W tym materiale poznasz budowę i sposób działania wyświetlacza LCD 2×16. Dowiesz się, do czego służą jego poszczególne wyprowadzenia oraz jak za pomocą potencjometru regulować kontrast wyświetlanych znaków. Następnie w środowisku Tinkercad zbudujesz układ z Arduino Uno, czujnikiem temperatury, diodą LED i przetwornikiem piezo. Połączysz elementy zgodnie ze schematem, napiszesz program obsługujący wyświetlacz i uruchomisz symulację elektronicznego termometru.

Budowa wyświetlacza LCD 2×16

Wyświetlacz LCD 2×16 to popularny moduł elektroniczny, na który składają się: szklany panel ciekłokrystaliczny, kontroler HD44780, płytka drukowana (PCB) oraz podświetlenie LED. Urządzenie pozwala pokazać 32 znaki w dwóch wierszach (po 16 znaków w każdym).

Wyświetlacz LCD 2×16 widziany od przodu. Moduł ma dwa wiersze po 16 pól znakowych oraz rząd 16 wyprowadzeń służących do zasilania, sterowania, przesyłania danych i podświetlenia.

R1UQZ8C7SJCTP

Zdjęcie przedstawia zieloną płytkę elektroniczną wraz z ekranem wyświetlacza LCD. Na górnej krawędzi znajduje się 16 złączy. Są oznaczone symbolami literowymi i cyframi. Są to kolejno: VSS, VDD, V0, RS, RW, E, D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, A oraz K.

Znajomość ich jest bardzo ważna w następnych etapach tworzenia działającego układu.

RDCR7VPXUE39N

Zdjęcie przedstawia potencjometr. Składa się z trzech elementów. Na niebieskiej obudowie osadzono biały, zaokrąglony element. Poniżej podstawki znajdują się 3 metalowe wyprowadzenia.

Potencjometr jest regulowanym dzielnikiem napięcia: rezystancja między jego dwoma skrajnymi nóżkami jest stała, podobnie jak oporność połączonych szeregowo rezystorów, z których zbudowany jest dzielnik. Zmienia się natomiast rezystancja między wyprowadzeniem środkowym a dowolną ze skrajnych nóżek – zależy ona od położenia pokrętła potencjometru. W rezultacie możemy regulować wartość napięcia wyjściowego dzielnika. Wraz ze zmianami napięcia zmienia się z kolei kontrast wyświetlacza.

R1GMDGE31S8QD

Schemat połączenia płytki Arduino Uno z wyświetlaczem LCD 2×16. Wyświetlacz jest zasilany z pinów 5 V i GND, a jego linie sterujące oraz linie danych są połączone z cyfrowymi pinami Arduino. Do wejścia regulacji kontrastu LCD podłączono potencjometr, natomiast podświetlenie wyświetlacza jest zasilane przez rezystor 220 Ω.

Dlaczego tak właśnie należy podłączyć wyświetlacz? Wynika to z jego budowy oraz z biblioteki, którą dołączymy do szkicu. Biblioteki są plikami, w których opisano rozmaite funkcje. Dzięki bibliotekom nie trzeba tworzyć własnych funkcji w szkicu (często zajęłyby one kilkaset linii kodu), lecz wystarczy skorzystać z gotowych zestawów instrukcji.

Biblioteka wykorzystywana do obsługi wyświetlacza LCD została opracowana właśnie dla układu połączeń widocznego na schemacie. Jeżeli zatem wepniesz styki przewodów w inne piny niż te pokazane na rysunku, wyświetlacz nie będzie działał. W takiej sytuacji należałoby dokonać zmian w bibliotece, jednak takiego zadania podejmują się tylko doświadczeni programiści.

Budujemy wyświetlacz

Przygotujmy symulację układu z wyświetlaczem LCD 2x16.

1

Krok 1 - Dodajemy komponenty

Krok 1 - Dodajemy komponenty

Jako że będziemy używać wyświetlacza LCD, wybierzemy płytkę stykową. Z listy rozwijanej Komponenty Podstawowe, wybierz Wszystko.

Do płytki dodajmy teraz wyświetlacz LCD 2x16.

R2KG941ON4NRT

Wyświetlacz LCD 2×16 umieszczony na dużej płytce stykowej. Moduł znajduje się w dolnej części płytki, a jego rząd wyprowadzeń jest wpięty w otwory płytki prototypowej. Ekran wyświetlacza jest pusty i ma ciemnoniebieskie tło.

Krok 2 - Dodajemy potencjometr

Krok 2 - Dodajemy potencjometr

Dodajmy teraz potencjometr.

R195KNK46977R

Wyświetlacz LCD 2×16 oraz potencjometr umieszczone na dużej płytce stykowej. Wyświetlacz znajduje się w dolnej części płytki, a jego wyprowadzenia są opisane między innymi jako GND, VCC, V0, RS, RW, E oraz DB0–DB7. Potencjometr z pokrętłem jest umieszczony nad wyświetlaczem i będzie służył do regulacji kontrastu ekranu.

Krok 3 - Dodajemy rezystor

Krok 3 - Dodajemy rezystor

Do naszej płytki stykowej dodajmy trzy rezystory o wartości 220 Ωomega do anody diody w wyświetlaczu LCD.

RMAVQC8FNACGQ

Wyświetlacz LCD 2×16, potencjometr oraz rezystor umieszczone na dużej płytce stykowej. Wyświetlacz znajduje się w dolnej części płytki, potencjometr w jej prawej górnej części, a obok niego wpięty jest rezystor ograniczający prąd podświetlenia ekranu.

Dodaj teraz moduł Arduino Uno do okna symulacji.

Krok 4 - Wszystko komponenty

Krok 4 - Wszystko komponenty

Zaczniemy od podpięcia szyny dodatniej i ujemnej z płytką Arduino Uno. Podepniemy ze sobą szyny górne i dolne.

R1KHP94PS7E12

Kodujemy układ

Przejdźmy teraz do pisania kodu. W tym celu klikamy na przycisk Kod, z listy rozwijanej wybieramy Tekst, potwierdzamy chęć zmiany widoku i czyścimy zawartość.

Aby wyświetlacz działał poprawnie potrzebna jest  biblioteka LiquidCrystal, która zawiera gotowe funkcje umożliwiające sterowanie wyświetlaczem LCD. 

#include <LiquidCrystal.h>

Następnie tworzony jest obiekt lcd_1, za pomocą którego program będzie obsługiwał wyświetlacz. Liczby określają piny Arduino połączone z wyprowadzeniami LCD:

• 12 – pin RS,

• 11 – pin E,

• 5 – pin DB4,

• 4 – pin DB5,

• 3 – pin DB6,

• 2 – pin DB7.

LiquidCrystal lcd_1(12, 11, 5, 4, 3, 2);

Tworzony jest obiekt lcd_1, za pomocą którego program będzie obsługiwał wyświetlacz. Liczby określają piny Arduino połączone z wyprowadzeniami LCD:

• – pin RS, 12

• – pin E, 11

• – pin DB4, 5

• – pin DB5, 4

• – pin DB6, 3

• – pin DB7. 2

Wyświetlacz pracuje w trybie czterobitowym, dlatego wykorzystywane są linie danych DB4–DB7.

Pamiętajmy, że funkcja setup() wykonuje się tylko raz — po uruchomieniu lub zresetowaniu Arduino. 

void setup()
{
  lcd_1.begin(16, 2);
  lcd_1.print("hello world");
}

W funkcji setup() są umieszczone dwie instrukcje (funkcje). Pierwsza z nich uruchamia wyświetlacz i określa jego rozmiar: 16 znaków w każdym z 2 wierszy.

lcd_1.begin(16, 2);

Druga wyświetla napis „hello world”. Ponieważ nie ustawiono pozycji kursora, tekst pojawi się od pierwszego znaku w pierwszym wierszu. 

lcd_1.print("hello world");

Funkcja loop() wykonuje się wielokrotnie przez cały czas działania Arduino. W tym programie nie zmienia ona zawartości wyświetlacza. Znajduje się w niej jedynie krótkie opóźnienie wynoszące 10 milisekund, które poprawia działanie symulacji.

void loop()
{
  delay(10);
}