Bemästra 16×2 LCD-modulen: I2C LCD1602 med Arduino

Den här artikeln fördjupar sig i världen av LCD-skärmar, speciellt med fokus på den populära 16×2 tecken LCD-modulen och dess integration med Arduino med I2C-gränssnittet. Om du vill lägga till en visuell display till dina projekt är det viktigt att förstå hur du använder 16×2 LCD-modulen. Den här guiden går igenom allt du behöver veta, från grunderna i LCD-modulen till att använda I2C-kommunikation, vilket gör detta till en läsvärd läsning för både nybörjare och erfarna tillverkare.

1. Vad är en LCD-skärm och varför använda en 16×2 teckens LCD?

En LCD, eller flytande kristallskärm, är en plattskärmsteknik som används i en mängd olika enheter, från digitala klockor till datorskärmar. De är populära på grund av sin låga strömförbrukning och relativt låga kostnad. När du arbetar med elektronikprojekt, särskilt med mikrokontroller som Arduino, är en LCD-skärm ett utmärkt sätt att ge feedback och visa information för användaren. LCD-skärmen med 16×2 tecken är en specifik typ av LCD-skärm som kan visa 16 tecken i var och en av sina 2 rader, vilket gör den idealisk för att visa text och numerisk data. Denna typ av display använder en punktmatris för att bilda karaktärerna som är perfekt för en mängd olika projekt. De 16×2 lcd display erbjuder ett enkelt och effektivt sätt att visa en eller flera rader med information, och det är det perfekta valet när en mer sofistikerad grafisk display inte krävs. Den är mycket användarvänlig och enkel att integrera i olika elektroniska kretsar.

LCD-skärmen med 16×2 tecken är en häftklammer i gör-det-själv-elektronik eftersom den är enkel att använda och inte kräver mycket resurser från den styrande enheten, som en arduino. Jämfört med andra skärmar erbjuder 16×2 LCD-skärmen en bra balans mellan funktionalitet, användarvänlighet och kostnad. Du hittar ofta den här typen av lcd i olika projekt där det är viktigt att visa data tydligt. Det begränsade antalet tecken som denna lcd-skärm kan visa uppvägs ofta av den låga kostnaden och användarvänligheten, vilket är anledningen till att den fortfarande är väldigt populär. Med möjligheten att justera kontrasten och bakgrundsbelysningen, ger 16×2-skärmen tydlig och läsbar text som är en nyckelkomponent till vilken skärm som helst.

2. Vad är en LCD1602-modul och vilka är dess nyckelegenskaper?

LCD1602-modulen är en specifik implementering av LCD-skärmen med 16×2 tecken. "1602" hänvisar till dess 16 tecken gånger 2 rader med textvisningskapacitet. Dessa lcd-moduler är byggda kring en kontroller, vanligtvis HD44780 eller en kompatibel kontroller, som hanterar visningen av karaktärerna och hanteringen av bakgrundsbelysningen. LCD1602-modulen har vanligtvis 16 stift, som används för ström, jord, data, kontroll och bakgrundsbelysning. När de används utan I2C kan dessa många stift vara svåra att koppla, varför i2c-adaptern är ett populärt tillskott. De har också möjlighet att visa en mängd olika symboler, inte bara bokstäver och siffror, och ger en hög grad av kontroll över vad som visas på LCD-skärmen.

Huvudfunktioner i LCD1602-modulen inkluderar dess förmåga att visa tecken och strängar, bakgrundsbelysningsfunktionen ofta med blå bakgrund och den justerbara kontrasten för optimal visning. Bakgrundsbelysningen gör det enkelt att använda en lcd-skärm även i svagt ljus. Bakgrundsbelysningen på lcd1602-modulen är vanligtvis implementerad med LED som ger en tydlig, ljus utgång. En av de viktiga sakerna att komma ihåg är att siffran 1602 betyder att denna modul kan visa 16 tecken i 2 rader. Funktionen för teckenvisning gör den perfekt för att visa data tydligt för användaren. Displaytecken är en uppsättning 5×7 eller 5×11 punktmatris som definierar formen på varje bokstav, siffra eller symbol.

3. Vad är I2C-gränssnittet och varför använda det med en LCD1602-modul?

I2C-gränssnittet (Inter-Integrated Circuit) är ett seriellt kommunikationsprotokoll som tillåter flera enheter att kommunicera med en mikrokontroller med bara två ledningar. Dessa ledningar är vanligtvis märkta som SDA (Serial Data) och SCL (Serial Clock). Att använda I2C med en LCD1602-modul förenklar drastiskt kabeldragningsprocessen. Normalt kräver LCD1602-modulen många stift, vilket kan vara en utmaning när man arbetar med mikrokontrollerprojekt med begränsad stifttillgänglighet. i2c-gränssnittet möjliggör användning av endast 2 stift och kraft och gnd istället för många, vilket gör projekten lättare att bygga och mindre benägna att ledningsfel. Detta görs genom att ha ett separat chip eller en i2c-modul fäst på baksidan av LCD:n, som fungerar som bryggan.

I2C-gränssnittet fungerar genom en master-slav-relation, där mastern (ofta mikrokontrollern, som en Arduino) initierar kommunikation med slavenheterna (som I2C LCD1602-modulen). Varje I2C-enhet har en unik I2C-adress, vilket gör att mikrokontrollern kan kommunicera med den specifika enheten. Det seriella kommunikationsprotokollet för I2C förenklar hårdvaruinstallationen avsevärt och gör det lättare att integrera lcd1602 med Arduino. Utan i2c-modulen styrs en LCD1602 av d4-d7-portar på arduino och behöver använda många stift från mikrokontrollern.

4. Hur fungerar I2C LCD1602-modulen?

I2C LCD1602-modulen kombinerar funktionaliteten hos 16×2 LCD-skärmen med en I2C-gränssnittsadapter. i2c-adaptern eller ryggsäcken är vanligtvis fäst på baksidan av LCD-skärmen, vilket omvandlar den traditionella parallella kommunikationen av LCD-skärmen till en seriell I2C-kommunikation. Detta innebär att istället för att Arduino eller raspberry pi behöver använda flera digitala stift för att kommunicera med skärmen, använder mikrokontrollern endast I2C SDA- och SCL-linjerna, vilket förenklar kabeldragningen avsevärt. Det minskar också antalet portar på arduino som används för lcd, vilket frigör dem för andra komponenter eller sensorer som behöver användas i projektet.

I2C-styrenheten på I2C-modulen tar emot kommandon och data som skickas av mikrokontrollern via i2c-gränssnittet. Den översätter sedan dessa kommandon och data till signaler som tecknet LCD förstår för att styra visningen av tecknen. I2C LCD1602-modulen innehåller den nödvändiga logiken för att styra LCD:ns bakgrundsbelysning, kontrast och visningen av tecken i punktmatrisen. Bakgrundsbelysningen på lcd1602 kommer att slås på av I2C-modulen så snart den ansluts till ström. Data som skickas av regulatorn inkluderar även positionen på LCD-skärmen där data kommer att visas. Tecknen som visas på lcd1602 definieras av punktmatrisen där varje position kan visa ett tecken. Mellanrummet mellan tecken och rader är en del av punktdelningen mellan två tecken och skiljer därmed tecken och rader åt.

5. Hur ansluter man en I2C LCD1602 till en Arduino?

Att ansluta en I2C LCD1602 till en Arduino är enkel, tack vare I2C-gränssnittet. Du behöver I2C LCD1602-modulen, ett Arduino-kort (som en Arduino Uno) och fyra jumpertrådar. Anslut VCC-stiftet på I2C-modulen till 5V-stiftet på Arduino, GND-stiftet till GND-stiftet på Arduino. Anslut sedan modulens SDA-stift till SDA-stiftet (A4) på Arduino och SCL-stiftet på modulen till SCL-stiftet (A5) på Arduino. Vissa kort, som Arduino Uno R3, har dedikerade I2C-stift. i2c-modulen måste ha tillgång till både strömkällan och i2c-ledningarna.

När du har I2C LCD1602 ansluten till Arduino kan du börja programmera den. För att kunna kommunicera med i2c-modulen måste du installera det nödvändiga arduino-biblioteket. Detta inkluderar vanligtvis att lägga till de specifika biblioteken för I2C LCD. När dessa väl är installerade kan den grundläggande exempelkoden användas för att testa displayen. Du måste också hitta I2C-adressen för din modul, som vanligtvis kan fastställas genom en I2C-skannerskiss. När du har hittat i2c-adressen kan du fortsätta med att programmera din I2C LCD.

6. Vilka är fördelarna med att använda en I2C LCD1602-modul med Arduino?

Det finns flera fördelar med att använda en I2C LCD1602-modul med Arduino. Den viktigaste fördelen är minskningen av ledningskomplexiteten. Traditionella LCD-moduler kräver många data- och kontrolllinjer, vilket snabbt kan konsumera tillgängliga stift på Arduino. I2C-modulen förenklar detta avsevärt. Genom att använda I2C-gränssnittet behöver du bara fyra anslutningar (VCC, GND, SDA, SCL), vilket frigör värdefulla digitala stift på din Arduino för annan användning. Denna enkelhet minskar inte bara röran och förenklar projektet utan minskar också risken för ledningsfel. i2c-gränssnittet gör att andra i2c-enheter kan anslutas samtidigt till samma mikrokontroller.

En annan fördel med i2c lcd1602-modulen är den enkla programmeringen. När väl biblioteken är korrekt inställda är koden som behövs för att styra LCD-skärmen betydligt enklare än med en vanlig LCD-skärm. Bibliotek som LiquidCrystal_I2C tar bort komplexiteten i i2c-kommunikationen, vilket gör att programmeraren kan fokusera på texten och informationen som visas på LCD-skärmen. Detta gör det mycket lättare att använda en lcd1602 för att visa tecken och text med olika parametrar. Allt detta gör integreringen av LCD-skärmen snabbare och mer användarvänlig.

7. Vilka är några vanliga problem när du använder en LCD-displaymodul och hur kan du åtgärda dem?

Ett av de vanligaste problemen när du använder en LCD-displaymodul är att teckenfönstret inte visar tecken ordentligt, eller att tecknen som visas inte är tydliga. Detta innebär ofta att du behöver justera kontrasten. Kontrasten på skärmen kan justeras genom att använda en potentiometer eller genom att justera koden med rätt anrop till Arduino-biblioteket. Om du använder en potentiometer ska du ansluta vo till mittstiftet på potentiometern och sedan ansluta de andra stiften till gnd och till strömkällan. Du kan justera kontrasten genom att vrida potentiometern. Andra vanliga problem är vanligtvis relaterade till felaktiga ledningar eller en felaktig i2c-adress. Dubbelkolla alltid dina anslutningar och se till att i2c-adressen matchar den som används i din kod.

Ett annat vanligt problem är att bakgrundsbelysningen inte fungerar. Detta kan bero på felaktig ledning av ledstiften på själva i2c-modulen eller på problem med programvaran om den styrs från programvaran. Se till att lysdioden får ström. Se också till att din Arduino eller andra kontroller är på rätt sätt och att du ansluter vss till gnd på lcd1602 till strömkällan och att du ansluter k till gnd. Om ingenting visas på skärmen finns det en möjlighet att i2c-modulen är felaktig. Kontrollera alltid strömkällan för både arduino och lcd.

8. Vilken Arduino-exempelkod behövs för att styra en LCD1602 med I2C?

För att styra I2C LCD1602-modulen med Arduino måste du använda lämpliga bibliotek. Det vanligaste biblioteket är LiquidCrystal_I2C bibliotek. Installera först biblioteket med Arduino IDE-bibliotekshanteraren. När den är installerad kan den grundläggande exempelkoden användas för att visa text på skärmen. Exempelkoden börjar med att det nödvändiga biblioteket inkluderas och definierar i2c-adressen och lcd-objektet. Därefter skulle du använda funktionen setup() för att starta visningen med ett kommando som lcd.begin(16, 2); och använd sedan lcd.print("Hej världen!"); för att visa ett meddelande på skärmen.

De slinga() funktionen kör kontinuerligt koden inom och den kan användas för att uppdatera displayen. De optimerade genom att anropa funktionsbibliotek gör att du kan visa tecken och strängar på LCD-skärmen. Med i2c-biblioteket och funktionerna kan du rensa LCD-skärmen, placera markören och skriva ut olika typer av data som strängar och siffror. Här är ett grundläggande exempel för att visa ett meddelande:

#omfatta 

// Ställ in LCD-adressen till 0x27 för 16 tecken och 2 rader
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

ogiltig inställning() {
  // initiera LCD-skärmen
  lcd.init();

  // Slå på bakgrundsbelysningen.
  lcd.backlight();

  // Skriv ut ett meddelande till LCD-skärmen.
  lcd.print("Hej, LCD!");
}

ogiltig slinga() {
  //ingenting här men du kan göra mer
}

9. Kan du använda en 16×2 LCD med andra plattformar som Raspberry Pi?

Ja, en 16×2 LCD-modul, inklusive I2C-versionen, kan användas med andra plattformar som Raspberry Pi. Grundprincipen är densamma: upprätta kommunikation mellan plattformen och LCD-styrenheten. För Raspberry Pi kommer du vanligtvis att använda Python-programmeringsspråket och I2C-bibliotek. Ledningarna för i2c-gränssnittet med Raspberry Pi kommer att vara desamma, med I2C-anslutningarna som går till rätt stift. Ett bibliotek kommer också att behövas för att använda I2C. Det finns även moduler som fungerar direkt med raspberry pi som SunFounder Raspberry Pi-modulen som förenklar installationen.

Processen innebär att aktivera I2C på Raspberry Pi, installera de nödvändiga Python-biblioteken (vanligtvis smbus för I2C-kommunikation) och sedan skriva koden för att styra LCD-skärmen. I2C-adressen måste också anges i koden och den bör matcha den faktiska adressen för i2c-adaptern. Processen att installera i2c lcd med en Raspberry Pi liknar den för Arduino-plattformen. Den största skillnaden är programmeringsspråket och biblioteken. När biblioteket väl har ställts in är kommandona för att styra i2c lcd liknande. i2c-kommunikationsprotokollet är universellt och kan användas över olika plattformar.

10. Hur kan en 16×2 LCD användas för att visa tecken och strängar effektivt?

16×2 lcd-modulen har ett begränsat antal tecken och strängar som den kan visa men den kan fortfarande användas mycket effektivt. Siffran 1602 betyder att LCD-skärmen kan visa 16 tecken och 2 rader. Det bästa sättet att använda LCD-skärmen är att hålla meddelandena korta och exakta. LCD-skärmen har också en uppsättning tillgängliga kommandon för att flytta markören, rensa skärmen och ställa in olika visningsparametrar. Du kan till exempel flytta markören till olika positioner för att visa tecken och strängar på olika platser på skärmen. Du kan använda lcd.setCursor(kolumn, rad) för att ange den exakta platsen där nästa tecken ska visas.

Det är också viktigt att rensa LCD-skärmen när det behövs. Funktionen lcd.clear() kan användas för att rensa det aktuella innehållet på LCD-skärmen. Du kan visa två tecken och ett mellanslag. Det är också viktigt att förstå begränsningen hos LCD-skärmen med 1602 tecken. Varje teckenposition är gjord av 5×7 eller 5×11 punktmatris som är perfekt för bokstäver och siffror, men det är viktigt att ha detta i åtanke när du utformar din utskrift och vad som visas och 16 tecken över varje rad. Den första raden av rektanglar är området på skärmen där varje position kan visa ett tecken som är sammansatt av 5×7 eller 5×11 punktmatris.

Nyckel takeaways

• De 16×2 LCD är ett populärt val för att visa text och numerisk data i elektronikprojekt.
• LCD1602-modulen är en specifik implementering av LCD-skärmen med 16×2 tecken.
• I2C förenklar kabeldragningen och minskar antalet stift som behövs för att styra LCD-skärmen.
• I2C-gränssnittet använder endast två ledningar (SDA och SCL) för kommunikation.
• LCD1602-modulen kombinerar en LCD-skärm med ett I2C-gränssnitt.
• Att ansluta en I2C LCD1602 till en Arduino kräver bara fyra ledningar (VCC, GND, SDA, SCL).
• Ett Arduino-bibliotek behövs för att styra I2C LCD1602.
• i2c-gränssnittet gör att andra i2c-enheter kan anslutas samtidigt.
• 16×2 LCD-skärmen kan också användas med plattformar som Raspberry Pi.
• Att justera kontrasten korrekt är viktigt för tydlig visning.

Tabell 1: Stiftanslutningar mellan I2C LCD1602 och Arduino

Tabell 2: Viktiga skillnader mellan standard- och I2C LCD1602-moduler

Denna omfattande guide bör utrusta dig med kunskapen för att börja använda en i2c lcd1602-modul i dina Arduino- eller Raspberry Pi-projekt.