Avslöja magin med 16×2 LCD-skärm: En omfattande guide med Arduino-gränssnitt

16×2 LCD-modulen, en hörnsten i inbyggda system, är ett fantastiskt verktyg för att visa textinformation. Den här artikeln dyker djupt ner i hur den här mångsidiga skärmen fungerar, utforskar dess stiftkonfiguration, hur man kopplar den till en Arduino och till och med hur man skapar anpassade karaktärer. Om du vill lägga till en tydlig, läsbar display till dina Arduino-projekt är den här guiden en viktig resurs.

1. Vad är en LCD och varför en 16×2 LCD är populär?

En LCD, eller flytande kristallskärm, är en plattskärmsteknik som vanligtvis används i ett brett utbud av enheter, från klockor och miniräknare till datorskärmar och tv-apparater. 16×2 LCD-modulen är särskilt populär för hobbyister och utvecklare av inbyggda system på grund av dess enkelhet, låga kostnad och förmågan att visa textinformation tydligt. Till skillnad från mer komplexa grafiska skärmar är 16×2 lcd designad för teckenbaserad utskrift. Beteckningen "16×2" betyder att den har 2 rader, var och en kan visa 16 tecken åt gången. Detta gör den idealisk för att visa sensoravläsningar, menyalternativ eller någon form av textdata. Denna typ av display är en karaktärs-LCD som används extremt flitigt i olika projekt. De 16×2 lcd-modul är en typ av displaymodul som inte kräver komplex programmering att använda. Den använder också väldigt lite ström, vilket gör den lämplig för batteridrivna applikationer.

Den breda tillgängligheten och kostnadseffektiviteten hos 16×2 displaymodulen gör den till ett populärt val för utbildningsprojekt och småskaliga applikationer. Den enkla gränssnittet med mikrokontroller som Arduino, i kombination med ett brett utbud av tillgängliga bibliotek, gör det till ett val för nybörjare och erfarna användare. Denna typ av lcd-modul används ofta som tecken-LCD och är känd för sin tillförlitlighet och enkla funktion. Displayen med denna typ av modul är mycket tydlig. LCD-skärmen med 16×2 tecken tillåter att visa 16 tecken per rad.

2. Förstå 16×2 LCD Pinout: Vad gör varje Pin?

16×2 lcd-modulen kommer vanligtvis med 16 stift, som var och en tjänar ett specifikt syfte. Att förstå LCD-pinouten är avgörande för framgångsrik gränssnitt. Här är en uppdelning av varje stift:

• Stift 1 och 2 (VSS och VDD): Dessa är för strömförsörjning. VSS är jord (0V), och VDD är den positiva matningsspänningen (vanligtvis +5V).
• Stift 3 (V0 eller VEE): Denna stift används för att justera kontrasten på LCD-skärmen. Att ansluta en potentiometer till detta stift möjliggör manuell kontrastjustering.
• Pin 4 (RS – Register Select): Denna pin bestämmer om data som skickas till LCD:n tolkas som ett kommando eller data. När RS är låg behandlas data som ett kommando. När RS är högt behandlas data som teckendata.
• Pin 5 (R/W – Läs/skriv): Denna pin används för att välja om data ska läsas från LCD-skärmen eller skrivas till LCD-skärmen. I de flesta applikationer är den ansluten till jord för att ställa in LCD:n i "skrivläge".
• Stift 6 (E – Aktivera): Detta stift används för att låsa data. LCD-skärmen är aktiverad med en hög-till-låg-puls på detta stift för att registrera data eller kommandon.
• Stift 7-14 (D0-D7): Dessa är de 8 datastiften som används för att skicka data till LCD-skärmen i 8-bitarsläge. Dessa stift används också i 4-bitarsläge, men vi kommer att diskutera det senare. I 4-bitarsläget används endast stift D4-D7.
• Stift 15 och 16 (A och K): Dessa är anod- och katodstiften för bakgrundsbelysningen. Dessa stift används för att driva bakgrundsbelysningen, vanligtvis en LED-bakgrundsbelysning. Stift 15 är för den positiva spänningen och stift 16 är för jord.

Denna detaljerade förklaring av lcd-pinouten är nyckeln till att förstå gränssnittet. Korrekta stiftanslutningar är avgörande för att LCD-skärmen ska fungera korrekt. Se Tabell 1 för en illustration av pinouten.

Tabell 1: 16×2 LCD Pinout

3. Hur fungerar 16×2 LCD-modulen internt?

De 16×2 lcd-modul använder en LCD-teknik (Liquid Crystal Display) för att visa tecken. Varje tecken på LCD-skärmen består av ett rutnät med pixlar. Dessa pixlar styrs inte individuellt av användaren utan styrs av lcd-chipkontrollern. Modulen har en inbyggd teckengenerator som lagrar fördefinierade former för standard ASCII-teckenuppsättningen. När du skickar en teckenkod till displayen hämtar styrenheten pixelkonfigurationen från sin teckengenerator och visar tecknet på LCD-skärmen.

Kommunikationen mellan mikrokontrollern och LCD:n uppnås genom att skicka kommandon och data. Kommandon används för att styra skärmens beteende, som att rensa skärmen, flytta markören eller ställa in visningsläget. Data är de tecken du vill visa. LCD-modulen använder stiften som beskrivits tidigare för att ta emot data och kommandon. LCD-chipkontrollanten ansvarar för att tolka och utföra dessa instruktioner. Styrenheten hanterar också markörpositionen och visningen av tecken baserat på adressen som skickas med data. Detta gör att en mikrokontroller kan skicka data till LCD-skärmen och få den att visas.

4. Vilka är de viktigaste skillnaderna mellan olika LCD-moduler?

Medan 16×2 lcd är mycket vanligt, finns det andra typer av LCD-moduler, var och en med specifika egenskaper. Här är några skillnader att tänka på:

• Tecken LCD-skärmar kontra grafiska LCD-skärmar: Tecken-LCD-skärmar, liksom 16×2-skärmen, är utformade för att visa text och fördefinierade tecken. Grafiska LCD-skärmar, å andra sidan, kan visa godtycklig grafik och bilder, vilket ger mycket mer flexibilitet men är mer komplexa att kontrollera.
• Storlek och upplösning: LCD-skärmar finns i olika storlekar och upplösningar. Vanliga storlekar inkluderar 16×2, 20×4 och många större. En 20×4 displaymodul kan visa 20 tecken på 4 rader.
• Bakgrundsbelysning: Vissa LCD-moduler kommer med bakgrundsbelysning, vanligtvis en led-bakgrundsbelysning för förbättrad synlighet i svagt ljus, medan andra inte gör det.
• Gränssnitt: LCD-skärmar kan ha olika gränssnittstyper. Vissa kan ha ett I2C-gränssnitt, vilket förenklar kabeldragningen genom att bara använda två ledningar för datakommunikation. Andra, som 16×2 lcd vi diskuterar, använder parallell kommunikation.
• Färg: De flesta tecken LCD-skärmar är monokroma, medan grafiska LCD-skärmar kan vara monokroma eller färg.
• Kontroller: Olika LCD-skärmar kan använda olika kontrollerchips. Men många av dem använder samma hd44780 lcd-kontroller eller kompatibla variant.

När du väljer en lcd-modul, överväg komplexiteten och typen av information som du vill visa. För grundläggande textutmatning förblir LCD-skärmen med 16×2 tecken ett pålitligt och kostnadseffektivt alternativ. Att förstå vilken typ av display och vilken typ av gränssnitt som krävs är nyckeln för att välja rätt displaymodul.

5. Hur ansluter man en LCD 16×2 till Arduino för Basic Display?

Att ansluta en 16×2 lcd till en arduino är en enkel process, särskilt med användning av bibliotek. Här är en steg-för-steg-guide för att ansluta och visa grundläggande text:

1. Kabeldragning:

   • Anslut LCD-skärmens VSS-stift till Arduinos GND.
   • Anslut LCD-skärmens VDD-stift till Arduinos 5V.
   • Anslut LCD:ns V0-stift (kontrast) till mittstiftet på en 10K potentiometer. Anslut ett av de andra stiften på potentiometern till 5V och det återstående stiftet till GND.
   • Anslut LCD:ns RS-stift till ett Arduino digitalt stift (t.ex. stift 12).
   • Anslut LCD:ns R/W-stift till GND.
   • Anslut LCD:ns E-stift till ett Arduino digitalt stift (t.ex. stift 11).
   • Anslut LCD:ns datastift (D4-D7) till Arduino digitala stift (t.ex. stift 5, 4, 3 och 2). Vi konfigurerar LCD-skärmen i 4-bitarsläge.
   • Anslut LCD:ns bakgrundsbelysningsstift (A) till 5V och bakgrundsbelysningsstift (K) till GND (valfritt om du använder en bakgrundsbelysning och inte vill styra den, annars anslut A via motstånd till ett digitalt stift och K till GND ).

2. Arduino kod: Installera LiquidCrystal-biblioteket i Arduino IDE och använd sedan kod som liknar följande:

#omfatta 

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

ogiltig inställning() { lcd.börja(16, 2); lcd.skriva ut("Hej världen!");
}

ogiltig slinga() {
  // Din andra kod kan inkluderas här, LCD kommer att fortsätta visa meddelandet
}

Det här enkla exemplet visar grunderna för gränssnitt med arduino och visning av data på LCD-skärmen. Detta visar också hur man använder LCD:n i 4-bitarsläge för att förenkla antalet använda stift.

6. Hur skickar man data och kommandon till LCD-skärmen?

Att skicka data och kommandon till LCD-skärmen är viktigt för att kontrollera dess beteende och visa information. Som tidigare nämnts används RS-stiftet för att skilja mellan data och kommandon. När RS är låg betraktas instruktioner som ges till LCD-skärmen som kommandon; när det är högt behandlas de som data, vilket vanligtvis är ett tecken som ska visas.

Skicka kommandon: För att skicka kommandon, ställ först in RS-stiftet lågt. Instruktionerna kan innehålla åtgärder som att rensa displayen, ställa in markörens position eller konfigurera visningsläget. Sändkommandona används vanligtvis för att konfigurera LCD:n för drift. Biblioteksmetoderna som används med arduino kommer att hantera allt detta.

Skickar data: För att skicka data, ställ in RS-stiftet högt. Data som skickas kommer att tolkas som en ascii-kod för det tecken som ska visas. Varje tecken har en tillhörande kod, som finns i standard ASCII-teckenuppsättningen. LCD-skärmen hämtar sedan motsvarande tecken från sin teckengenerator och visar den på skärmen. Processen hanteras av biblioteket men det är användbart att känna till den grundläggande funktionaliteten. För att data ska kunna skrivas till LCD-skärmen måste datastiften ställas in.

Bibliotekets funktioner, som t.ex lcd.print() hanterar automatiskt komplexiteten i att kontrollera RS- och E-stiften, samt skickar rätt byte till LCD-skärmen. Detta förenklar avsevärt processen att skicka data till LCD-skärmen. Det är också möjligt att skicka kommandon med hjälp av biblioteksmetoderna, t.ex. lcd.clear() används för att rensa displayen och lcd.setCursor() används för att ställa in den aktuella markörpositionen på displayen.

7. Hur styr man LCD-bakgrundsbelysningen effektivt?

Bakgrundsbelysningen på en 16×2 lcd är mycket användbar i dåliga ljusförhållanden. De flesta av 16×2 displaymoduler inkluderar en led-bakgrundsbelysning. För att styra bakgrundsbelysningen måste du driva anod (stift 15) och katod (stift 16), vanligtvis via ett motstånd. Det finns några sätt att styra bakgrundsbelysningen. Du kan helt enkelt ansluta bakgrundsbelysningen direkt till strömmen och jord, i det här fallet kommer bakgrundsbelysningen att vara permanent påslagen. Om du använder den här metoden är det starkt rekommenderat att inkludera ett strömbegränsande motstånd i serie med anodstiftet. För att styra bakgrundsbelysningen med mikrokontrollern måste du ansluta anoden (stift 15) till ett av stiften på arduino och katoden (stift 16) till marken. Genom att ställa in utgången på stiftet till hög eller låg kommer du att kunna slå på eller stänga av bakgrundsbelysningen.

Att använda en stift av arduino för att styra bakgrundsbelysningen gör det möjligt att stänga av den om den inte behövs eller implementera andra funktioner som till exempel: tona på och stänga av bakgrundsbelysningen. Du bör alltid kontrollera databladet för maximal bakgrundsbelysningsström för att välja rätt motstånd. Vanligtvis fungerar ett 220 Ohm motstånd bra. När stiftet är inställt på högt kommer LED-bakgrundsbelysningen att vara på, annars är den släckt. Att kontrollera bakgrundsbelysningen i kod hjälper till att spara ström om bakgrundsbelysningen inte behövs.

8. Hur justerar man kontrasten på LCD-skärmen för optimal synlighet?

Att justera kontrasten är avgörande för att uppnå optimal läsbarhet för LCD-skärmen. Kontrasten på LCD-skärmen justeras genom att ändra spänningen på V0- eller VEE-stiftet (stift 3). Denna spänning styr pixlarnas kontrast. För att justera kontrasten på displayen är vanligtvis en potentiometer ansluten till detta stift. När du vrider potentiometern ändras spänningen på detta stift. Om spänningen är för hög blir displayen svart och om spänningen är för låg kommer displayen knappt att synas. För att justera kontrasten måste du hitta en punkt som är bra för den specifika lcd:n.

Genom att ansluta en potentiometer är det enkelt att manuellt justera kontrasten på displayen. Detta är en mycket vanlig metod. Processen att justera kontrasten innebär att man långsamt roterar potentiometern tills tecknen blir tydligt synliga. Om din display bara visar svarta block eller är väldigt svag betyder det att kontrasten inte är korrekt justerad. Kontrasten på displayen kan ändras när temperaturen ändras. En liten justering kan behövas efter en tids användning. Denna metod är billig och den fungerar effektivt. Justering av kontrasten på LCD-skärmen behövs för att uppnå optimal synlighet.

9. Hur genererar och visar anpassade tecken på en 16×2 LCD?

Möjligheten att definiera och visa anpassade tecken förbättrar avsevärt mångsidigheten hos en 16×2 lcd. Den inbyggda teckengeneratorn lagrar redan en fördefinierad uppsättning standard ascii-teckenuppsättningar, men användaren kan skriva över 8 platser i det anpassade teckenminnet. Anpassad teckengenerering på skärmen uppnås genom att skapa ett bytemönster för varje anpassat tecken. Varje tecken definieras med 5×8 pixelmatris, vilket innebär att det finns 5 bitar per rad och 8 rader. Det betyder att vi behöver 8 byte data för att definiera det anpassade tecknet.

Steg för att skapa och visa en anpassad karaktär:

1. Designa din karaktär: Skissa din önskade karaktär på ett rutnät med 5×8 pixlar. Markera de pixlar du vill belysa.
2. Konvertera till byte: Varje rad med pixlar motsvarar en enda byte. En upplyst pixel representeras av en 1, och en oupplyst pixel är en 0. Konvertera varje rad av dina 5 pixlar till binär och sedan till decimal. Detta ger dig 8 byte som definierar din egen karaktär.
3. Skicka till LCD:n: Använda lcd.createChar() metod för att lagra byte i teckengeneratorminnet på LCD:n. De skapaChar Metoden tar två parametrar: platsen i teckengeneratorns minne (0-7) och byte-arrayen.
4. Visa karaktären: När karaktären har skapats kan du visa den genom att ringa lcd.write() med teckenplatsen (0-7). Här är ett exempel på att skapa och visa en anpassad karaktär med 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() {} “` Den här koden skapar ett anpassat tecken på plats 0 och visar det i den första positionen på LCD-skärmen. När du skapar din egen karaktär måste du vara försiktig och använda teckengeneratoradresserna och utskriftskommandona på ett korrekt sätt.

10. Vilka är vanliga problem när man arbetar med LCD-skärmar, och hur löser man dem?

Medan 16×2 lcd-moduler är i allmänhet tillförlitliga kan vissa problem uppstå. Att förstå dessa problem och veta hur man åtgärdar dem kan spara mycket tid och ansträngning:

• Tom skärm: Detta beror ofta på felaktig kabeldragning eller kontrastjustering. Kontrollera först alla anslutningar, särskilt ström-, jord- och dataledningar. Justera potentiometern för att säkerställa korrekt kontrast.
• Visar gibberish: Detta kan indikera problem med datakommunikation. Se till att rätt stift används och att biblioteket du använder är kompatibelt med LCD-skärmen. Se också till att koden du använder är korrekt och att det inte finns några fel.
• Ingen bakgrundsbelysning: Om bakgrundsbelysningen inte tänds, verifiera ledningarna för stift 15 och 16 och se till att du använder ett korrekt motstånd med LED-bakgrundsbelysningen.
• "Kvadrater" visas: Detta innebär ofta att LCD:n inte initieras korrekt, det är därför initiering av LCD:n och inställning av korrekt dataläge (4-bitars eller 8-bitars) är avgörande.
• Skärmen uppdateras inte: LCD-skärmen kanske fungerar, men data som skickas till LCD-skärmen ändras inte, om du inte uppdaterar data som ska visas och fortsätter att anropa utskriftskommandot med samma innehåll kommer LCD:n inte att uppdateras. Försök att rensa skärmen om du stöter på det här problemet med hjälp av rensa() kommando.
• Störningar/brus: Elektriskt brus kan påverka LCD-skärmens prestanda. Använd kortare ledningar och skärma av anslutningarna vid behov. Ibland måste du lägga till en kondensator mellan strömstiften och jord om LCD:n inte fungerar korrekt.

Korrekt felsökningsteknik, som att kontrollera varje anslutning steg för steg, kan hjälpa till att diagnostisera dessa problem. Se till att rätt bibliotek är installerade och att arduinokortet fungerar korrekt. Det är mycket viktigt att dubbelkolla anslutningarna till LCD:n och stiften på arduino. När du arbetar med LCD-skärmen i 4-bitarsläge, se till att du har använt rätt datastift (D4-D7) och att data skickas korrekt av biblioteksfunktionerna.

Sammanfattning av de 10 viktigaste sakerna att komma ihåg:

• 16×2 lcd är en teckenbaserad displaymodul som kan visa 16 tecken per rad på 2 rader.
• Den har 16 stift, var och en med en specifik funktion, som måste vara korrekt anslutna för att modulen ska fungera.
• Korrekt kontrastjustering är avgörande för tydlig läsbarhet. Du kan justera kontrasten med en potentiometer ansluten till V0-stiftet.
• RS-stiftet avgör om du skickar kommandon eller data till LCD-skärmen.
• Aktiveringsstiftet (E) används för att låsa data eller kommandon.
• LCD-skärmen kan användas i 4-bitars eller 8-bitarsläge; 4-bitarsläge kräver färre mikrokontrollerstift.
• Anpassade tecken kan skapas genom att skriva byte-representationer av 5×8 pixelmatrisen till teckengeneratorns minne.
• Bakgrundsbelysningen ska anslutas via ett strömbegränsande motstånd, eller så kan det styras med mikrokontrollern.
• Dubbelkolla alltid alla ledningsanslutningar för att undvika vanliga problem som en tom skärm.
• LCD-skärmen använder en styrenhet som vanligtvis är hd44780 lcd eller dess kompatibla variant.

Genom att förstå hur 16×2 lcd fungerar och följa dessa riktlinjer kan du effektivt integrera denna mångsidiga display i dina arduino-projekt.