Рубрики
Проекты на Raspberry Pi

Подключение жидкокристаллического (ЖК) дисплея 16×2 к Raspberry Pi

В данной статье мы рассмотрим подключение жидкокристаллического (ЖК) дисплея 16×2 к плате Raspberry Pi. ЖК дисплей мы будем подключать к контактам ввода/вывода (GPIO pins) платы Raspberry Pi. Также мы рассмотрим написание программы на Python, с помощью которой мы будем передавать команды и символы на экран ЖК дисплея. Рассматриваемый в данной статье ЖК дисплей 16×2 отлично подходит для отображения различной информации от датчиков и о состоянии подключенных периферийных устройств.

В настоящее время производится достаточно много типов ЖК дисплеев. Графические ЖК дисплеи более сложные по устройству чем алфавитно-цифровые (как в нашем проекте). В этой статье мы будем использовать ЖК дисплей 16×2, который также можно использовать и как дисплей 16×1. ЖК дисплей 16×2 может одновременно отображать 32 символа: 16 на первой строке и 16 на второй. Достаточно подробно про принципы подключения ЖК дисплея 16×2 к микроконтроллерам описано в статье про его подключение к микроконтроллеру AVR – во многом описываемое в этой статье его подключение к плате Raspberry Pi похоже именно на его подключение к микроконтроллеру AVR. Также на нашем сайте мы рассматривали подключение ЖК дисплея 16×2 к плате Arduino, но там все намного проще (по сравнению с его подключением к AVR и Raspberry Pi) поскольку все рутинные функции берет на себя специальная библиотека для Arduino.

Схема расположения контактов ввода/вывода (GPIO) на плате Raspberry Pi 2 показана на следующем рисунке. Более подробно об этих контактах вы можете прочитать в статье про мигание светодиода с помощью Raspberry Pi.

Каждый из 17 универсальных контактов ввода/вывода (GPIO) может выдерживать ток до 15mA. А суммарный ток от всех контактов ввода/вывода не должен превышать 50mA – таким образом, в среднем на каждый контакт будет приходиться ток примерно 3mA.

Также на плате Raspberry Pi присутствуют силовые контакты +5V (Pin 2 & 4) и +3.3V (Pin 1 & 17), от которых можно запитывать различные датчики и модули. В нашем проекте мы будем подавать питание на ЖК дисплей от силовых контактов +5V. Мы можем передавать управляющие сигналы напряжением +3.3V на ЖК дисплей и он будет их воспринимать, но для его питания обязательно напряжение +5V, он не будет работать если вы попытаетесь его запитать от напряжения +3.3V.

Необходимые компоненты

  1. Плата Raspberry Pi 2 Model B или другая аналогичная (купить на AliExpress).
  2. ЖК дисплей 16×2 (купить на AliExpress).
  3. Резистор 1 кОм – 2 шт. (купить на AliExpress).
  4. Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
  5. Конденсатор 1000 мкФ (купить на AliExpress).
  6. Макетная плата.
  7. Соединительные провода.

Схема проекта

Схема подключения ЖК дисплея 16×2 к плате Raspberry Pi представлена на следующем рисунке.

Как показано на схеме, мы подключили ЖК дисплей 16×2 к 10 контактам ввода/вывода (GPIO pins) платы Raspberry Pi. Эти 10 контактов будут использоваться для управления ЖК дисплеем и передачи ему данных. Мы использовали контакты 21, 20, 16, 12, 25, 24, 23 и 18 в качестве BYTE (то есть по ним мы будем непосредственно передавать данные). Контакт GPIO21 в данном случае будет играть роль младшего значащего бита (Least Significant Bit, LSB), а контакт GPIO18 – роль старшего значащего бита (Most Significant Bit, MSB).

Модуль ЖК дисплея 16×2 имеет 16 контактов, которые можно разделить на 5 категорий: Power Pins (силовые контакты), contrast pin (контакт для управления контрастностью), Control Pins (управляющие контакты), Data pins (контакты для передачи данных) и Backlight pins (контакты подсветки). Краткое описание этих контактов приведено в следующей таблице (описание контактов не переводил — этой информации на русском полно в сети).

Общие принципы передачи данных с Raspberry Pi на ЖК дисплей

Вкратце, процесс передачи данных от платы Raspberry Pi на ЖК дисплей состоит из следующих основных операций:

  1. Контакт E ЖК дисплея устанавливается в состояние high (разрешение на работу дисплея), а контакт RS устанавливается в состояние low (сообщаем ЖК дисплею что мы будем передавать команду).
  2. Передаем на порт данных (data port) команду 0x01 – это команда очистить экран.
  3. Контакт E ЖК дисплея устанавливается в состояние high (разрешение на работу дисплея), контакт RS также устанавливается в состояние high (сообщаем ЖК дисплею что мы будем передавать данные).
  4. Передаем ASCII код символа, который необходимо отобразить на экране дисплея.
  5. Контакт E ЖК дисплея устанавливается в состояние low (сообщаем ЖК дисплею что мы закончили процесс передачи данных).
  6. Как только на контакте E будет уровень low, ЖК дисплей обрабатывает принятые данные и показывает результат на своем экране. Таким образом, контакт E необходимо устанавливать в high перед передачей данных и устанавливать в low после завершения передачи данных.

Символы, которые необходимо отобразить на экране, мы будем передавать ЖК дисплею последовательно – один за другим. Точнее сказать, мы будем передавать не сами символы, а их ASCII коды (American standard Code for Information Interchange). Таблица ASCII кодов приведена на рисунке ниже. К примеру, чтобы отобразить на экране ЖК дисплея символ “@”, мы должны передать шестнадцатеричный код 40”. А если мы передадим ЖК дисплею значение 0x73, то на его экране отобразится символ “s”. В этом проекте мы с помощью передачи ЖК дисплею соответствующих ASCII кодов отобразим на его экране строку “CIRCUITDIGEST”.

Объяснение программы для Raspberry Pi

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

После того, как все необходимые соединения в схеме сделаны, мы можем подать питание на Raspberry Pi и после загрузки ее операционной системы можно начать писать программу в ней на Python.

В программе нам первым делом необходимо подключить (импортировать) библиотеку для работы с контактами ввода/вывода. Также мы импортируем эту библиотеку RPi.GPIO под именем “IO” (то есть переименовываем ее для использования в программе), то есть далее в программе всегда, когда мы захотим обратиться к контактам ввода/вывода, мы будем использовать слово ‘IO’.

Иногда контакты ввода/вывода (GPIO pins), которые мы собираемся использовать в программе, могут выполнять другие функции. В этом случае во время исполнения программы мы будем получать предупреждения (warnings). Следующей командой мы укажем плате Raspberry Pi на то, чтобы она игнорировала эти предупреждения и продолжала исполнение программы.

Мы можем обращаться к контактам ввода/вывода (GPIO pins) платы Raspberry Pi используя либо номер контакта на плате, либо его функциональный номер. Например, если смотреть распиновку контактов ввода/вывода платы Raspberry Pi, то можно увидеть, что в ней обозначение GPIO5 соответствует контакту PIN 29. То есть в зависимости от того, какой способ обращения к контактам мы выбрали, мы можем обращаться к рассмотренному контакту либо по номеру ‘29’, либо по номеру ‘5’. В данном проекте мы выберем способ обращения к контактам по их функциональным номерам, поэтому используем следующую команду:

Контакты платы Raspberry Pi, к которым подключен ЖК дисплей, инициализируем в качестве цифровых выходов – с них мы будем передавать данные ЖК дисплею и управлять режимами его работы.

Команду «while 1:» мы будем использовать для создания бесконечного цикла, внутри него все команды будут исполняться непрерывно.

Исходный код программы на Python

В результате исполнения программы вы увидите как на экране ЖК дисплея отобразится строка “CIRCUITDIGEST”.

Python
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
import RPi.GPIO as IO     # подключение библиотеки для работы с контактами ввода/вывода
import time               # подключение библиотеки для работы с задержками
import sys
IO.setwarnings(False)     # отключаем показ любых предупреждений
IO.setmode (IO.BCM)       # мы будем программировать контакты GPIO по их функциональным номерам (BCM), то есть мы будем обращаться к PIN29 как ‘GPIO5’
IO.setup(6,IO.OUT)        # инициализируем GPIO6 в качестве цифрового выхода
IO.setup(22,IO.OUT)
IO.setup(21,IO.OUT)
IO.setup(20,IO.OUT)
IO.setup(16,IO.OUT)
IO.setup(12,IO.OUT)
IO.setup(25,IO.OUT)
IO.setup(24,IO.OUT)
IO.setup(23,IO.OUT)
IO.setup(18,IO.OUT)
def send_a_command (command):        # функция для передачи команды на ЖК дисплей
    pin=command
    PORT(pin);                       # вызываем функцию 'PORT' чтобы передать значение на порт данных
    IO.output(6,0)                   # устанавливаем 0 на контакте RS чтобы сообщить ЖК дисплею что мы будем передавать команду
    IO.output(22,1)                  # даем команду ЖК дисплею принять команду/данные при помощи установки на контакте EN уровня high
    time.sleep(0.05)
    IO.output(22,0)                  # устанавливаем на контакте EN уровень low чтобы сообщить ЖК дисплею что мы закончили передачу данных
    pin=0
    PORT(pin);                       # очищаем контакты порта чтобы остановить передачу
def send_a_character (character):    # функция для передачи символа
    pin=character
    PORT(pin);
    IO.output(6,1)
    IO.output(22,1)
    time.sleep(0.05)
    IO.output(22,0)
    pin=0
    PORT(pin);
def PORT(pin):                        # функция для установки значения PIN на порт данных
    if(pin&0x01 == 0x01):
        IO.output(21,1)               # если bit0 из 8bit 'pin' is true, на PIN21 устанавливаем high
    else:
        IO.output(21,0)               # если  bit0 of 8bit 'pin' is false, на PIN21 устанавливаем low
    if(pin&0x02 == 0x02):
        IO.output(20,1)               # если  bit1 of 8bit 'pin' is true, на PIN20 устанавливаем high
    else:
        IO.output(20,0)               # если  bit1 of 8bit 'pin' is true, на PIN20 устанавливаем low
    if(pin&0x04 == 0x04):
        IO.output(16,1)
    else:
        IO.output(16,0)
    if(pin&0x08 == 0x08):
        IO.output(12,1)
    else:
        IO.output(12,0)  
if(pin&0x10 == 0x10):
        IO.output(25,1)
    else:
        IO.output(25,0)
    if(pin&0x20 == 0x20):
        IO.output(24,1)
    else:
        IO.output(24,0)
    if(pin&0x40 == 0x40):
        IO.output(23,1)
    else:
        IO.output(23,0)
    if(pin&0x80 == 0x80):
        IO.output(18,1)                # если bit7 of 8bit 'pin' is true на PIN18 устанавливаем high
    else:
        IO.output(18,0)                # если  bit7 of 8bit 'pin' is false на PIN18 устанавливаем low
        
while 1:  
    send_a_command(0x01);         # передача команды 'all clear' (очистить все)
    send_a_command(0x38);         # режим 16*2 на ЖК дисплее
    send_a_command(0x0E);         # включаем экран и курсор на
нем
    send_a_character(0x43);       # ASCII код для 'C'
    send_a_character(0x49);       # ASCII код для 'I'
    send_a_character(0x52);       # ASCII код для 'R'
    send_a_character(0x43);       # ASCII код для 'C'
    send_a_character(0x55);       # ASCII код для 'U'
    send_a_character(0x49);       # ASCII код для 'I'
    send_a_character(0x54);       # ASCII код для 'T'
    
    # ASCII коды для строки символов 'DIGEST'
    send_a_character(0x44);                    
    send_a_character(0x49);
    send_a_character(0x47);
    send_a_character(0x45);
    send_a_character(0x53);
    send_a_character(0x54);
    
    time.sleep(1)

Видео, демонстрирующее работу проекта

Похожие статьи

Подключение ЖК дисплея 16×2 к Raspberry Pi Pico с помощью Micropython Подключение жидкокристаллического (ЖК) дисплея к Arduino Подключение ЖК дисплея 16×2 к STM32 Blue Pill (STM32F103C8T6)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *