16×2 LCD モジュールをマスターする: Arduino を使用した I2C LCD1602

この記事では、LCD ディスプレイの世界を詳しく解説します。特に、人気の 16×2 文字 LCD モジュールと、I2C インターフェイスを使用した Arduino との統合に焦点を当てています。プロジェクトにビジュアル ディスプレイを追加する場合は、16×2 LCD モジュールの使用方法を理解することが不可欠です。このガイドでは、LCD モジュールの基礎から I2C 通信の使用方法まで、知っておく必要のあるすべてのことを説明します。初心者にも経験豊富なメーカーにも役立つ内容です。

1. LCD ディスプレイとは何ですか? また、なぜ 16×2 文字の LCD を使用するのですか?

LCD または液晶ディスプレイは、デジタル時計からコンピューターのモニターまで、さまざまなデバイスで使用されるフラットパネルディスプレイ技術です。消費電力が少なく、比較的低コストであるため人気があります。特に Arduino などのマイクロコントローラーを使用した電子プロジェクトに取り組む場合、LCD ディスプレイはユーザーにフィードバックを提供したり情報を表示したりするのに最適です。16×2 文字 LCD は、2 行にそれぞれ 16 文字を表示できる特殊なタイプの LCD で、テキストや数値データを表示するのに最適です。このタイプのディスプレイは、ドット マトリックスを使用して文字を形成するため、さまざまなプロジェクトに最適です。 16×2 液晶 ディスプレイは、1 行以上の情報を表示するシンプルで効果的な方法を提供し、より高度なグラフィック表示が必要ない場合に最適です。非常にユーザーフレンドリーで、さまざまな電子回路に簡単に統合できます。

16×2 文字 LCD ディスプレイは、使いやすく、Arduino などの制御デバイスから多くのリソースを必要としないため、DIY エレクトロニクスの定番です。他のディスプレイと比較して、16×2 LCD は、機能性、使いやすさ、コストのバランスが優れています。このタイプの LCD は、データを明瞭に表示することが重要なさまざまなプロジェクトでよく使用されます。この LCD ディスプレイに表示できる文字数は限られていますが、低コストと操作のしやすさで補われることが多く、これが今でも非常に人気がある理由です。コントラストとバックライトを調整できる 16×2 ディスプレイは、あらゆるディスプレイの重要なコンポーネントである明瞭で読みやすいテキストを提供します。

2. LCD1602 モジュールとは何ですか? また、その主な機能は何ですか?

LCD1602 モジュールは、16×2 文字 LCD の特定の実装です。「1602」は、16 文字×2 行のテキスト表示機能を意味します。これらの LCD モジュールは、文字の表示とバックライトの管理を処理するコントローラ (通常は HD44780 または互換性のあるコントローラ) を中心に構築されています。LCD1602 モジュールには通常 16 本のピンがあり、電源、接地、データ、制御、およびバックライトに使用されます。I2C なしで使用すると、これらの多数のピンの配線が困難になる可能性があるため、I2C アダプタが一般的な追加機能です。また、文字や数字だけでなくさまざまな記号を表示でき、LCD 画面に表示される内容を高度に制御できます。

LCD1602 モジュールの主な機能には、文字や文字列を表示する機能、多くの場合青い背景のバックライト機能、最適な表示のための調整可能なコントラストなどがあります。バックライトにより、暗い場所でも LCD ディスプレイを簡単に使用できます。LCD1602 モジュールのバックライトは通常、明瞭で明るい出力を提供する LED で実装されています。覚えておくべき重要な点の 1 つは、1602 という数字は、このモジュールが 2 行で 16 文字を表示できることを意味するということです。文字表示機能により、ユーザーにデータをわかりやすく表示するのに最適です。表示文字は、各文字、数字、記号の形状を定義する 5×7 または 5×11 のドット マトリックスのセットです。

3. I2C インターフェースとは何ですか? また、LCD1602 モジュールでそれを使用する理由は何ですか?

I2C (Inter-Integrated Circuit) インターフェースは、2 本の配線のみを使用して複数のデバイスがマイクロコントローラと通信できるようにするシリアル通信プロトコルです。これらの配線は通常、SDA (シリアル データ) および SCL (シリアル クロック) とラベル付けされています。LCD1602 モジュールで I2C を使用すると、配線プロセスが大幅に簡素化されます。通常、LCD1602 モジュールには多くのピンが必要ですが、ピンの数が限られているマイクロコントローラ プロジェクトで作業する場合は課題となる可能性があります。I2C インターフェースを使用すると、多くのピンではなく 2 つのピンと電源およびグランドのみを使用できるため、プロジェクトの構築が容易になり、配線エラーが発生しにくくなります。これは、ブリッジとして機能する別のチップまたは i2c モジュールを LCD の背面に接続することで実現されます。

I2C インターフェースはマスターとスレーブの関係で動作し、マスター (多くの場合、Arduino などのマイクロコントローラ) がスレーブ デバイス (I2C LCD1602 モジュールなど) との通信を開始します。すべての I2C デバイスには固有の I2C アドレスがあり、マイクロコントローラは特定のデバイスと通信できます。I2C のシリアル通信プロトコルにより、ハードウェアのセットアップが大幅に簡素化され、lcd1602 を Arduino に統合しやすくなります。i2c モジュールがない場合、LCD1602 は Arduino の d4-d7 ポートによって制御され、マイクロコントローラの多くのピンを使用する必要があります。

4. I2C LCD1602 モジュールはどのように動作しますか?

I2C LCD1602 モジュールは、16×2 LCD の機能と I2C インターフェイス アダプターを組み合わせています。通常、i2c アダプターまたはバックパックは LCD の背面に取り付けられ、LCD の従来のパラレル通信をシリアル I2C 通信に変換します。つまり、Arduino または Raspberry Pi がディスプレイと通信するために複数のデジタル ピンを使用する代わりに、マイクロコントローラーは I2C SDA および SCL ラインのみを使用するため、配線が大幅に簡素化されます。また、LCD に使用される Arduino のポートの数も削減され、プロジェクトで使用する必要のある他のコンポーネントやセンサーにポートを解放できます。

I2C モジュールの I2C コントローラは、マイクロコントローラから i2c インターフェイスを介して送信されたコマンドとデータを受信します。次に、これらのコマンドとデータを文字 LCD が理解できる信号に変換し、文字の表示を制御します。I2C LCD1602 モジュールには、LCD のバックライト、コントラスト、およびドット マトリックス内の文字の表示を制御するために必要なロジックが含まれています。LCD1602 のバックライトは、電源に接続されるとすぐに I2C モジュールによってオンになります。コントローラによって送信されるデータには、データが表示される LCD 画面上の位置も含まれます。LCD1602 に表示される文字はドット マトリックスによって定義され、各位置に 1 つの文字を表示できます。文字と行の間のスペースは、2 つの文字間のドット ピッチの一部であり、文字と行を分離します。

5. I2C LCD1602 を Arduino に接続するにはどうすればよいですか?

I2C LCD1602 を Arduino に接続するのは、I2C インターフェイスのおかげで簡単です。I2C LCD1602 モジュール、Arduino ボード (Arduino Uno など)、および 4 本のジャンパー ワイヤが必要です。I2C モジュールの VCC ピンを Arduino の 5V ピンに接続し、GND ピンを Arduino の GND ピンに接続します。次に、モジュールの SDA ピンを Arduino の SDA (A4) ピンに接続し、モジュールの SCL ピンを Arduino の SCL (A5) ピンに接続します。Arduino Uno R3 などの一部のボードには、専用の I2C ピンがあります。i2c モジュールは、電源と i2c ラインの両方にアクセスできる必要があります。

I2C LCD1602 を Arduino に接続したら、プログラミングを開始できます。i2c モジュールと通信するには、必要な Arduino ライブラリをインストールする必要があります。これには通常、I2C LCD 用の特定のライブラリの追加が含まれます。これらがインストールされると、基本的なサンプル コードを使用してディスプレイをテストできます。また、モジュールの I2C アドレスを見つける必要があります。これは通常、I2C スキャナー スケッチで特定できます。i2c アドレスが見つかったら、I2C LCD のプログラミングに進むことができます。

6. Arduino で I2C LCD1602 モジュールを使用する利点は何ですか?

I2C LCD1602 モジュールを Arduino で使用すると、いくつかの利点があります。最も重要な利点は、配線の複雑さが軽減されることです。従来の LCD モジュールには多くのデータ ラインと制御ラインが必要であり、Arduino の使用可能なピンがすぐに消費される可能性があります。I2C モジュールはこれを大幅に簡素化します。I2C インターフェイスを使用すると、必要な接続は 4 つ (VCC、GND、SDA、SCL) だけになり、Arduino の貴重なデジタル ピンを他の用途に使用できます。この簡素化により、混乱が軽減され、プロジェクトが簡素化されるだけでなく、配線エラーのリスクも軽減されます。i2c インターフェイスでは、他の i2c デバイスを同じマイクロコントローラに同時に接続することもできます。

i2c lcd1602 モジュールのもう 1 つの利点は、プログラミングの容易さです。ライブラリが正しくセットアップされると、LCD ディスプレイを制御するために必要なコードは、標準の LCD の場合よりも大幅に簡単になります。LiquidCrystal_I2C などのライブラリは、i2c 通信の複雑さを抽象化するため、プログラマーは LCD 画面に表示されるテキストと情報に集中できます。これにより、lcd1602 を使用してさまざまなパラメーターで文字やテキストを表示することがはるかに簡単になります。これらすべてにより、LCD の統合がより高速でユーザーフレンドリーになります。

7. LCD ディスプレイ モジュールの使用時によくある問題は何ですか? また、その解決方法を教えてください。

LCD ディスプレイ モジュールを使用するときに最もよくある問題の 1 つは、ディスプレイに文字が正しく表示されない、または表示される文字が鮮明でないことです。これは多くの場合、コントラストを調整する必要があることを意味します。画面表示のコントラストは、ポテンショメータを使用するか、Arduino ライブラリへの適切な呼び出しでコードを調整することで調整できます。ポテンショメータを使用している場合は、vo をポテンショメータの中央のピンに接続し、他のピンを gnd と電源に接続する必要があります。ポテンショメータを回転させることにより、コントラストを調整できます。その他の一般的な問題は、通常、配線の不良または i2c アドレスの誤りに関連しています。常に接続を再確認し、i2c アドレスがコードで使用されているアドレスと一致していることを確認してください。

もう一つのよくある問題は、バックライトが機能しないことです。これは、i2c モジュール自体の LED ピンの配線が間違っているか、ソフトウェアから制御されている場合はソフトウェアの問題が原因である可能性があります。LED に電力が供給されていることを確認してください。また、Arduino またはその他のコントローラーの電源が正しく投入されていること、lcd1602 の vss を gnd に電源に接続していること、k を gnd に接続していることを確認してください。画面に何も表示されない場合は、i2c モジュールに障害がある可能性があります。常に、arduino と LCD の両方の電源を確認してください。

8. I2C で LCD1602 を制御するには、どのような Arduino サンプル コードが必要ですか?

I2C LCD1602モジュールをArduinoで制御するには、適切なライブラリを使用する必要があります。最も一般的なライブラリは 液晶_I2C ライブラリ。まず、Arduino IDE ライブラリ マネージャーを使用してライブラリをインストールします。インストールしたら、基本的なサンプル コードを使用して画面にテキストを表示できます。サンプル コードは、必要なライブラリのインクルードから始まり、i2c アドレスと lcd オブジェクトを定義します。次に、setup() 関数を使用して、次のようなコマンドでディスプレイを起動します。 lcd.begin(16, 2); そして使用する lcd.print("こんにちは、世界!"); 画面にメッセージを表示します。

の ループ（） 関数は内部のコードを継続的に実行し、ディスプレイを更新するために使用できます。関数ライブラリを呼び出すことによって最適化されると、LCD ディスプレイに文字や文字列を表示できます。i2c ライブラリと関数を使用すると、LCD 画面をクリアし、カーソルを配置し、文字列や数字などのさまざまなタイプのデータを印刷できます。1 つのメッセージを表示する基本的な例を次に示します。

#含む 

// 16文字2行表示の場合はLCDアドレスを0x27に設定する
液晶_I2C 液晶(0x27, 16, 2);

空所 設定() {
  // LCDを初期化する
  lcd.init();

  // バックライトをオンにします。
  lcd.バックライト();

  // LCD にメッセージを出力します。
  lcd.print(「こんにちは、LCD！」);
}

空所 ループ() {
  //ここには何もありませんが、もっとできることがあります
}

9. 16×2液晶 Raspberry Pi のような他のプラットフォームではどうですか?

はい、I2C バージョンを含む 16×2 LCD モジュールは、Raspberry Pi などの他のプラットフォームでも使用できます。基本原理は同じです。プラットフォームと LCD コントローラー間の通信を確立します。Raspberry Pi の場合、通常は Python プログラミング言語と I2C ライブラリを使用します。Raspberry Pi との i2c インターフェイスの配線は同じで、I2C 接続は正しいピンに接続されます。I2C を使用するにはライブラリも必要になります。セットアップを簡素化する SunFounder Raspberry Pi モジュールなど、Raspberry Pi で直接動作するモジュールもあります。

このプロセスには、Raspberry PiでI2Cを有効にし、必要なPythonライブラリ（通常は smバス まず、I2C 通信用の I2C アダプタを作成し、次に LCD を制御するコードを作成します。コードでは I2C アドレスも指定する必要があり、これは i2c アダプタの実際のアドレスと一致する必要があります。Raspberry Pi で i2c LCD を設定するプロセスは、Arduino プラットフォームの場合と似ています。主な違いは、プログラミング言語とライブラリです。ライブラリが設定されると、i2c LCD を制御するコマンドは同様になります。i2c 通信プロトコルは汎用的で、さまざまなプラットフォームで使用できます。

10. 16×2 LCD を使用して文字や文字列を効果的に表示するにはどうすればよいですか?

16×2 LCD モジュールは、表示できる文字や文字列の数が限られていますが、それでも非常に効果的に使用できます。1602 という数字は、LCD 画面に 16 文字と 2 行を表示できることを意味します。LCD ディスプレイを使用する最良の方法は、メッセージを短く簡潔にすることです。LCD には、カーソルを移動したり、画面をクリアしたり、さまざまな表示パラメータを設定したりするためのコマンドのセットもあります。たとえば、カーソルをさまざまな位置に移動して、画面上のさまざまな場所に文字や文字列を表示できます。 lcd.setCursor(列、行) 次の文字が表示される正確な位置を指定します。

必要に応じてLCDディスプレイをクリアすることも重要です。 lcd.クリア() LCD 画面の現在の内容をクリアするために使用できます。2 つの文字と 1 つのスペースを表示できます。また、1602 文字タイプの液晶ディスプレイの制限を理解することも重要です。各文字の位置は、文字と数字に最適な 5×7 または 5×11 のドット マトリックスで構成されていますが、出力を設計するときには、これを考慮して、表示される内容と各行に 16 文字を表示することが重要です。最初の行の長方形は、各位置に 5×7 または 5×11 のドット マトリックスで構成される 1 つの文字を表示できる画面上の領域です。

重要なポイント

• の 16×2液晶 電子工学プロジェクトでテキストや数値データを表示するための一般的な選択肢です。
• LCD1602 モジュールは、16×2 文字 LCD の特定の実装です。
• I2C は配線を簡素化し、LCD を制御するために必要なピンの数を削減します。
• I2C インターフェースは通信に 2 本のワイヤ (SDA と SCL) のみを使用します。
• LCD1602 モジュールは、LCD ディスプレイと I2C インターフェースを組み合わせたものです。
• I2C LCD1602 を Arduino に接続するには、4 本のワイヤ (VCC、GND、SDA、SCL) のみが必要です。
• I2C LCD1602 を制御するには Arduino ライブラリが必要です。
• i2c インターフェースを使用すると、他の i2c デバイスを同時に接続できます。
• 16×2 LCD は、Raspberry Pi などのプラットフォームでも使用できます。
• 鮮明な表示にはコントラストを適切に調整することが重要です。

表1: I2C LCD1602とArduinoのピン接続

表2: 標準LCD1602モジュールとI2C LCD1602モジュールの主な違い

この詳細なガイドを読めば、Arduino または Raspberry Pi プロジェクトで i2c lcd1602 モジュールを使い始めるために必要な知識が得られます。