Arduino筆記(4)：在2x16 LCD上顯示字串訊息(含使用I2C轉接板)

1602 LCD在我學習Arduino或 Raspberry Pi 的過程中，經常會用到，不論是顯示日期時間、溫濕度、計數器等，只要會需要顯示的，都可以用到這個元件。到目前已經做了上百個相關的實作，再回過頭來看一下這篇文章，覺得內容有點不足，利用最近重新複習的機會，更新一下照片，再補充一些內容到本篇文章，包括如何使用I2C匯流排控制1602，並加上幾個例子使用LCD做出跑馬燈的效果。[2020.09.04]。

練習使用 HD44780相容(或稱1602)液晶顯示 LCD(Liquid crystal display)，在 2x16 的顯示幕印出 "Hi,Ceiling Test!", 並測量可變電阻的數值，也同時學習使用 analogRead() 函式及 LiquidCrystal Library。執行結果如下圖：

這是改用I2C轉接板後的照片，接線明顯少很多。

[1602顯示器接腳說明]

LCD顯示器若無背光則會有14個Pin，若有背光則會有16個，而接腳位置大多如下：

LCD接腳編號	說明
1	VSS (接地)
2	VDD (5V電源輸入)
3	VO 或稱 Vee：調整對比，需接一個1k的可變電阻
4	Register Select(RS)：1: D0 – D7 當作資料解釋，0: D0 – D7 當作指令解釋
5	READ/WRITE(RW)： 1: 從 LCD 讀取資料，0: 寫資料到 LCD
6	Enable
7	DB0
8	DB1
9	DB2
10	DB3
11	DB4
12	DB5
13	DB6
14	DB7
15	A(+) 背光：可接330 Ohm電阻到電源
16	K(-) 背光：接地

看過一些HD44780相容的範例，Arduino對LCD的控制有兩個重要的Library，一個是LiquidCrystal，另一個是LCD4Bit，LCD4Bit是改良自LiquidCrystal，所以也提供了較多有趣的function及控制，最重要的是LCD4Bit使用的接腳較少，且可以控制多行顯示。使用 4-bit 模式主要的好處是節省 I/O 腳位，通訊的時候只會用到 4 個高位元 (D4-D7)。

[材料]

麵包板 x 1
Arduino UNO 控制板 x 1
HD44780 相容 LCD x 1 (本實做使用 16 pin 有背光 LCD)
I2C/介面 LCD1602轉接板
旋轉式可變電阻10K歐姆 x 1
電阻330歐姆 x 1
連接線 x n條

[接線圖]

LCD 1602與Arduino接線說明：

LCD1602	Arduino
1. VSS	GND
2. VDD	+5V
3, V0 接可變電阻Output	-
4. RS	12
5. R/W	11
6. Enable	10
11. D4	5
12. D5	4
13. D6	3
14. D7	2
15. A 接330歐姆電阻，電阻另一端接+5V	-
16. K 接GND	-

I2C轉接板與Arduino連接說明：

LCD1602含(轉接板)	Arduino
VCC	+5V
GND	GND
SDA	SDA
SCL	SCL

[程式一]

直接將LCD 1602接在Arduino上，使用LiquidCrystal的函數庫控制LCD，讀取可變電阻的數值後，顯示在LCD的第二行：

// 引用 LiquidCrystal Library
#include <LiquidCrystal.h>

// 建立 LiquidCrystal 的變數 lcd
//     LCD 接腳: RS, R/W, Enable, D4, D5, D6, D7 
// Arduino 接腳: 12, 11, 10, 5, 4, 3, 2
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
  // 設定 LCD 的行列數目 (2 x 16)
  lcd.begin(16, 2);

  // 設定類比串列速率
  Serial.begin(9600);

  // 列印 "Hello World" 訊息到 LCD 上
  lcd.print("Hi, Ceiling Test!");
}

void loop() {
  // 將游標設到 column 0, line 1,(line 1 是第2列(row))
  lcd.setCursor(0, 1);

  // 讀取A0的類比值
  int sensorValue = analogRead(A0);

  // 將類比的數值顯示在第二列
  lcd.print(sensorValue);

  // 顯示電阻值在串列視窗
  Serial.println(sensorValue);
  delay(2000);     // delay in between reads for stability
}

[結果一]

analogRead()這個函式讀取的值是 10 bit，也就是一個位於0到1023之間的值
analogRead()大約每秒鐘讀取10,000次
LCD顯示的數值會一直改變，因為用類比訊號讀取時，會有稍稍電流的變化而影響讀取值。

[程式二]

使用I2C介面轉換板與LCD 1602連接，透過LiquidCrystal_I2C函數庫控制LCD。這個程式是寫一個類似跑馬燈的字串，可以左右來回顯示：

#include <LiquidCrystal_I2C.h>  // 引用 LiquidCrystal_I2C Library

// 設定 LCD 位址為 0x27，有 16 個字元 2 列
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);  
int row=0;

void setup()
{
  lcd.init();           // 初始化 lcd 
  lcd.backlight();      // 設定背板為亮
}

void loop()
{
  lcd.clear();       
  lcd.setCursor(0,row);
  lcd.print("hello!"); 
  for(int i=0;i<10;i++)
  {
    lcd.scrollDisplayRight();   //往右移一格顯示
    delay(200);   
  }
  // 判斷目前行數, 是0行，將Row + 1,往下跳一行          
  if(row == 0){
     row = row + 1;
     lcd.clear();
     lcd.setCursor(10,1);
     lcd.print("hello!"); 
     delay(200);          
  }
   
  for(int i=0;i<10;i++)
  {
    lcd.scrollDisplayLeft();  //往左移一格顯示
    delay(200);
  }
  // 判斷目前行數, 是1行，將Row 改為0行         
  if(row == 1){
     row = 0;
     lcd.clear();
     lcd.setCursor(0,0);
     lcd.print("hello!"); 
     delay(200);          
  }          
}

[結果二]

[參考資料]

Arduino.cc ：Examples > Libraries > LiquidCrystal