Sie das Arduino-Forum konsultieren. Es ist üblich, dass andere möglicherweise dieselben Probleme hatten. Reddit ist anonym, sodass Sie mit Sicherheit einen Namen oder Vorschlag erhalten.

10. Fortgeschrittene Techniken und zukünftige Projekte mit 16×2 LCDs

Sobald Sie die Grundlagen der Verbindung eines 16×2-LCD ohne I2C beherrschen, können Sie fortgeschrittenere Techniken erkunden. Dazu gehört die Anzeige von Echtzeitdaten von Sensoren oder die Erstellung eines Menüsystems. Sie können die benutzerdefinierten Zeichen auch verwenden, um einfache Grafiken und Statussymbole für Ihr Projekt zu erstellen. Denken Sie daran, immer das Datenblatt für das LCD-Modul wie gezeigt zu verwenden, um die spezifischen Verbindungsanforderungen Ihres LCD-Moduls zu überprüfen. Die von uns verwendete Methode bietet Flexibilität hinsichtlich der verwendbaren Mikrocontroller-Pins.

Sie können mehrere solcher LCD-Displays verwenden, wenn Sie mehr Informationen anzeigen müssen, achten Sie jedoch auf die Anzahl der verwendeten Pins. Experimentieren Sie auch mit der Anzeige von Zahlen mithilfe der lcd.drucken() Befehl und probieren Sie verschiedene Möglichkeiten aus die Cursorposition festlegen Funktion, um verschiedene Elemente in verschiedenen Teilen des Displays zu platzieren. Dies eröffnet viele Optionen für Ihre zukünftigen Projekte. Die Kenntnisse, die Sie durch die Steuerung des LCD ohne I2C gewinnen, bieten einen guten Ausgangspunkt für die Steuerung fortgeschrittenerer Displaytypen.

Wichtige Erkenntnisse: 10 Dinge, die Sie bei der Verbindung eines 16×2-LCD ohne I2C beachten sollten

• Die Grundlagen verstehen: Das 16×2-LCD-Modul wird über 6–10 Steuer- und Datenpins ohne I2C-Modul gesteuert.
• Die Steckerbelegung ist entscheidend: Die spezifische Pinbelegung für Ihr LCD-Modul finden Sie im Datenblatt.
• Kontrasteinstellung: Verwenden Sie immer ein Potentiometer, um den Kontrast des LCD-Displays einzustellen.
• LiquidCrystal-Bibliothek: Verwenden Sie die Flüssigkristall Bibliothek in der Arduino-IDE, um die Programmierung zu vereinfachen.
• Initialisierung: Initialisieren Sie das LCD immer korrekt mit lcd.begin(16, 2);.
• Datenanzeige: Verwenden Sie die lcd.drucken() um Daten auf dem Anzeigemodul anzuzeigen.
• Benutzerdefinierte Zeichen: Erstellen Sie benutzerdefinierte Charaktere mit lcd.createChar() wenn Sie sie benötigen.
• Fehlerbehebung: Überprüfen Sie sämtliche Verkabelungen, Codes und Verbindungen noch einmal, um die Ursache etwaiger Probleme zu ermitteln.
• Pin-Verfügbarkeit: Achten Sie auf die verwendeten Mikrocontroller-Pins, wenn Sie sich für diese Methode entscheiden.
• Weiter vorwärts: Entdecken Sie erweiterte Techniken, um noch komplexere Anwendungen zu erstellen.

Wenn Sie dieser umfassenden Anleitung folgen, sollten Sie gut gerüstet sein, um Ihr 16×2-LCD-Modul direkt mit einem Arduino oder ESP32 zu verbinden und die für Ihre Projekte erforderlichen Informationen ohne I2C-Adapter anzuzeigen.