Dévoiler la magie de l'écran LCD 16×2 : un guide complet avec interface Arduino

Le module LCD 16×2, pierre angulaire des systèmes embarqués, est un outil fantastique pour afficher des informations textuelles. Cet article se penche en profondeur sur le fonctionnement de cet écran polyvalent, en explorant sa configuration de broches, comment l'interfacer avec un Arduino et même comment créer des caractères personnalisés. Si vous cherchez à ajouter un affichage clair et lisible à vos projets Arduino, ce guide est une ressource essentielle.

1. Qu’est-ce qu’un écran LCD et pourquoi un écran LCD 16 × 2 est-il populaire ?

Un écran LCD, ou écran à cristaux liquides, est une technologie d'affichage à écran plat couramment utilisée dans un large éventail d'appareils, des montres et calculatrices aux moniteurs d'ordinateur et aux téléviseurs. Le module LCD 16×2 est particulièrement populaire auprès des amateurs et des développeurs de systèmes intégrés en raison de sa simplicité, de son faible coût et de sa capacité à afficher clairement des informations textuelles. Contrairement aux écrans graphiques plus complexes, l'écran LCD 16×2 est conçu pour une sortie basée sur des caractères. La désignation « 16×2 » signifie qu'il comporte 2 lignes, chacune capable d'afficher 16 caractères à la fois. Cela le rend idéal pour afficher les lectures des capteurs, les options de menu ou toute forme de données textuelles. Ce type d'affichage est un écran LCD à caractères qui est extrêmement largement utilisé dans divers projets. Module LCD 16×2 est un type de module d'affichage qui ne nécessite pas de programmation complexe pour être utilisé. Il consomme également très peu d'énergie, ce qui le rend adapté aux applications alimentées par batterie.

La grande disponibilité et la rentabilité du module d'affichage 16×2 en font un choix populaire pour les projets éducatifs et les applications à petite échelle. La facilité d'interfaçage avec des microcontrôleurs comme Arduino, combinée à une large gamme de bibliothèques disponibles, en fait un choix incontournable pour les débutants et les utilisateurs expérimentés. Ce type de module LCD est souvent utilisé comme écran LCD à caractères et est connu pour sa fiabilité et son fonctionnement simple. L'affichage utilisant ce type de module est très clair. L'écran LCD 16×2 à caractères permet d'afficher 16 caractères par ligne.

2. Comprendre le brochage de l'écran LCD 16 × 2 : à quoi sert chaque broche ?

Le module LCD 16×2 est généralement doté de 16 broches, chacune ayant une fonction spécifique. Il est essentiel de comprendre le brochage de l'écran LCD pour une interface réussie. Voici une description de chaque broche :

• Broches 1 et 2 (VSS et VDD) : Ceux-ci sont destinés à l'alimentation électrique. VSS est la masse (0 V) et VDD est la tension d'alimentation positive (généralement + 5 V).
• Broche 3 (V0 ou VEE) : Cette broche permet de régler le contraste de l'écran LCD. La connexion d'un potentiomètre à cette broche permet un réglage manuel du contraste.
• Broche 4 (RS – Sélection de registre) : Cette broche détermine si les données envoyées à l'écran LCD sont interprétées comme une commande ou des données. Lorsque RS est bas, les données sont traitées comme une commande. Lorsque RS est haut, les données sont traitées comme des données de caractères.
• Broche 5 (R/W – Lecture/Écriture) : Cette broche permet de sélectionner si les données sont lues à partir de l'écran LCD ou écrites sur l'écran LCD. Dans la plupart des applications, elle est connectée à la terre pour mettre l'écran LCD en mode « écriture ».
• Broche 6 (E – Activation) : Cette broche est utilisée pour verrouiller les données. L'écran LCD est activé avec une impulsion de haut en bas sur cette broche pour enregistrer des données ou des commandes.
• Broches 7-14 (D0-D7) : Ce sont les 8 broches de données utilisées pour envoyer des données à l'écran LCD en mode 8 bits. Ces broches sont également utilisées en mode 4 bits, mais nous en parlerons plus tard. En mode 4 bits, seules les broches D4 à D7 sont utilisées.
• Broches 15 et 16 (A et K) : Il s'agit des broches d'anode et de cathode du rétroéclairage, respectivement. Ces broches servent à alimenter le rétroéclairage, généralement un rétroéclairage à LED. La broche 15 est destinée à la tension positive et la broche 16 à la masse.

Cette explication détaillée du brochage de l'écran LCD est essentielle pour comprendre l'interface. Des connexions de broches correctes sont essentielles au bon fonctionnement de l'écran LCD. Pour une illustration du brochage, reportez-vous au tableau 1.

Tableau 1 : brochage de l'écran LCD 16×2

3. Comment fonctionne le module LCD 16 × 2 en interne ?

Le Module LCD 16×2 utilise une technologie d'affichage à cristaux liquides (LCD) pour afficher les caractères. Chaque caractère sur l'écran LCD est composé d'une grille de pixels. Ces pixels ne sont pas contrôlés individuellement par l'utilisateur mais sont contrôlés par le contrôleur de la puce LCD. Le module dispose d'un générateur de caractères intégré qui stocke des formes prédéfinies pour le jeu de caractères ASCII standard. Lorsque vous envoyez un code de caractère à l'écran, le contrôleur récupère la configuration des pixels à partir de son générateur de caractères et affiche le caractère sur l'écran LCD.

La communication entre le microcontrôleur et l'écran LCD s'effectue par l'envoi de commandes et de données. Les commandes permettent de contrôler le comportement de l'écran, comme l'effacement de l'écran, le déplacement du curseur ou le réglage du mode d'affichage. Les données sont les caractères que vous souhaitez afficher. Le module LCD utilise les broches décrites précédemment pour recevoir les données et les commandes. Le contrôleur de puce LCD est chargé d'interpréter et d'exécuter ces instructions. Le contrôleur gère également la position du curseur et l'affichage des caractères en fonction de l'adresse envoyée avec les données. Cela permet à un microcontrôleur d'envoyer des données à l'écran LCD et de les afficher.

4. Quelles sont les principales différences entre les différents modules LCD ?

Bien que le format LCD 16×2 soit très courant, d’autres types de modules LCD existent, chacun avec des caractéristiques spécifiques. Voici quelques différences à prendre en compte :

• Écrans LCD à caractères vs. Écrans LCD graphiques : Les écrans LCD à caractères, comme l'écran 16×2, sont conçus pour afficher du texte et des caractères prédéfinis. Les écrans LCD graphiques, en revanche, peuvent afficher des graphiques et des images arbitraires, offrant beaucoup plus de flexibilité mais étant plus complexes à contrôler.
• Taille et résolution : Les écrans LCD sont disponibles en différentes tailles et résolutions. Les tailles courantes incluent 16×2, 20×4 et de nombreuses autres plus grandes. Un module d'affichage 20×4 peut afficher 20 caractères sur 4 lignes.
• Rétroéclairage : Certains modules LCD sont équipés d'un rétroéclairage, généralement un rétroéclairage LED pour une meilleure visibilité dans des conditions de faible luminosité, tandis que d'autres ne le sont pas.
• Interface: Les écrans LCD peuvent avoir différents types d'interface. Certains peuvent avoir une interface I2C, simplifiant le câblage en utilisant seulement deux fils pour la communication des données. D'autres, comme l'écran LCD 16×2 dont nous parlons, utilisent une communication parallèle.
• Couleur: La plupart des écrans LCD à caractères sont monochromes, tandis que les écrans LCD graphiques peuvent être monochromes ou couleur.
• Contrôleur: Différents écrans LCD peuvent utiliser différentes puces de contrôleur. Cependant, beaucoup d'entre eux utilisent le même contrôleur LCD hd44780 ou une variante compatible.

Lors de la sélection d'un module LCD, tenez compte de la complexité et du type d'informations que vous souhaitez afficher. Pour une sortie de texte de base, l'écran LCD 16×2 caractères reste une option fiable et économique. Il est essentiel de comprendre quel type d'écran et quel type d'interface sont requis pour sélectionner le module d'affichage approprié.

5. Comment connecter un LCD 16×2 à Arduino pour un affichage de base ?

Connecter un écran LCD 16×2 à un Arduino est un processus simple, en particulier avec l'utilisation de bibliothèques. Voici un guide étape par étape pour connecter et afficher du texte de base :

1. Câblage :

   • Connectez la broche VSS de l'écran LCD au GND de l'Arduino.
   • Connectez la broche VDD de l'écran LCD au 5 V de l'Arduino.
   • Connectez la broche V0 (contraste) de l'écran LCD à la broche centrale d'un potentiomètre 10K. Connectez l'une des autres broches du potentiomètre au 5V et la broche restante à GND.
   • Connectez la broche RS de l'écran LCD à une broche numérique Arduino (par exemple, la broche 12).
   • Connectez la broche R/W de l'écran LCD à GND.
   • Connectez la broche E de l'écran LCD à une broche numérique Arduino (par exemple, la broche 11).
   • Connectez les broches de données de l'écran LCD (D4-D7) aux broches numériques de l'Arduino (par exemple, les broches 5, 4, 3 et 2). Nous configurons l'écran LCD en mode 4 bits.
   • Connectez la broche de rétroéclairage de l'écran LCD (A) à 5 V et la broche de rétroéclairage (K) à GND (facultatif si vous utilisez un rétroéclairage et que vous ne souhaitez pas le contrôler, sinon connectez A via une résistance à une broche numérique et K à GND).

2. Code Arduino : Installez la bibliothèque LiquidCrystal dans l'IDE Arduino, puis utilisez un code similaire à celui-ci :

#inclure 

constante int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
Cristal liquide écran LCD(rs, fr, d4, d5, d6, d7);

vide installation() { écran LCD.commencer(16, 2); écran LCD.imprimer("Bonjour le monde!");
}

vide boucle() {
  // Votre autre code peut être inclus ici, l'écran LCD continuera à afficher le message
}

Cet exemple simple montre les bases de l'interfaçage avec Arduino et de l'affichage des données sur l'écran LCD. Il montre également comment utiliser l'écran LCD en mode 4 bits pour simplifier le nombre de broches utilisées.

6. Comment envoyer des données et des commandes à l'écran LCD ?

L'envoi de données et de commandes à l'écran LCD est essentiel pour contrôler son comportement et afficher les informations. Comme mentionné précédemment, la broche RS est utilisée pour différencier les données des commandes. Lorsque RS est faible, les instructions données à l'écran LCD sont considérées comme des commandes ; lorsqu'elle est élevée, elles sont traitées comme des données, qui sont généralement un caractère à afficher.

Envoi de commandes : Pour envoyer des commandes, réglez d'abord la broche RS sur "low". Les instructions peuvent inclure des actions telles que l'effacement de l'écran, le réglage de la position du curseur ou la configuration du mode d'affichage. Les commandes d'envoi sont généralement utilisées pour configurer l'écran LCD pour le fonctionnement. Les méthodes de la bibliothèque utilisées avec Arduino géreront tout cela.

Envoi de données : Pour envoyer des données, réglez la broche RS sur haut. Les données envoyées seront interprétées comme un code ASCII du caractère à afficher. Chaque caractère possède un code associé, qui peut être trouvé dans le jeu de caractères ASCII standard. L'écran LCD récupère ensuite le caractère correspondant à partir de son générateur de caractères et l'affiche à l'écran. Le processus est géré par la bibliothèque, mais il est utile de connaître les fonctionnalités de base. Pour que les données soient écrites sur l'écran LCD, les broches de données doivent être définies.

Les fonctions de la bibliothèque, telles que LCD.print() gère automatiquement la complexité du contrôle des broches RS et E, ainsi que l'envoi de l'octet correct à l'écran LCD. Cela simplifie considérablement le processus d'envoi de données à l'écran LCD. Il est également possible d'envoyer des commandes à l'aide des méthodes de la bibliothèque, par exemple, LCD.effacer() est utilisé pour effacer l'affichage et LCD.setCursor() est utilisé pour définir la position actuelle du curseur sur l'écran.

7. Comment contrôler efficacement le rétroéclairage de l'écran LCD ?

Le rétroéclairage d'un écran LCD 16×2 est très utile dans des conditions de faible luminosité. La plupart des modules d'affichage 16×2 incluent un rétroéclairage LED. Pour contrôler le rétroéclairage, vous devez alimenter les broches d'anode (broche 15) et de cathode (broche 16), généralement via une résistance. Il existe plusieurs façons de contrôler le rétroéclairage. Vous pouvez simplement connecter le rétroéclairage directement à l'alimentation et à la terre, dans ce cas, le rétroéclairage sera allumé en permanence. Si vous utilisez cette méthode, il est fortement recommandé d'inclure une résistance de limitation de courant en série avec la broche d'anode. Pour contrôler le rétroéclairage avec le microcontrôleur, vous devez connecter l'anode (broche 15) à l'une des broches de l'arduino et la cathode (broche 16) à la terre. En réglant la sortie de la broche sur haut ou bas, vous pourrez allumer ou éteindre le rétroéclairage.

L'utilisation d'une broche d'Arduino pour contrôler le rétroéclairage permet de l'éteindre s'il n'est pas nécessaire ou d'implémenter d'autres fonctionnalités comme par exemple : l'allumage et l'extinction progressifs du rétroéclairage. Vous devez toujours vérifier la fiche technique pour connaître le courant de rétroéclairage maximal afin de choisir la résistance appropriée. En règle générale, une résistance de 220 Ohms fonctionnera bien. Lorsque la broche est réglée sur haut, le rétroéclairage LED sera allumé, sinon il sera éteint. Le contrôle du rétroéclairage dans le code permettra d'économiser de l'énergie si le rétroéclairage n'est pas nécessaire.

8. Comment régler le contraste de l'écran LCD pour une visibilité optimale ?

Le réglage du contraste est crucial pour obtenir une lisibilité optimale de l'écran LCD. Le contraste de l'écran LCD est réglé en modifiant la tension appliquée à la broche V0 ou VEE (broche 3). Cette tension contrôle le contraste des pixels. Afin de régler le contraste de l'écran, un potentiomètre est généralement connecté à cette broche. Lorsque vous faites tourner le potentiomètre, la tension sur cette broche change. Si la tension est trop élevée, l'écran sera noir et si la tension est trop basse, l'écran sera à peine visible. Afin de régler le contraste, vous devez trouver un point qui convient à l'écran LCD en question.

En connectant un potentiomètre, il est facile de régler manuellement le contraste de l'écran. C'est une méthode très courante. Le processus de réglage du contraste consiste à faire tourner lentement le potentiomètre jusqu'à ce que les caractères deviennent clairement visibles. Si votre écran n'affiche que des blocs noirs ou est très sombre, cela signifie que le contraste n'est pas correctement réglé. Le contraste de l'écran peut changer lorsque la température change. Un petit réglage peut être nécessaire après un certain temps d'utilisation. Cette méthode est bon marché et efficace. Le réglage du contraste de l'écran LCD est nécessaire pour obtenir une visibilité optimale.

9. Comment générer et afficher des caractères personnalisés sur un écran LCD 16×2 ?

La possibilité de définir et d'afficher des caractères personnalisés améliore considérablement la polyvalence d'un écran LCD 16×2. Le générateur de caractères intégré stocke déjà un ensemble prédéfini de caractères ASCII standard, mais l'utilisateur peut écraser 8 emplacements dans la mémoire de caractères personnalisés. La génération de caractères personnalisés sur l'écran est obtenue en créant un modèle d'octets pour chaque caractère personnalisé. Chaque caractère est défini à l'aide d'une matrice de pixels 5×8, ce qui signifie qu'il y a 5 bits par ligne et 8 lignes. Cela signifie que nous avons besoin de 8 octets de données pour définir le caractère personnalisé.

Étapes pour générer et afficher un caractère personnalisé :

1. Concevez votre personnage : Esquissez le personnage souhaité sur une grille de pixels de 5 × 8. Marquez les pixels que vous souhaitez éclairer.
2. Convertir en octets : Chaque ligne de pixels correspond à un seul octet. Un pixel allumé est représenté par un 1, et un pixel éteint par un 0. Convertissez chaque ligne de vos 5 pixels en binaire puis en décimal. Vous obtenez ainsi 8 octets qui définissent votre caractère personnalisé.
3. Envoyer à l'écran LCD : Utiliser lcd.createChar() méthode pour stocker les octets dans la mémoire du générateur de caractères de l'écran LCD. créerChar La méthode prend deux paramètres : l'emplacement dans la mémoire du générateur de caractères (0-7) et le tableau d'octets.
4. Afficher le personnage : Une fois le personnage créé, vous pouvez l'afficher en appelant LCD.écriture() avec l'emplacement du caractère (0-7). Voici un exemple de création et d'affichage d'un caractère personnalisé à l'aide d'Arduino : « `arduino #include LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

octet customChar[8] = { 0b00000, 0b01010, 0b01010, 0b10001, 0b01110, 0b00000, 0b00000, 0b00000 };

void setup() { lcd.begin(16, 2); lcd.createChar(0, customChar); lcd.write(0); }

void loop() {} « Ce code va créer un caractère personnalisé à l'emplacement 0 et l'afficher en première position sur l'écran LCD. Lorsque vous créez votre caractère personnalisé, vous devez être prudent et utiliser les adresses du générateur de caractères et les commandes d'impression de manière correcte.

10. Quels sont les problèmes courants rencontrés lors de l’utilisation d’écrans LCD et comment les résoudre ?

Alors que Modules LCD 16×2 sont généralement fiables, certains problèmes peuvent survenir. Comprendre ces problèmes et savoir comment les résoudre peut vous faire gagner beaucoup de temps et d'efforts :

• Affichage vide : Cela résulte souvent d'un câblage ou d'un réglage de contraste incorrect. Vérifiez d'abord toutes les connexions, en particulier les lignes d'alimentation, de terre et de données. Réglez le potentiomètre pour garantir un contraste correct.
• Affichage du charabia : Cela peut indiquer des problèmes de communication de données. Assurez-vous que les broches correctes sont utilisées et que la bibliothèque que vous utilisez est compatible avec l'écran LCD. Assurez-vous également que le code que vous utilisez est correct et qu'il n'y a pas d'erreur.
• Pas de rétroéclairage : Si le rétroéclairage ne s'allume pas, vérifiez le câblage des broches 15 et 16 et assurez-vous que vous utilisez une résistance correcte avec le rétroéclairage LED.
• « Carrés » affichés : Cela signifie souvent que l'écran LCD n'est pas initialisé correctement, c'est pourquoi l'initialisation de l'écran LCD et le réglage du mode de données correct (4 bits ou 8 bits) sont essentiels.
• L'affichage ne se met pas à jour : L'écran LCD fonctionne peut-être, mais les données envoyées à l'écran LCD ne changent pas. Si vous ne mettez pas à jour les données à afficher et que vous continuez à appeler la commande d'impression avec le même contenu, l'écran LCD ne se mettra pas à jour. Essayez d'effacer l'affichage si vous rencontrez ce problème, en utilisant le clair() commande.
• Interférences/Bruit : Le bruit électrique peut affecter les performances de l'écran LCD. Utilisez des câbles plus courts et protégez les connexions si nécessaire. Parfois, vous devrez ajouter un condensateur entre les broches d'alimentation et la terre si l'écran LCD ne fonctionne pas correctement.

Des techniques de débogage appropriées, telles que la vérification de chaque connexion étape par étape, peuvent aider à diagnostiquer ces problèmes. Assurez-vous que les bibliothèques appropriées sont installées et que la carte Arduino fonctionne correctement. Il est très important de vérifier les connexions à l'écran LCD et aux broches de l'Arduino. Lorsque vous travaillez avec l'écran LCD en mode 4 bits, assurez-vous que vous avez utilisé les broches de données correctes (D4-D7) et que les données sont envoyées correctement par les fonctions de la bibliothèque.

Résumé des 10 choses les plus importantes à retenir :

• L'écran LCD 16×2 est un module d'affichage basé sur des caractères capable d'afficher 16 caractères par ligne sur 2 lignes.
• Il dispose de 16 broches, chacune avec une fonction spécifique, qui doivent être correctement connectées pour que le module fonctionne.
• Un réglage correct du contraste est essentiel pour une bonne lisibilité. Vous pouvez régler le contraste à l'aide d'un potentiomètre connecté à la broche V0.
• La broche RS détermine si vous envoyez des commandes ou des données à l'écran LCD.
• La broche d'activation (E) est utilisée pour verrouiller les données ou les commandes.
• L'écran LCD peut être utilisé en mode 4 bits ou 8 bits ; le mode 4 bits nécessite moins de broches de microcontrôleur.
• Des caractères personnalisés peuvent être créés en écrivant des représentations d’octets de la matrice de pixels 5 × 8 dans la mémoire du générateur de caractères.
• Le rétroéclairage doit être connecté via une résistance de limitation de courant, ou il peut être contrôlé avec le microcontrôleur.
• Vérifiez toujours toutes les connexions de câblage pour éviter les problèmes courants comme un écran vide.
• L'écran à cristaux liquides utilise un contrôleur qui est généralement un LCD HD44780 ou sa variante compatible.

En comprenant le fonctionnement de l’écran LCD 16 × 2 et en suivant ces directives, vous pouvez intégrer efficacement cet écran polyvalent dans vos projets Arduino.