Interfacciamento del modulo LCD 16×2 senza I2C: una guida completa per Arduino ed ESP32

Questo articolo si addentra nel mondo dell'interfacciamento di un modulo LCD 16×2 con microcontrollori come Arduino ed ESP32, concentrandosi in particolare sulla configurazione senza l'utilizzo di un modulo I2C. Esploreremo perché potresti scegliere questo metodo, come funziona e forniremo un tutorial dettagliato per collegare e programmare il tuo LCD. Se stai cercando di comprendere i fondamenti dell'interfacciamento LCD e come pilotare un display LCD 16×2 senza affidarti alla praticità di un adattatore I2C, questa è la guida che fa per te.

1. Che cos'è un LCD 16×2 e perché interfacciarlo?

Un display LCD 16×2, abbreviazione di display a cristalli liquidi da 16 caratteri per 2 righe, è un modulo display comune e versatile. Viene utilizzato per presentare testo e informazioni numeriche in modo chiaro e conciso. A differenza dei display grafici complessi, gli LCD 16×2 sono relativamente semplici da gestire, il che li rende perfetti per vari progetti di microcontrollori. Il "16×2" si riferisce alla sua capacità di visualizzare 16 caratteri su ciascuna delle sue due righe, il che lo rende adatto per visualizzare letture di sensori, stato del progetto o messaggi utente. L'interfacciamento di questi moduli display LCD con microcontrollori come Arduino o ESP32 consente ai progetti di interagire con l'utente visualizzando le informazioni in un formato leggibile dall'uomo. Sono relativamente economici e facili da usare.

L'appello del Schermo LCD 16×2 modulo risiede nella sua semplicità e nel basso costo. È un punto fermo nell'elettronica per vari progetti hobbistici e professionali grazie alla sua capacità di visualizzare testo e numeri senza il sovraccarico di tecnologie di visualizzazione più complesse. L'interfacciamento di questo modulo consente agli sviluppatori di sistemi embedded di creare dispositivi in grado di fornire feedback visivo, senza utilizzare display grafici complessi. La facilità di integrazione rende gli LCD 16×2 uno strumento di visualizzazione molto utile per visualizzare informazioni da vari sensori.

2. Perché scegliere di interfacciare un LCD 16×2 senza I2C?

Mentre i moduli I2C offrono la comodità di ridurre il numero di pin richiesti per l'interfacciamento, scegliere di collegare direttamente un LCD 16×2 senza I2C ha diversi vantaggi. Innanzitutto, fornisce una comprensione più approfondita dei protocolli di comunicazione sottostanti e del funzionamento del modulo LCD, rendendolo un'esperienza educativa eccezionale. In secondo luogo, non affidandosi all'interfaccia I2C si evitano le complessità del bus I2C e i potenziali conflitti di indirizzo. Questo può essere importante se si riscontrano limitazioni nel progetto o si desidera ridurre la complessità della connessione dei dispositivi I2C. Non si è limitati da un indirizzo.

Inoltre, l'interfacciamento diretto può essere utile per progetti in cui ogni pin del microcontrollore è prezioso. Un modulo i2c riduce in genere il numero di pin da utilizzare a 2, ma questi 2 pin sono dedicati alla comunicazione i2c e potrebbero essere necessari per qualcos'altro, mentre l'interfacciamento senza un modulo i2c consente di selezionare liberamente quali pin si desidera utilizzare. L'interfacciamento senza un modulo i2c offre il pieno controllo della connessione. La connessione diretta può anche essere più rapida per la visualizzazione dei dati, poiché la comunicazione i2c deve essere eseguita prima che i dati possano essere trasmessi al display lcd. Questo non è sempre critico, ma è qualcosa da considerare quando si progettano applicazioni che richiedono tempi di aggiornamento rapidi per il contenuto visualizzato.

3. Quale hardware è necessario per interfacciare un LCD 16×2 senza un modulo I2C?

Per interfacciare un modulo LCD 16×2 senza i2c, avrai bisogno di alcuni componenti essenziali. L'elemento principale è un LCD 16×2 standard, che in genere è dotato di 16 pin per la connessione. Avrai anche bisogno di un microcontrollore, come un Arduino Uno o ESP32. Inoltre, avrai bisogno di fili jumper per collegare i vari pin del modulo LCD al tuo microcontrollore. Inoltre, è necessario un potenziometro per regolare il contrasto del display LCD. Una breadboard può essere di grande aiuto per mantenere tutto ordinato e organizzato.

La sfida principale quando si collega un LCD 16×2 senza I2C è che richiede più pin dal microcontrollore rispetto all'utilizzo di un adattatore I2C. Nello specifico, utilizzeremo 6 pin per controllare il display LCD, più due pin per controllare l'alimentazione e la terra. Pertanto, dovresti pianificare il circuito del microcontrollore con abbastanza pin di uscita disponibili. Avere questi pin disponibili ti dà il pieno controllo dell'LCD. Il potenziometro ti consente di regolare il contrasto in modo che il testo sul display LCD sia chiaramente visibile.

4. Come funziona internamente il display LCD 16×2?

Il display LCD 16×2 è basato sul controller HD44780 o su un chip compatibile. Questo controller gestisce la visualizzazione dei caratteri e accetta comandi tramite un'interfaccia parallela. L'interfaccia utilizza in genere 8 pin dati (D0-D7) o 4 pin dati in modalità a 4 bit (D4-D7), più pin di controllo (RS, R/W ed EN). Ogni posizione di carattere sul display LCD è indirizzata internamente dal controller. Quando si invia un comando o dati di carattere, il controller HD44780 riceve il comando e agisce di conseguenza.

Il controller HD44780 utilizza comandi specifici per attività come la cancellazione del display, l'impostazione della posizione del cursore o l'inizializzazione dell'LCD. Comprendere questa architettura è fondamentale quando si scrive codice per controllare l'LCD senza l'astrazione fornita da un modulo I2C. I comandi vengono inviati al display tramite i pin dati e la modalità di comunicazione è determinata dai pin di controllo. Ciò consente inoltre al controller di lavorare con diversi tipi di dimensioni di display come 20×4, il display LCD 16×2 utilizza un set di caratteri predefinito che può essere visualizzato sullo schermo.

5. Come collegare un LCD 16×2 direttamente a un Arduino?

Collegamento di un Schermo LCD 16×2 direttamente a un Arduino comporta il cablaggio di ogni pin necessario. Per prima cosa, dovrai collegare il pin VSS dell'LCD a terra (GND) e il pin VDD a 5 V, questo è il tuo alimentatore. Il pin V0 (regolazione del contrasto) è collegato al pin centrale del potenziometro; gli altri due pin del potenziometro sono collegati a terra e 5 V per creare un partitore di tensione che useremo per modificare il contrasto del display LCD. Quindi, collega il pin RS (selezione registro) dell'LCD a un pin digitale dell'Arduino (ad esempio, pin 12). Il pin R/W (lettura/scrittura) dovrebbe essere collegato a terra poiché scriveremo solo dati sull'LCD. Il pin EN (abilitazione) deve essere collegato a un altro pin digitale sull'Arduino (ad esempio, pin 11).

Quindi, collega i pin dati da D4 a D7 ai pin digitali sull'Arduino, ad esempio i pin 5, 4, 3 e 2 rispettivamente. In questo modo, stiamo usando la modalità a 4 bit, che è una pratica comune, poiché utilizza meno pin. La modalità a 4 bit è più semplice e utilizza meno cavi rispetto alla modalità a 8 bit. I pin della retroilluminazione A (anodo) e K (catodo) devono essere collegati rispettivamente a 5 V e GND con una resistenza di limitazione della corrente sull'anodo, se necessario. Assicurati di utilizzare uno schema elettrico per guidare questo processo. I pin sono talvolta numerati in modo diverso per alcuni moduli LCD. Il layout dei pin può sempre essere trovato nel datasheet del modulo LCD.

6. Programmazione del tuo Arduino per pilotare il display LCD 16×2: un tutorial dettagliato

Per programmare il tuo arduino per interfacciare l'lcd 16×2, dovrai usare la libreria LiquidCrystal. Inizia aprendo l'ide arduino e includi la libreria liquidcrystal nel codice del tuo progetto. Inizia l'oggetto lcd nel tuo codice, specificando i pin usati per la connessione. Nel nostro esempio sono pin: RS, EN, D4, D5, D6, D7. Ad esempio: LCD a cristalli liquidi (12, 11, 5, 4, 3, 2);. All'interno della funzione setup(), inizializza l'LCD chiamando lcd.inizio(16, 2); per impostare il numero di colonne e righe del display lcd. Dovresti anche inizializzare l'lcd usando la funzione initialize the lcd.

Ora, nella funzione loop, puoi usare vari comandi per visualizzare i dati sul display lcd. Ad esempio, puoi impostare la posizione del cursore con lcd.setCursor(colonna, riga); e visualizza il testo con lcd.print("Ciao mondo");È possibile cancellare il display con il lcd.chiaro(); comando. Puoi creare un breve programma ed eseguire alcuni codici per testare la scheda e dopo averla collegata. Puoi usare il monitor seriale per eseguire il debug del programma. La libreria liquidcrystal gestisce per te tutte le comunicazioni di basso livello HD44780, quindi non devi preoccuparti di inviare singole sequenze di byte e segnali di controllo. La funzione chiave è lcd.print() che viene usata per visualizzare i dati.

#includere 

// Definisci i pin collegati al display LCD
costante interno la = 12, in = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;

// Inizializza l'oggetto LCD
Cristalli liquidi lcd(rs, it, d4, d5, d6, d7);

vuoto impostare() {
  // Imposta il numero di colonne e righe
  schermo LCD.inizio(16, 2);
  // Stampa un messaggio sul display LCD
  schermo LCD.stampa("Ciao, LCD!");
}

vuoto ciclo continuo() {
  // Imposta il cursore sulla seconda riga
  schermo LCD.impostaCursore(0, 1);
  // Visualizza l'ora
  schermo LCD.stampa(millimetro()/1000); schermo LCD.stampa("secondi");
}

7. Che dire dell'ESP32? Interfacciamento di un LCD 16×2 senza I2C su un ESP32

Interfacciare un LCD 16×2 senza i2c su un ESP32 è simile a farlo su un Arduino, ma con alcune piccole differenze. L'ESP32 è un microcontrollore da 3,3 V, mentre il Schermo LCD 16×2 è in genere progettato per funzionare a 5 V. Pertanto, potrebbe essere necessario utilizzare dei level shifter per la compatibilità di tensione tra i pin logici dell'ESP32 e dell'LCD. In alternativa, l'utilizzo di una scheda ESP32 con level shifter può eliminare la necessità di circuiti di level shifter esterni. Il cablaggio fisico sarà in gran parte lo stesso di un Arduino. Collegare VSS a terra e VDD a 5 V (o 3,3 V se si utilizza un LCD da 3,3 V o level shifter).

Il codice nell'ide arduino sarà quasi uguale a quello fornito per arduino con poche o nessuna modifica. Utilizza la libreria LiquidCrystal nello stesso modo del tutorial di Arduino. Ricordati di definire correttamente le connessioni dei pin nel LCD a cristalli liquidi oggetto. Controlla sempre la scheda tecnica del tuo modulo LCD per assicurarti che i pin siano collegati correttamente. Controlla anche il pinout della tua scheda ESP32 per assicurarti connessioni corrette. Sii consapevole dei diversi pin che potrebbero essere disponibili e scegli quelli corretti per la tua applicazione.

8. Come creare caratteri personalizzati su un LCD 16×2 senza I2C?

È possibile creare caratteri personalizzati su un LCD 16×2, anche senza l'ausilio di un modulo I2C. Il controller HD44780 consente di definire fino a 8 caratteri personalizzati. Si creano caratteri personalizzati definendo un pattern di byte, dove ogni byte rappresenta una riga della matrice di caratteri pixel 5×8. Per fare ciò, si crea prima un array di byte che definisce il pattern pixel per il carattere personalizzato. Ogni byte rappresenta una riga del carattere.

Quindi, utilizzare il lcd.createChar(posizione, mappacaratteri) funzione nel codice Arduino. L'argomento location definisce in quale delle 8 posizioni disponibili memorizzare il nuovo carattere (da 0 a 7), e characterMap è l'array di byte che hai appena creato. Puoi quindi visualizzare il tuo carattere personalizzato usando lcd.write(posizione) nel tuo codice, dove posizione è la posizione che hai definito in precedenza. Questo viene fatto usando l'oggetto lcd che hai creato prima. Questo è estremamente utile se la tua applicazione ha bisogno di caratteri univoci che non sono disponibili nel set di caratteri standard del modulo lcd.

9. Risoluzione dei problemi comuni durante l'interfacciamento di un LCD 16×2 senza I2C

Interfacciare un LCD 16×2 senza un adattatore I2C, sebbene semplice, può presentare alcuni problemi comuni. Il primo problema è il cablaggio errato. Controlla sempre due volte lo schema elettrico e assicurati che tutti i collegamenti siano corretti. Un errore comune è l'inversione della polarità dei pin di alimentazione del modulo LCD, che potrebbe danneggiarlo in modo permanente. Assicurati inoltre che i cavi siano collegati saldamente. In secondo luogo, un'inizializzazione errata dell'oggetto LCD potrebbe causare problemi. Controlla due volte che i pin siano inizializzati correttamente in base alla connessione alla scheda. Inoltre, il tipo di modulo LCD potrebbe richiedere una sequenza di inizializzazione leggermente diversa.

Anche le impostazioni del contrasto devono essere regolate correttamente usando il potenziometro per regolare il contrasto del display LCD finché il testo non è chiaramente visibile. Se il display è vuoto o distorto, potresti avere un errore di cablaggio o un problema con l'alimentatore. Assicurati di avere un alimentatore stabile e la tensione corretta. Puoi anche controllare il codice usando il monitor seriale per eseguire il debug di possibili problemi. Se hai ancora problemi, prendi in considerazione la possibilità di consultare il forum Arduino. È comune vedere che altri potrebbero aver riscontrato gli stessi problemi. Reddit è anonimo, quindi otterrai sicuramente un nome o un suggerimento.

10. Tecniche avanzate e progetti futuri con LCD 16×2

Una volta apprese le basi dell'interfacciamento di un LCD 16×2 senza I2C, puoi esplorare tecniche più avanzate. Ciò include la visualizzazione di dati in tempo reale dai sensori o la creazione di un sistema di menu. Puoi anche usare i caratteri personalizzati per creare semplici grafiche e icone di stato per il tuo progetto. Ricorda di usare sempre la scheda tecnica per il modulo LCD come mostrato per verificare i requisiti di connessione specifici del tuo modulo LCD. Il metodo che stiamo usando fornisce flessibilità in termini di pin del microcontrollore che possono essere usati.

Puoi usare più di un display LCD se hai bisogno di mostrare più informazioni, ma fai attenzione al numero di pin che stai usando. Prova anche a sperimentare la visualizzazione di numeri usando lcd.stampa() comando e prova diversi modi di utilizzo imposta la posizione del cursore funzione per posizionare diversi elementi in diverse parti del display. Questo apre molte opzioni per i tuoi progetti futuri. La conoscenza che acquisisci controllando l'LCD senza I2C fornisce un buon punto di partenza per controllare tipi di display più avanzati.

Punti chiave: 10 cose da ricordare quando si interfaccia un LCD 16×2 senza I2C

• Comprendere le basi: Il modulo LCD 16×2 è controllato tramite 6-10 pin di controllo e dati senza un modulo I2C.
• I collegamenti dei pin sono cruciali: Per conoscere il pinout specifico del tuo modulo LCD, consulta la scheda tecnica.
• Regolazione del contrasto: Per regolare il contrasto del display LCD utilizzare sempre un potenziometro.
• Libreria LiquidCrystal: Utilizzare il Cristalli liquidi libreria nell'IDE Arduino per semplificare la programmazione.
• Inizializzazione: Inizializzare sempre correttamente l'LCD utilizzando lcd.inizio(16, 2);.
• Visualizzazione dei dati: Utilizzare il lcd.stampa() per visualizzare i dati sul modulo display.
• Caratteri personalizzati: Crea personaggi personalizzati utilizzando lcd.createChar() quando ne hai bisogno.
• Risoluzione dei problemi: Controllare attentamente tutti i cablaggi, i codici e i collegamenti per identificare la causa di eventuali problemi.
• Disponibilità dei pin: Quando si decide di adottare questo metodo, occorre prestare attenzione ai pin del microcontrollore utilizzati.
• Avanzare ulteriormente: Esplora tecniche avanzate per creare applicazioni ancora più complesse.

Seguendo questa guida completa, sarai pronto per iniziare a interfacciare il tuo modulo LCD 16×2 direttamente con un Arduino o ESP32 e visualizzare le informazioni richieste dai tuoi progetti, senza un adattatore I2C.