//порт к которому подключена шина данных ЖКД
#define PORT_DATA PORTD
#define PIN_DATA PIND
#define DDRX_DATA DDRD

//порт к которому подключены управляющие выводы
#define PORT_SIG PORTB
#define PIN_SIG PINB
#define DDRX_SIG DDRB

//номера выводов микроконтроллера
//к которым подключены управляющие выводы ЖКД
#define RS 5
#define RW 6
#define EN 7

//макросы для работы с битами
#define ClearBit(reg, bit) reg &= (~(1<<(bit)))
#define SetBit(reg, bit) reg |= (1<<(bit))

#define F_CPU 8000000
#define _delay_us(us) __delay_cycles ((F_CPU / 1000000) * (us));
#define _delay_ms(ms) __delay_cycles ((F_CPU / 1000) * (ms));

//функция записи команды
void LcdWriteCom(unsigned char data)
{
ClearBit(PORT_SIG, RS); // устанавливаем RS в 0
PORT_DATA = data; // выводим данные на шину
SetBit(PORT_SIG, EN); // устанавливаем Е в 1
_delay_us (2);
ClearBit(PORT_SIG, EN); // устанавливаем Е в 0
_delay_us(40);

//функция записи данных

ClearBit(PORT_SIG, EN); // устанавливаем Е в 0

Delay_us(40);
}

int main(void )
{
while (1);
return 0;
}

Здесь нет сложных мест, все должно быть понятно. Идем дальше.

Любой ЖК-дисплей перед использованием нужно инициализировать. Процесс инициализации обычно описан в datasheet`е на контроллер дисплея. Но даже если там и нет информации, последовательность, скорее всего, будет такая.

2. Ждем >40 мс

3. Подаем команду Function set

DL – бит установки разрядности шины
0 – 4 разрядная шина, 1 – 8 разрядная шина

N – бит установки количества строк дисплея
0 – однострочный режим, 1 – двухстрочный режим

F – бит установки шрифта
0 – формат 5*8, 1 – формат 5*11

* - не важно что будет в этих битах

4. Подаем команду Display ON/OFF

D – бит включения/выключения дисплея
0 – дисплей выключен, 1 – дисплей включен

C – бит включения/выключения курсора
0 – курсор выключен, 1 – курсор включен

B – бит включения мерцания
0 – мерцающий курсор включен, 1 – мерцающий курсор выключен

5. Подаем команду Clear Display

6. Ждем > 1,5 ms

7. Подаем команду Entry Mode Set

I/D – порядок увеличения/уменьшения адреса DDRAM(ОЗУ данных дисплея)
0 – курсор движется влево, адрес уменьшается на 1, 1 – курсор движется вправо, адрес увеличивается на 1

SH – порядок сдвига всего дисплея
0 – сдвига нет, 1 – сдвиг происходит согласно сигналу I/D – если он 0 – дисплей сдвигается вправо, 1 – дисплей сдвигается влево

Для нашего примера функция инициализации будет выглядеть так

В уроке поговорим о знакосинтезирующих жидкокристаллических индикаторах, о подключении их к плате Ардуино и управлении индикаторами с помощью библиотек LiquidCrystal и LiquidCrystalRus.

Светодиодные семисегментные индикаторы хотя и являются самым дешевым вариантом индикации для электронных устройств, но их применение ограничено двумя существенными недостатками.

• Практически сложно подключить к микроконтроллеру более 8ми разрядов светодиодных индикаторов. Требуется большое число выводов, значительные токи индикаторов, сложные ключи, низкая частота регенерации и т.п.
• Невозможно отображать на семисегментных индикаторах символьную информацию.

Для вывода текстовой информации или чисел размером более 4 разряда гораздо практичнее использовать жидкокристаллические знакосинтезирующие индикаторы (дисплеи). К их достоинствам следует отнести:

• удобный для подключения к микроконтроллерам интерфейс;
• малая потребляемая мощность;
• низкое напряжение питания;
• долговечность.

На рынке существует большое число разнообразных жидкокристаллических (LCD) индикаторов разных производителей. Практически все они аналогичны по параметрам, сигналам интерфейсов, командам управления. В данный момент наиболее распространенными ЖК индикаторами на российском рынке являются устройства производства компании Winstar, Тайвань. Я буду ссылаться на индикаторы этой фирмы. Но информация вполне применима и для символьных LCD дисплеев других производителей.

Общие сведения.

Знакосинтезирующие или символьные индикаторы отображают информацию в виде знакомест определенной разрядности. Одно знакоместо отображает один символ. Количество знакомест определяет разрядность индикатора. Информация на индикаторах может выводиться на нескольких строках, поэтому для индикаторов такого типа всегда указывается число символов в строке и число строк.

Отображение информации происходит на жидкокристаллической матрице со светодиодной подсветкой. Подсветка бывает самых разных цветов, что значительно оживляет монохромную текстовую информацию.

Для управления жидкокристаллической матрицей и организации интерфейса индикатора используется встроенный контроллер HD44780 или его полные аналоги. Этот контроллер определяет сигналы интерфейса индикатора и команды управления.

HD44780 стал де-факто стандартом для символьных жидкокристаллических (LCD) дисплеев. Техническую документацию по контроллеру HD44780 в формате PDF можно посмотреть по этой ссылке - . Может кому-то больше понравится документация одного из аналогов этого контроллера – SPLC780D. Ссылка в формате PDF – .

Символьные LCD индикаторы фирмы Winstar.

Мне известны следующие варианты ЖК индикаторов этой фирмы.

Подключение LCD индикатора к микроконтроллеру.

Схемы подключения, временные диаграммы, параметры сигналов, команды управления, коды символов подробно расписаны в документации на контроллер HD44780. Я приведу только самые необходимые данные о подключении индикаторов к микроконтроллерам.

Как правило, LCD индикаторы имеют 16 выводов.

Номер вывода (первый столбец) приведен для наиболее распространенного варианта. Лучше проверьте, загрузив документацию на Ваш тип индикатора из таблицы предыдущего раздела.

Символьные ЖК дисплеи поддерживают два варианта подключения к микроконтроллеру:

• С использованием 8ми битной шины данных. Подключаются все сигналы шины DB0-DB7. За один цикл обмена передается байт информации.
• С применением 4х битной шины данных. Подключаются только 4 старшие разряда DB4-DB7. Информация передается по четыре бита за один такт шины.

Первый вариант обеспечивает передачу данных на дисплей с большей скоростью. Второй – требует для подключения индикатора на 4 вывода меньше. Несомненно, важнее сократить число выводов для подключения, чем увеличить скорость обмена. Тем более, что LCD индикаторы довольно медленные устройства со временем цикла регенерации 10-20 мс.

Подключение символьного ЖК (LCD) дисплея к плате Ардуино.

Я буду подключать индикатор WH2004A (4 строки по 20 символов) в четырех битном режиме обмена к плате Arduino UNO R3. Документацию на LCD дисплей WH2004 можете посмотреть по этой ссылке .

Схема выглядит так.

Резисторы R2 и R3 определяют контрастность индикатора. Можете подключить подстроечный резистор и установить необходимую четкость изображения. Я часто использую индикаторы WH2004, и в своих схемах выбираю такие номиналы резисторов.

Светодиоды подсветки индикатора я подключил к источнику питания 5 В через резистор R1 (30 Ом). Этим я задал ток порядка 25 мА. Тускло, но светится. В темноте видно хорошо. Хотя индикаторы WH2004 допускают ток подсветки до 580 мА.

Библиотека для управления LCD индикаторами в системе Ардуино LiquidCrystal.

Существует стандартная библиотека для управления ЖК индикаторами на базе контроллера HD44780. Подробно опишу ее методы.

LiquidCristal(…)

Конструктор класса. Может иметь разное число аргументов.

• LiquidCristal(rs, en, d4, d5, d6, d7) – четырех битный интерфейс, сигнал RW не используется (подключен к земле).
• LiquidCristal(rs,rw, en, d4, d5, d6, d7) – четырех битный интерфейс, сигнал RW используется.
• LiquidCristal(rs, en, d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7) – восьми битный интерфейс, сигнал RW не используется (подключен к земле).
• LiquidCristal(rs, rw, en, d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7) – восьми битный интерфейс, сигнал RW используется.

Аргументы:

• rs – номер вывода сигнала RS;
• rw – номер вывода сигнала RW;
• en – номер вывода сигнала E;
• d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 – номера выводов шины данных.

LiquidCrystal disp(6, 7, 2, 3, 4, 5);

void begin(cols, rows)

Инициализирует интерфейс индикатора. Задает размерность индикатора. Метод должен быть вызван первым, до использования других функций класса.

Аргументы:

• cols – количество символов в строке;
• rows – число строк.

disp.begin(20, 4); // используем дисплей – 4 строки по 20 символов

void clear()

Очистка экрана, установка курсора в верхний левый угол.

disp.clear(); // сброс дисплея

void home()

Установка курсора в верхний левый угол.

disp.home(); // в начало экрана

void setCursor(col, row)

Устанавливает курсор в заданную позицию.

• col – координата X, нумерация с 0;
• row – координата Y, нумерация с 0.

setCursor(0,1); // курсор в начало второй строки

byte write(data)

Выводит символ на экран. Возвращает количество переданных байтов.

Следующий скетч выводит на экран данные с последовательного порта. Данные можно передать монитором порта Arduino IDE.

// вывод данных последовательного порта на LCD индикатор
#include


char data;

void setup()
{
Serial.begin(9600); // инициализируем последовательны порт
disp.begin(20, 4); //
}

void loop()
{
if (Serial.available()) { // если есть данные
data= Serial.read(); // читаем символ
if((data != 0xd) && (data != 0xa)) { // перевод строки
disp.write(data); // выводим символ на экран
}
}
}

У меня индикатор большой – 4 строки по 20 символов. В нем установлены два контроллера HD44780. Поэтому последовательно передаваемые символы заполняют сначала первую строку, затем третью, дальше вторую и четвертую. Т.е. через строку. Надо учитывать это свойство для определенных типов индикаторов. В документации на каждый LCD индикатор указывается последовательность адресации символов.

byte print(data)

Выводит на экран текст. Возвращает количество переданных байтов.

Аргументы:

data – данные для вывода на экран. Могут иметь типы char, byte, int, long, string.

Может быть второй, необязательный аргумент.

byte print(data, BASE)

• BASE – задает систему исчисления:
• BIN – двоичная;
• DEC – десятичная;
• OCT – восьмеричная:
• HEX – шестнадцатеричная.

Пример программы, печатающей на дисплее текстовую строку.

// вывод текстовой строки на LCD индикатор
#include

LiquidCrystal disp(6, 7, 2, 3, 4, 5); // создаем объект

void setup()
{
disp.begin(20, 4); // инициализируем дисплей 4 строки по 20 символов
disp.print("Test string");
}

void loop()
{ }

void cursor()

Включает режим отображения курсора. Позиция, куда будет выведен следующий символ, подчеркивается.

disp.cursor(); // разрешаем отображение курсора

void noCursor()

Запрещает отображение курсора.

disp.noCursor(); // запрещаем отображение курсора

void blink()

Включает режим мигающего курсора. Используется совместно с функцией cursor(). Результат зависит от конкретной модели индикатора.

disp.blink(); // разрешаем мигающий курсор

void noBlink()

Отключает режим мигающего курсора.

disp.noBlink(); // запрещаем мигающий курсор

void display()

Включает экран после того, как он был выключен функцией noDisplay(). На экране отобразится информация, которая была до выключения.

disp.display(); // включаем дисплей

void noDisplay()

Выключает экран. Информация сохраняется в памяти и появляется при включении дисплея.

disp.noDisplay(); // выключаем дисплей

void scrollDisplayLeft()

Прокручивает содержимое дисплея на один символ влево.

disp. scrollDisplayLeft(); // сдвигаем все влево

void scrollDisplayRight()

Прокручивает содержимое дисплея на один символ вправо.

disp. scrollDisplayRight(); // сдвигаем все вправо

void autoscroll()

Включение режима автоматической прокрутки текста. При выводе каждого символа, весь текст на экране будет сдвигаться на один символ. В какую сторону сдвигается информация определяют функции leftToRight() и rightToLeft().

disp. autoscroll()(); // включаем автопрокрутку

void noAutoscroll()

Выключение автоматической прокрутки текста.

disp. noAutoscroll()(); // запрещаем автопрокрутку

void leftToRight()

Задает режим вывода теста слева-направо. Новые символы будут появляться справа от предыдущих.

leftToRight(); // режим слева-направо

void rightToLeft()

Задает режим вывода теста справа-налево. Новые символы будут появляться слева от предыдущих.

rightToLeft(); // режим справа-налево

void createChar(num, data)

Метод для создания пользовательского символа. Контроллер допускает создание до 8 символов (0…7) размером 5x8 пикселей. Изображение символа задается массивом размерностью 8 байт. 5 младших битов каждого байта определяют состояние пикселей строки.

Для вывода пользовательского символа можно использовать функцию write() с номером символа.

// создание пользовательского символа
#include

LiquidCrystal disp(6, 7, 2, 3, 4, 5); // создаем объект

byte smile = {
B00000000,
B00010001,
B00000000,
B00000000,
B00010001,
B00001110,
B00000000,
B00000000
};

void setup()
{
disp.createChar(0, smile); // создаем символ
disp.begin(20, 4); // инициализируем дисплей 4 строки по 20 символов
disp.print("Smile ");
disp.write(byte(0)); // выводим символ
}

void loop()
{ }

Вот пример программы, выводящей на экран русский алфавит.

// вывод русского алфавита
#include

LiquidCrystalRus disp(6, 7, 2, 3, 4, 5); // создаем объект

void setup()
{
disp.begin(20, 4); // инициализируем дисплей 4 строки по 20 символов
disp.print("абвгдеёжзийклмнопрст");
disp.print("АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТ");
disp.print("уфхцчшщьыьэюя ");

Как подружить плату Ардуино с символьным дисплеем? Довольно просто! Все ниже по порядку и с подробностями.

Если есть желание получать информацию от Ардуино без подключения к компьютеру и вывода на серийный порт, можно использовать символьный дисплей. Сделать это не так сложно. Полученное удобство от общения неоценимо.
Для работы я использовал символьный LCD-дисплей J204A на базе чипа HD44780, на eBay часто встречается как LCD2004. 4 строки по 20 символов, инвертированный. Куплен с кучей других на eBay, за сущие копейки, от 60 до 100 рублей за штуку. Русский язык не поддерживается по-умолчанию, но это решаемая проблема, об этом как нибудь в следующий раз. И еще коннекторы на схеме не распаяны, придется поработать паяльником.
Для работы с дисплеями используется библиотека LiquidCrystal.h входящая в дефолтную постаку Arduino IDE.

А вот даташита по дисплею LCD2004 я не нашел, но зато в интернетах полным полно таблиц по дисплею . Но они практически не отличаются друг от друга. По управлению и подключению полностью идентичны. Отличие только в количестве строк/символов на дисплее. Но это абсолютно не повлияет если у вас 1602.

В таблице определены все контакты. Если взять дисплей и повернуть его к себе, то контакты будут расположены слева направо, соответственно в таблице идут по увеличению номера. В колонке контакты в скобках указано обозначение в даташите.

v

Передача данных к дисплею возможна в двух вариантах: по 8 и по 4 бит за такт. Т.к. Ардуино имеет мало контактов, мы будем использовать 4 — этого с лихвой хватает, чтоб обновлять информацию на дисплее с запредельной для восприятия скоростью.

Вот так все это дело у меня подключено. Возможно кажется что это хаос, но тут есть система. Можно выделить красные, зеленые, желтые и оранжевые провода. Красные всегда идут на +5V, зеленые — GND, а желтые и оранжевые — это провода для подключения к Ардуино, по которым идут данные.

Самая важная часть — физическое подключение дисплея. По клику открывается в большом разрешении, где все хорошо видно.
R1 — Резистор 200OM. Сопротивление ограничивающее ток, проходящий через подсветку дисплея.
R2 — Потенциометр с сопротивлением до 10kOM. Кутим ручку, подбираем контраст символов.

И крайне простой скетч, для вывода на экран пары строк.

H> // Подключаем библиотеку для работы с дисплеем. /* Командой LiquidCrystal lcd(rs, enable, d4, d5, d6, d7); создаем переменную типа LiquidCrystal И определяем через какие контакты Ардуино рабоает с дисплеем. подробнее про эту команду тут http://arduino.cc/en/Reference/LiquidCrystalConstructor */ LiquidCrystal lcd(6, 7, 8, 9, 10, 11); void setup() { lcd.begin(20, 4); // определяем характеристики дисплея (20 Символов в строке, 4 строки) // Для дисплея 1602 надо указывать lcd.begin(16, 2); lcd.setCursor(1, 1); // Указываем с какой позиции начать выводить текст. строки и символы начинаются с 0!!! // 1 уже отодвинет каретку на одно деление от начала экрана и сдвинет текст на одну строку ниже lcd.print("compblog.vlukyanov"); // выводим текст начиная с указанной позиции. lcd.setCursor(7, 2); // выводим с 8го символа на экране в третьей строке. lcd.print(".com"); // текст для вывода. } void loop() { // в цикле ни чего больше не делаем все уже сделано во время инициализации платы. }

Результат. Если знать, как все это подключается и как написать код, то время на все работы 5 минут.

Также дисплей может выполнять некоторые функции самостоятельно, а еще есть возможность задать некоторые параметры.

Например:

• Скролить текст;
• Мигать позицией курсора;
• Включаться/выключаться.

А теперь бонус!
Подсветка дисплея тратит энергию, которую, при питании от батареи, например, хотелось бы экономить. Я сделал для себя такой вариант — при нажатии на кнопку, включается подсветка дисплея на 5 секунд.

H> // Подключаем библиотеку для работы с дисплеем. int buttonInt = 0; // Номер прерывания, которое будет вызыватся. int screenLed = 4; // Номер пина к которому подключен экран. +5V volatile long x = 5000; // переменная для хранения времени LiquidCrystal lcd(6, 7, 8, 9, 10, 11); void setup() { attachInterrupt(buttonInt, screenon, FALLING); // параметры прерывания lcd.begin(20, 4); pinMode(screenLed, OUTPUT); digitalWrite(screenLed,HIGH); // включаем дисплей lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Start screenon test!"); } // Функция которая будет выполнятся при нажатии на кнопку. void screenon() { x = millis()+5000; // Запоминаем время, когда надо выключить подсветку. Текущее время работы +5 секунд. digitalWrite(screenLed,HIGH); // Подаем напряжение на подсветку дисплея. } void loop() { lcd.setCursor(0, 2); // переходим к третей строке lcd.print(x); // и выводим время когда дисплей выключится lcd.setCursor(0, 3); // переходим к четвертой строке lcd.print(millis()); // печатаем текущее время работы if (x < millis()) // если время работы выключения наступило > { digitalWrite(screenLed,LOW); // то гасим дисплей } }

И результат:

Инструкция

Действие ультразвукового дальномера HC-SR04 основано на принципе эхолокации. Он излучает звуковые импульсы в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал. По времени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние до объекта.
Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц. В это же время запускается алгоритм определения времени задержки отражённого сигнала, а на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль. По длительности этого сигнала ("Задержка эхо" на рисунке) определяется расстояние до объекта.
Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 - до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения - 30 градусов, эффективный угол - 15 градусов. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе - 15 мА.

Питание ультразвукового дальномера осуществляется напряжением +5 В. Два других вывода подключаются к любым цифровым портам Arduino, мы подключим к 11 и 12.

Теперь напишем скетч, определяющий расстояние до препятствия и выводящий его в последовательный порт. Сначала задаём номера выводов TRIG и ECHO - это 12 и 11 пины. Затем объявляем триггер как выход, а эхо - как вход. Инициализируем последовательный порт на скорости 9600 бод. В каждом повторении цикла loop() считываем дистанцию и выводим в порт.
Функция getEchoTiming() генерирует импульс запуска. Она как раз создаёт ток 10 мксек импульс, который является триггером для начала излучения дальномером звукового пакета в пространство. Далее она запоминает время от начала передачи звуковой волны до прихода эха.
Функция getDistance() рассчитывает дистанцию до объекта. Из школьного курса физики мы помним, что расстояние равно скорость умножить на время: S = V*t. Скорость звука в воздухе 340 м/сек, время в микросекундах мы знаем, это "duratuion". Чтобы получить время в секундах, нужно разделить на 1.000.000. Так как звук проходит двойное расстояние - до объекта и обратно - нужно разделить расстояние пополам. Вот и получается, что расстояние до объекта S = 34000 см/сек * duration / 1.000.000 сек / 2 = 1,7 см/сек / 100, что мы и написали в скетче. Операцию умножения микроконтроллер выполняет быстрее, чем деления, поэтому "/ 100" я заменил на эквивалентное "* 0,01".

Также для работы с ультразвуковым дальномером написано множество библиотек. Например, вот эта: http://robocraft.ru/files/sensors/Ultrasonic/HC-SR04/ultrasonic-HC-SR04.zip. Установка библиотеки происходит стандартно: скачать, разархивировать в директорию libraries , которая находится в папке с Arduino IDE. После этого библиотекой можно пользоваться.
Установив библиотеку, напишем новый скетч. Результат его работы тот же - в мониторе последовательного порта выводится дистанция до объекта в сантиметрах. Если в скетче написать float dist_cm = ultrasonic.Ranging(INC); , то дистанция будет отображаться в дюймах.

Итак, мы с вами подключили к Arduino ультразвуковой дальномер HC-SR04 и получили с него данные двумя разными способами: с использованием специальной библиотеки и без.
Преимущество использования библиотеки в том, что количество кода значительно сокращается и улучшается читаемость программы, вам не приходится вникать в тонкости работы устройства и вы сразу же можете его использовать. Но в этом же кроется и недостаток: вы хуже понимаете, как работает устройство и какие в нём происходят процессы. В любом случае, каким способом пользоваться - решать только вам.