חשיפת הקסם של תצוגת LCD בגודל 16×2: מדריך מקיף עם ממשק ארדואינו

מודול ה-LCD 16×2, אבן יסוד במערכות משובצות, הוא כלי פנטסטי להצגת מידע טקסטואלי. מאמר זה צולל לעומק את פעולתו של צג רב-תכליתי זה, בוחן את תצורת הפינים שלו, כיצד לממשק אותו עם Arduino, ואפילו כיצד ליצור דמויות מותאמות אישית. אם אתה מחפש להוסיף תצוגה ברורה וקריא לפרויקטים שלך ב- Arduino, מדריך זה הוא משאב חיוני.

1. מהו LCD ולמה 16×2 LCD פופולרי?

LCD, או תצוגת גביש נוזלי, היא טכנולוגיית תצוגה שטוחה הנפוצה במגוון רחב של מכשירים, משעונים ומחשבונים ועד לצגי מחשב וטלוויזיות. מודול ה-LCD 16×2 פופולרי במיוחד עבור חובבים ומפתחי מערכות משובצות בגלל הפשטות, העלות הנמוכה והיכולת להציג מידע טקסטואלי בצורה ברורה. שלא כמו צגים גרפיים מורכבים יותר, ה-LCD בגודל 16×2 מיועד לפלט מבוסס תווים. הכינוי "16×2" אומר שיש לו 2 שורות, כל אחת מסוגלת להציג 16 תווים בכל פעם. זה הופך אותו לאידיאלי להצגת קריאות חיישנים, אפשרויות תפריט או כל צורה של נתוני טקסט. סוג זה של תצוגה הוא LCD עם תווים שנמצא בשימוש נרחב ביותר בפרויקטים שונים. ה מודול lcd 16×2 הוא סוג של מודול תצוגה שאינו דורש תכנות מורכב לשימוש. הוא גם משתמש במעט מאוד חשמל, מה שהופך אותו מתאים ליישומים המופעלים על ידי סוללה.

הזמינות הרחבה והחסכוניות של מודול התצוגה בגודל 16×2 הופכות אותו לבחירה פופולרית עבור פרויקטים חינוכיים ויישומים בקנה מידה קטן. קלות ההתממשקות עם מיקרו-בקרים כמו Arduino, בשילוב עם מגוון רחב של ספריות זמינות, הופכת אותו לבחירה מומלצת עבור משתמשים מתחילים ומנוסים. סוג זה של מודול lcd משמש לעתים קרובות כ-lcd דמוי וידוע באמינותו ובפעולה הפשוטה שלו. התצוגה המשתמשת במודול מסוג זה ברורה מאוד. ה-LCD בגודל 16×2 תווים מאפשר להציג 16 תווים בכל שורה.

2. הבנת ה-16×2 LCD Pinout: מה כל פין עושה?

מודול ה-LCD בגודל 16×2 מגיע בדרך כלל עם 16 פינים, כל אחד משרת מטרה מסוימת. הבנת ה-LCD pinout חיונית להתממשקות מוצלחת. להלן פירוט של כל סיכה:

פינים 1 ו-2 (VSS ו-VDD): אלה מיועדים לאספקת חשמל. VSS הוא הארקה (0V), ו-VDD הוא מתח האספקה החיובי (בדרך כלל +5V).
פין 3 (V0 או VEE): סיכה זו משמשת להתאמת הניגודיות של ה-LCD. חיבור פוטנציומטר לפין זה מאפשר כוונון ניגודיות ידני.
פין 4 (RS – בחר הרשמה): סיכה זו קובעת אם הנתונים הנשלחים ל-LCD מתפרשים כפקודה או נתונים. כאשר RS נמוך, הנתונים מטופלים כפקודה. כאשר RS גבוה, הנתונים מטופלים כנתוני תווים.
פין 5 (R/W – קריאה/כתיבה): סיכה זו משמשת כדי לבחור אם הנתונים ייקראו מה-LCD או נכתבים אל ה-LCD. ברוב היישומים, הוא מחובר לאדמה כדי להגדיר את ה-LCD במצב "כתיבה".
פין 6 (E - Enable): סיכה זו משמשת לנעילת הנתונים. ה-LCD מאופשר עם דופק גבוה עד נמוך על פין זה כדי לרשום נתונים או פקודות.
פינים 7-14 (D0-D7): אלו הם 8 פיני הנתונים המשמשים לשליחת נתונים ל-LCD במצב 8 סיביות. סיכות אלה משמשות גם במצב 4 סיביות, אך נדון בכך מאוחר יותר. במצב 4 סיביות משתמשים רק בפינים D4-D7.
פינים 15 ו-16 (A ו-K): אלו הם פיני האנודה והקתודה עבור התאורה האחורית, בהתאמה. סיכות אלו משמשות להפעלת התאורה האחורית, בדרך כלל תאורת LED אחורית. פין 15 הוא עבור המתח החיובי ופין 16 הוא עבור הארקה.

הסבר מפורט זה של pinout LCD הוא המפתח להבנת הממשק. חיבורי פינים נכונים חיוניים לתפקוד תקין של תצוגת ה-LCD. להמחשה של ה-pinout, עיין בטבלה 1.

טבלה 1: 16×2 LCD Pinout

מספר PIN	סֵמֶל	תֵאוּר
1	VSS	הארקה (0V)
2	VDD	ספק כוח +5V
3	V0/VEE	התאמת ניגודיות
4	RS	הרשמה בחר
5	R/W	קריאה/כתיבה בחר
6	ה	אפשר אות
7	D0	ביט נתונים 0
8	ד1	סיביות נתונים 1
9	ד2	ביט נתונים 2
10	D3	ביט נתונים 3
11	D4	ביט נתונים 4
12	D5	ביט נתונים 5
13	D6	ביט נתונים 6
14	D7	ביט נתונים 7
15	א	אנודה לתאורה אחורית LED
16	ק	קתודה של תאורה אחורית LED

3. כיצד פועל מודול ה-LCD 16×2 באופן פנימי?

ה מודול lcd 16×2 משתמש בטכנולוגיית תצוגת גביש נוזלי (LCD) להצגת תווים. כל תו ב-LCD מורכב מרשת של פיקסלים. פיקסלים אלו אינם נשלטים בנפרד על ידי המשתמש אלא נשלטים על ידי בקר שבב ה-LCD. למודול יש מחולל תווים מובנה המאחסן צורות מוגדרות מראש עבור ערכת התווים הסטנדרטית של ascii. כאשר אתה שולח קוד תו לתצוגה, הבקר שואב את תצורת הפיקסלים ממחולל התווים שלו ומציג את התו על מסך ה-LCD.

התקשורת בין המיקרו-בקר ל-LCD מושגת על ידי שליחת פקודות ונתונים. פקודות משמשות לשליטה בהתנהגות התצוגה, כגון ניקוי התצוגה, הזזת הסמן או הגדרת מצב התצוגה. נתונים הם התווים שברצונך להציג. מודול ה-LCD משתמש בפינים שתוארו קודם כדי לקבל נתונים ופקודות. בקר שבב ה-LCD אחראי לפירוש וביצוע הוראות אלו. הבקר גם מנהל את מיקום הסמן ואת הצגת התווים על סמך הכתובת שנשלחה עם הנתונים. זה מאפשר למיקרו-בקר לשלוח נתונים ל-LCD ולהציג אותם.

4. מהם ההבדלים העיקריים בין מודולי LCD שונים?

בעוד שה-LCD 16×2 נפוץ מאוד, קיימים סוגים אחרים של מודולי LCD, לכל אחד מהם מאפיינים ספציפיים. הנה כמה הבדלים שכדאי לקחת בחשבון:

צגי LCD עם תווים לעומת צגי LCD גרפיים: צגי LCD עם תווים, כמו התצוגה בגודל 16×2, נועדו להציג טקסט ותווים מוגדרים מראש. מצגי LCD גרפיים, לעומת זאת, יכולים להציג גרפיקה ותמונות שרירותיות, המציעות הרבה יותר גמישות אך מורכבות יותר לשליטה.
גודל ורזולוציה: צגי LCD מגיעים בגדלים וברזולוציות שונות. הגדלים הנפוצים כוללים 16×2, 20×4 ורבים גדולים יותר. מודול תצוגה בגודל 20×4 יכול להציג 20 תווים ב-4 שורות.
תאורה אחורית: מודולי LCD מסוימים מגיעים עם תאורה אחורית, בדרך כלל תאורה אחורית לד לשיפור הראות בתנאי תאורה חלשה, בעוד שאחרים לא.
מִמְשָׁק: למסכי LCD יכולים להיות סוגי ממשקים שונים. לחלקם עשוי להיות ממשק I2C, המפשט את החיווט על ידי שימוש בשני חוטים בלבד לתקשורת נתונים. אחרים, כמו ה-LCD 16×2 שאנו דנים בו, משתמשים בתקשורת מקבילה.
צֶבַע: רוב תווים LCD הם מונוכרום, בעוד LCDs גרפי יכול להיות מונוכרום או צבעוני.
בַּקָר: מסכי LCD שונים עשויים להשתמש בשבבי בקר שונים. עם זאת, רבים מהם משתמשים באותו בקר hd44780 lcd או גרסה תואמת.

בעת בחירת מודול LCD, שקול את המורכבות ואת סוג המידע שברצונך להציג. עבור פלט טקסט בסיסי, ה-LCD בגודל 16×2 תווים נשאר אפשרות אמינה וחסכונית. הבנת סוג התצוגה ואיזה סוג ממשק נדרש היא המפתח בבחירת מודול התצוגה הנכון.

5. איך לחבר LCD 16×2 לארדואינו לתצוגה בסיסית?

התממשקות LCD 16×2 עם arduino הוא תהליך פשוט, במיוחד עם השימוש בספריות. להלן מדריך שלב אחר שלב לחיבור והצגת טקסט בסיסי:

תִיוּל:
- חבר את פין VSS של ה-LCD ל-GND של Arduino.
- חבר את פין VDD של ה-LCD ל-5V של Arduino.
- חבר את פין V0 (ניגודיות) של ה-LCD לפין המרכזי של פוטנציומטר 10K. חבר את אחד הפינים האחרים של הפוטנציומטר ל-5V, ואת הפין הנותר ל-GND.
- חבר את פין RS של ה-LCD לפין דיגיטלי של Arduino (למשל, פין 12).
- חבר את פין R/W של ה-LCD ל-GND.
- חבר את פין E של ה-LCD לפין דיגיטלי של Arduino (למשל, פין 11).
- חבר את פיני הנתונים של ה-LCD (D4-D7) לפינים דיגיטליים של Arduino (למשל, פינים 5, 4, 3 ו-2). אנו מגדירים את ה-LCD במצב 4 סיביות.
- חבר את פין התאורה האחורית (A) של ה-LCD ל-5V, ואת פין התאורה האחורית (K) ל-GND (אופציונלי אם אתה משתמש בתאורה אחורית, ואינך רוצה לשלוט בה, אחרת חבר את A דרך נגד לפין דיגיטלי ואת K ל-GND ).
קוד ארדואינו: התקן את ספריית LiquidCrystal בתוך Arduino IDE ולאחר מכן השתמש בקוד הדומה לקוד הבא:

#לִכלוֹל <LiquidCrystal.h>

const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

בָּטֵל הגדרה() { lcd.לְהַתְחִיל(16, 2); lcd.הֶדפֵּס("שלום, עולם!");
}

בָּטֵל לוּלָאָה() {
  // הקוד הנוסף שלך יכול להיכלל כאן, LCD ימשיך להציג את ההודעה
}

דוגמה פשוטה זו מדגימה את היסודות של התממשקות עם arduino והצגת נתונים על ה-LCD. זה גם מדגים כיצד להשתמש ב-LCD במצב 4 סיביות כדי לפשט את מספר הפינים בשימוש.

6. איך לשלוח נתונים ופקודות ל-LCD?

שליחת נתונים ופקודות ל-LCD חיונית כדי לשלוט בהתנהגותו ולהצגת מידע. כפי שהוזכר קודם לכן, סיכת RS משמשת להבדיל בין נתונים ופקודות. כאשר RS נמוך, הוראות שניתנו ל-LCD נחשבות לפקודות; כאשר הוא גבוה, הם מטופלים כאל נתונים, שהם בדרך כלל תו שיש להציג.

שליחת פקודות: כדי לשלוח פקודות, הגדר תחילה את סיכת RS נמוכה. ההוראות יכולות לכלול פעולות כמו ניקוי התצוגה, הגדרת מיקום הסמן או הגדרת מצב התצוגה. פקודות השליחה משמשות בדרך כלל כדי להגדיר את ה-LCD לפעולה. שיטות הספרייה המשמשות עם arduino יטפלו בכל זה.

שליחת נתונים: כדי לשלוח נתונים, הגדר את סיכת ה-RS גבוה. הנתונים שנשלחו יתפרשו כקוד ascii של התו שיוצג. לכל תו יש קוד משויך, אותו ניתן למצוא בערכת התווים הסטנדרטית של ascii. לאחר מכן, ה-LCD מאחזר את התו המתאים ממחולל התווים שלו ומציג אותו על המסך. התהליך מטופל על ידי הספרייה אך כדאי לדעת את הפונקציונליות הבסיסית. על מנת שהנתונים ייכתבו ל-LCD, יש להגדיר את פיני הנתונים.

פונקציות הספרייה, כגון lcd.print() לטפל אוטומטית במורכבות השליטה בפינים RS ו-E, כמו גם שליחת ה-byte הנכון ל-LCD. זה מפשט באופן משמעותי את תהליך שליחת הנתונים ל-LCD. אפשר גם לשלוח פקודות באמצעות שיטות הספרייה, למשל, lcd.clear() משמש לניקוי התצוגה ו lcd.setCursor() משמש להגדרת מיקום הסמן הנוכחי בתצוגה.

7. כיצד לשלוט ביעילות בתאורה האחורית של ה-LCD?

התאורה האחורית של LCD בגודל 16×2 שימושית מאוד בתנאי תאורה גרועים. רוב מודולי התצוגה בגודל 16×2 כוללים תאורת LED אחורית. כדי לשלוט בתאורה האחורית אתה צריך להפעיל את הפינים של האנודה (פין 15) והקתודה (פין 16), בדרך כלל באמצעות נגד. ישנן מספר דרכים שבהן ניתן לשלוט בתאורה האחורית. אתה יכול פשוט לחבר את התאורה האחורית ישירות לחשמל ולהארקה, במקרה זה, התאורה האחורית תופעל לצמיתות. אם אתה משתמש בשיטה זו, מומלץ מאוד לכלול נגד מגביל זרם בסדרה עם פין האנודה. כדי לשלוט בתאורה האחורית עם המיקרו-בקר צריך לחבר את האנודה (פין 15) לאחד מהפינים של הארדואינו ואת הקתודה (פין 16) לאדמה. על ידי הגדרת הפלט של הסיכה לגבוה או נמוך, תוכל להפעיל או לכבות את התאורה האחורית.

שימוש בסיכה של ארדואינו לשליטה בתאורה האחורית מאפשר לכבות אותה אם אין בה צורך או ליישם תכונות אחרות כמו למשל: כיבוי והדלקה של התאורה האחורית. אתה תמיד צריך לבדוק את גיליון הנתונים עבור זרם התאורה האחורית המרבי כדי לבחור את הנגד הנכון. בדרך כלל נגד 220 אוהם יעבוד מצוין. כאשר הסיכה מוגדרת לרמה גבוהה, תאורת ה-LED האחורית תהיה דולקת, אחרת היא תהיה כבויה. שליטה בתאורה האחורית בקוד תעזור לחסוך בחשמל אם אין צורך בתאורה האחורית.

8. כיצד להתאים את הניגודיות של ה-LCD לנראות מיטבית?

התאמת הניגודיות חיונית להשגת קריאה מיטבית של תצוגת ה-LCD. הניגודיות של ה-LCD מותאמת על ידי שינוי המתח המופעל על פין V0 או VEE (פין 3). מתח זה שולט על הניגודיות של הפיקסלים. על מנת להתאים את הניגודיות של התצוגה, פוטנציומטר מחובר בדרך כלל לפין זה. כאשר אתה מסובב את הפוטנציומטר, המתח בפין זה משתנה. אם המתח גבוה מדי, התצוגה תהיה שחורה, ואם המתח נמוך מדי התצוגה בקושי תיראה. על מנת להתאים את הניגודיות יש למצוא נקודה טובה עבור ה-LCD המסוים.

על ידי חיבור פוטנציומטר קל לכוונן ידנית את הניגודיות של התצוגה. זוהי שיטה נפוצה מאוד. תהליך התאמת הניגודיות כולל סיבוב איטי של הפוטנציומטר עד שהדמויות נראות בבירור. אם התצוגה שלך מציגה רק בלוקים שחורים או עמומה מאוד, זה אומר שהניגודיות לא מותאמת נכון. הניגודיות של התצוגה עשויה להשתנות כאשר הטמפרטורה משתנה. ייתכן שיהיה צורך בהתאמה קטנה לאחר זמן מה של שימוש. שיטה זו זולה והיא עובדת ביעילות. יש צורך בהתאמת הניגודיות של ה-LCD כדי להשיג נראות אופטימלית.

9. כיצד ליצור ולהציג תווים מותאמים אישית על גבי LCD 16×2?

היכולת להגדיר ולהציג תווים מותאמים אישית משפרת משמעותית את הרבגוניות של 16×2 LCD. מחולל התווים המובנה כבר מאחסן קבוצה מוגדרת מראש של ערכת תווים סטנדרטית של ascii, אולם המשתמש יכול להחליף 8 מיקומים בזיכרון התווים המותאם אישית. יצירת תווים מותאמת אישית בתצוגה מושגת על ידי יצירת תבנית בתים עבור כל תו מותאם אישית. כל תו מוגדר באמצעות מטריצת 5×8 פיקסלים, כלומר יש 5 ביטים בשורה ו-8 שורות. זה אומר שאנחנו צריכים 8 בתים של נתונים כדי להגדיר את התו המותאם אישית.

שלבים ליצירה והצגה של תו מותאם אישית:

עצב את הדמות שלך: שרטט את הדמות הרצויה לך ברשת של 5×8 פיקסלים. סמן את הפיקסלים שברצונך להאיר.
המר לבייטים: כל שורת פיקסלים מתאימה לבייט בודד. פיקסל מואר מיוצג על ידי 1, ופיקסל לא מואר הוא 0. המר כל שורה של 5 הפיקסלים שלך לבינארי ולאחר מכן לעשרוני. זה נותן לך 8 בתים שמגדירים את הדמות המותאמת אישית שלך.
שלח ל-LCD: לְהִשְׁתַמֵשׁ lcd.createChar() שיטה לאחסן את הבתים בזיכרון מחולל התווים של ה-LCD. ה ליצורChar השיטה לוקחת שני פרמטרים: המיקום בזיכרון מחולל התווים (0-7) ומערך הבתים.
הצג את הדמות: לאחר יצירת הדמות ניתן להציג אותה על ידי קריאה lcd.write() עם מיקום התווים (0-7). הנה דוגמה ליצירה והצגה של תו מותאם אישית באמצעות Arduino: "`arduino #include LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

byte 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() {} "` קוד זה יצור תו מותאם אישית במיקום 0 ויציג אותו במיקום הראשון על מסך ה-LCD. כאשר אתה יוצר את הדמות המותאמת אישית שלך, עליך להיות זהיר ולהשתמש בכתובות מחולל התווים ובפקודות ההדפסה בצורה נכונה.

10. מהן הבעיות הנפוצות בעבודה עם צגי LCD, וכיצד פותרים אותן?

בְּעוֹד מודולי LCD בגודל 16×2 בדרך כלל אמינים, עלולות להתעורר בעיות מסוימות. הבנת הבעיות הללו וידיעה כיצד לטפל בהן יכולה לחסוך זמן ומאמץ משמעותיים:

תצוגה ריקה: זה נובע לעתים קרובות מחיווט שגוי או התאמת ניגודיות. ראשית, בדוק את כל החיבורים, במיוחד חשמל, הארקה וקווי נתונים. כוונן את הפוטנציומטר כדי להבטיח ניגודיות נכונה.
מציג ג'יבריש: זה עשוי להצביע על בעיות בתקשורת נתונים. ודא כי נעשה שימוש בפינים הנכונים ושהספרייה שבה אתה משתמש תואמת ל-LCD. כמו כן, ודא שהקוד שבו אתה משתמש נכון ושאין שגיאות.
אין תאורה אחורית: אם התאורה האחורית לא נדלקת, ודא את החיווט של פינים 15 ו-16 וודא שאתה משתמש בנגד נכון עם תאורת ה-LED האחורית.
"ריבועים" מוצגים: לעתים קרובות זה אומר שה-LCD לא מאותחל כראוי, ולכן אתחול ה-LCD והגדרת מצב הנתונים הנכון (4-bit או 8-bit) הם חיוניים.
התצוגה לא מתעדכנת: ייתכן שה-LCD עובד, אך הנתונים הנשלחים אל ה-LCD אינם משתנים, אם אינכם מעדכנים את הנתונים שיוצגו, ותמשיכו לקרוא לפקודת ההדפסה עם אותו תוכן, ה-LCD לא יתעדכן. נסה לנקות את התצוגה אם אתה נתקל בבעיה זו, באמצעות ה בָּרוּר() פְּקוּדָה.
הפרעות/רעש: רעש חשמלי יכול להשפיע על ביצועי ה-LCD. השתמש בחוטים קצרים יותר וסוכך את החיבורים במידת הצורך. לפעמים תצטרך להוסיף קבל בין פיני המתח והארקה אם ה-LCD אינו פועל כהלכה.

טכניקות איתור באגים נכונות, כגון בדיקת כל חיבור שלב אחר שלב, יכולות לסייע באבחון בעיות אלו. ודא שהספריות הנכונות מותקנות ושלוח הארדואינו פועל כהלכה. בדיקה כפולה של החיבורים ל-LCD והפינים של הארדואינו חשובה מאוד. בעת עבודה עם ה-LCD במצב 4 סיביות, ודא שהשתמשת בפיני הנתונים הנכונים (D4-D7) והנתונים נשלחים כהלכה על ידי פונקציות הספרייה.

סיכום של 10 הדברים החשובים ביותר לזכור:

ה-LCD 16×2 הוא מודול תצוגה מבוסס תווים המסוגל להציג 16 תווים בשורה ב-2 שורות.
יש לו 16 פינים, כל אחד עם פונקציה ספציפית, שצריכים להיות מחוברים בצורה נכונה כדי שהמודול יעבוד.
התאמת ניגודיות נכונה היא חיונית לקריאות ברורה. אתה יכול לכוונן את הניגודיות עם פוטנציומטר המחובר לפין V0.
סיכת ה-RS קובעת אם אתה שולח פקודות או נתונים ל-LCD.
סיכת ההפעלה (E) משמשת לנעילת הנתונים או הפקודות.
ניתן להשתמש ב-LCD במצב 4-bit או 8-bit; מצב 4 סיביות דורש פחות פינים של מיקרו-בקר.
ניתן ליצור תווים מותאמים אישית על ידי כתיבת ייצוגי בתים של מטריצת 5×8 פיקסלים לזיכרון מחולל התווים.
יש לחבר את התאורה האחורית באמצעות נגד מגביל זרם, או שניתן לשלוט בה באמצעות המיקרו-בקר.
בדוק תמיד את כל חיבורי החיווט כדי למנוע בעיות נפוצות כמו תצוגה ריקה.
צג הגביש הנוזלי משתמש בבקר שהוא בדרך כלל hd44780 lcd או הגרסה התואמת שלו.

על ידי הבנת פעולתו של ה-LCD 16×2 וביצוע ההנחיות הללו, אתה יכול לשלב ביעילות את התצוגה הרב-תכליתית הזו בפרויקטי הארדואינו שלך.