• Модуль FC-113 сделан на базе микросхемы PCF8574T, которая представляет собой 8-битный сдвиговый регистр - «расширитель» входов-выходов для последовательной шины I2C. На рисунке микросхема обозначена DD1.
• R1 - подстроечный резистор для регулировки контрастности ЖК дисплея.
• Джампер J1 используется для включения подсветки дисплея.
• Выводы 1…16 служат для подключения модуля к выводам LCD дисплея.
• Контактные площадки А1…А3 нужны для изменения адреса I2C устройства. Запаивая соответствующие перемычки, можно менять адрес устройства. В таблице приведено соответствие адресов и перемычек: "0" соответствует разрыву цепи, "1" - установленной перемычке. По умолчанию все 3 перемычки разомкнуты и адрес устройства 0x27 .

2 Схема подключения ЖК дисплея к Arduino по протоколу I2C

Подключение модуля к Arduino осуществляется стандартно для шины I2C: вывод SDA модуля подключается к аналоговому порту A4, вывод SCL - к аналоговому порту A5 Ардуино. Питание модуля осуществляется напряжением +5 В от Arduino. Сам модуль соединяется выводами 1…16 с соответствующими выводами 1…16 на ЖК дисплее.

3 Библиотека для работы по протоколу I2C

Теперь нужна библиотека для работы с LCD по интерфейсу I2C. Можно воспользоваться, например, вот этой (ссылка в строке "Download Sample code and library").

Скачанный архив LiquidCrystal_I2Cv1-1.rar разархивируем в папку \libraries\ , которая находится в директории Arduino IDE.

Библиотека поддерживает набор стандартных функций для LCD экранов:

4 Скетч для вывода текста на LCD экран по шине I2C

Откроем образец: Файл Образцы LiquidCrystal_I2C CustomChars и немного его переделаем. Выведем сообщение, в конце которого будет находиться мигающий символ. В комментариях к коду прокомментированы все нюансы скетча.

#include // подключаем библиотеку Wire #include // подключаем библиотеку ЖКИ #define printByte(args) write(args); // uint8_t heart = {0x0,0xa,0x1f,0x1f,0xe,0x4,0x0}; // битовая маска символа «сердце» LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Задаём адрес 0x27 для LCD дисплея 16x2 void setup() { lcd.init(); // инициализация ЖК дисплея lcd.backlight(); // включение подсветки дисплея lcd.createChar(3, heart); // создаём символ «сердце» в 3 ячейке памяти lcd.home(); // ставим курсор в левый верхний угол, в позицию (0,0) lcd.!"); // печатаем строку текста lcd.setCursor(0, 1); // перевод курсора на строку 2, символ 1 lcd.print(" i "); // печатаем сообщение на строке 2 lcd.printByte(3); // печатаем символ «сердце», находящийся в 3-ей ячейке lcd.print(" Arduino "); } void loop() { // мигание последнего символа lcd.setCursor(13, 1); // перевод курсора на строку 2, символ 1 lcd.print("\t"); delay(500); lcd.setCursor(13, 1); // перевод курсора на строку 2, символ 1 lcd.print(" "); delay(500); }

Кстати, символы, записанные командой lcd.createChar(); , остаются в памяти дисплея даже после выключения питания, т.к. записываются в ПЗУ дисплея 1602.

5 Создание собственных символов для ЖК дисплея

Немного подробнее рассмотрим вопрос создания собственных символов для ЖК экранов. Каждый символ на экране состоит из 35-ти точек: 5 в ширину и 7 в высоту (+1 резервная строка для подчёркивания). В строке 6 приведённого скетча мы задаём массив из 7-ми чисел: {0x0, 0xa, 0x1f, 0x1f, 0xe, 0x4, 0x0} . Преобразуем 16-ричные числа в бинарные: {00000, 01010, 11111, 11111, 01110, 00100, 00000} . Эти числа - не что иное, как битовые маски для каждой из 7-ми строк символа, где "0" обозначают светлую точку, а "1" - тёмную. Например, символ сердца, заданный в виде битовой маски, будет выглядеть на экране так, как показано на рисунке.

6 Управление ЖК экраном по шине I2C

Загрузим скетч в Arduino. На экране появится заданная нами надпись с мигающим курсором в конце.

7 Что находится «за» шиной I2C

В качестве бонуса рассмотрим временную диаграмму вывода латинских символов "A", "B" и "С" на ЖК дисплей. Эти символы имеются в ПЗУ дисплея и выводятся на экран просто передачей дисплею их адреса. Диаграмма снята с выводов RS, RW, E, D4, D5, D6 и D7 дисплея, т.е. уже после преобразователя FC-113 «I2C параллельная шина». Можно сказать, что мы погружаемся немного «глубже» в «железо».

На диаграмме видно, что символы, которые имеются в ПЗУ дисплея (см. стр.11 даташита, ссылка ниже), передаются двумя полубайтами, первый из которых определяет номер столбца таблицы, а второй - номер строки. При этом данные «защёлкиваются» по фронту сигнала на линии E (Enable), а линия RS (Register select, выбор регистра) находится в состоянии логической единицы, что означает передачу данных. Низкое состояние линии RS означает передачу инструкций, что мы и видим перед передачей каждого символа. В данном случае передаётся код инструкции возврата каретки на позицию (0, 0) ЖК дисплея, о чём также можно узнать, изучив техническое описание дисплея.

И ещё один пример. На этой временной диаграмме показан вывод символа «Сердце» на ЖК дисплей.

Опять, первые два импульса Enable соответствуют инструкции Home() (0000 0010 2) - возврат каретки на позицию (0; 0), а вторые два - вывод на ЖК дисплей хранящийся в ячейке памяти 3 10 (0000 0011 2) символ «Сердце» (инструкция lcd.createChar(3, heart); скетча).

LCD I2C модуль позволить подключить символьный дисплей к плате Arduino всего по двум сигнальным проводам.

Используемые компоненты (купить в Китае):

. Управляющая плата

. Соединительные провода

Основные технические характеристики:

Дисплей: Символьный 16х02 либо 20x04
. Подсветка: Синяя c белыми символами
. Контраст: Настраивается потенциометром
. Напряжение питания: 5В
. Интерфейс: I2C
. I2C адрес: 0x27
. Размеры: 82мм x 35мм x 18мм

Подключение к Arduino

Модуль оборудован четырех-пиновым разъемом стандарта 2.54мм

SCL : последовательная линия тактирования (Serial CLock)

SDA : последовательная линия данных (Serial DAta)

VCC : "+" питания

GND : "-" питания

Выводы отвечающие за интерфейс I2C на платах Arduino на базе различных контроллеров разнятся

Для работы с данным модулем необходимо установить библиотеку LiquidCrystal_I2C1602V1

Скачиваем, распаковываем и закидываем в папку libraries в папке Arduino. В случае, если на момент добавления библиотеки, Arduino IDE была открытой, перезагружаем среду.

Переходим непосредственно к скетчу. В данном примере выведем стандартный "Hello, world!" и для адрес нашего сообщества.

пример программного кода:

#include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); /* Задаем адрес и размерность дисплея. При использовании LCD I2C модуля с дисплеем 20х04 ничего в коде изменять не требуется, cледует только задать правильную размерность */ void setup () { lcd.init(); // Инициализация lcd lcd.backlight(); // Включаем подсветку // Курсор находится в начале 1 строки lcd.print ("Hello, world!" ); // Выводим текст lcd.setCursor (0, 1); // Устанавливаем курсор в начало 2 строки lcd.print ("сайт" ); // Выводим текст } void loop () { }

Создание собственных символов

С выводом текста разобрались, буквы английского алфавита зашиты в память контроллера внутри дисплея и с ними проблем нет. А вот что делать если нужного символа в памяти контроллера нет?

Не беда, требуемый символ можно сделать вручную. Данный способ частично, ограничение в 7 символов, поможет решить проблему вывода.

Ячейка, в рассматриваемых нами дисплеях, имеет разрешение 5х8 точек. Все, к чему сводится задача создания символа, это написать битовую маску и расставить в ней единички в местах где должны гореть точки и нолики где нет.

В ниже приведенном примере нарисуем смайлик.

пример программного кода:

//Тестировалось на Arduino IDE 1.0.5 // Добавляем необходимые библиотеки #include #include // Битовая маска символа улыбки byte smile = { B00010, B00001, B11001, B00001, B11001, B00001, B00010, }; LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4); // Задаем адрес и размерность дисплея. void setup () { lcd.init(); // Инициализация lcd lcd.backlight(); // Включаем подсветку // Создаем символ под номером 0 lcd.createChar (1, smile); lcd.setCursor (0, 0); // Устанавливаем курсор в начало 1 строки lcd.print ("\1" ); // Выводим смайлик (символ под номером 1) - "\1" } void loop () { }

Программка для легкого создания символов

В комментариях участник сообщества скинул ссылку на генератор символов

С номиналами от 10 Ом до 1 МОм);

2 резистора по 4,7 кОм (из того же набора);

соединительные провода (например, вот хороший набор);

компьютер с Arduino IDE.

1 Описание интерфейса I2C

Последовательный протокол обмена данными IIC (также называемый I2C - Inter-Integrated Circuits, межмикросхемное соединение) использует для передачи данных две двунаправленные линии связи, которые называются шина последовательных данных SDA (Serial Data) и шина тактирования SCL (Serial Clock) . Также имеются две линии для питания. Шины SDA и SCL подтягиваются к шине питания через резисторы.

В сети есть хотя бы одно ведущее устройство (Master) , которое инициализирует передачу данных и генерирует сигналы синхронизации. В сети также есть ведомые устройства (Slave) , которые передают данные по запросу ведущего. У каждого ведомого устройства есть уникальный адрес, по которому ведущий и обращается к нему. Адрес устройства указывается в паспорте (datasheet). К одной шине I2C может быть подключено до 127 устройств, в том числе несколько ведущих. К шине можно подключать устройства в процессе работы, т.е. она поддерживает «горячее подключение».

Давайте рассмотрим временную диаграмму обмена по протоколу I2C. Есть несколько различающихся вариантов, рассмотрим один из распространённых. Воспользуемся логическим анализатором, подключённым к шинам SCL и SDA.

Мастер инициирует обмен. Для этого он начинает генерировать тактовые импульсы и посылает их по линии SCL пачкой из 9-ти штук. Одновременно на линии данных SDA он выставляет адрес устройства , с которым необходимо установить связь, которые тактируются первыми 7-ми тактовыми импульсами (отсюда ограничение на диапазон адресов: 2 7 = 128 минус нулевой адрес). Следующий бит посылки - это код операции (чтение или запись) и ещё один бит - бит подтверждения (ACK), что ведомое устройство приняло запрос. Если бит подтверждения не пришёл, на этом обмен заканчивается. Или мастер продолжает посылать повторные запросы.

Это проиллюстрировано на рисунке ниже.. В первом случае, для примера, отключим ведомое устройство от шины. Видно, что мастер пытается установить связь с устройством с адресом 0x27, но не получает подтверждения (NAK). Обмен заканчивается.

Теперь подключим к шине I2C ведомое устройство и повторим операцию. Ситуация изменилась. На первый пакет с адресом пришло подтверждение (ACK) от ведомого. Обмен продолжился. Информация передаётся также 9-битовыми посылками, но теперь 8 битов занимают данные и 1 бит - бит подтверждения получения ведомым каждого байта данных. Если в какой-то момент связь оборвётся и бит подтверждения не придёт, мастер прекратит передачу.

2 Реализация I2C в Arduino

Arduino использует для работы по интерфейсу I2C два порта. Например, в Arduino UNO и Arduino Nano аналоговый порт A4 соответствует SDA, аналоговый порт A5 соответствует SCL.

Для других моделей плат соответствие выводов такое:

3 Библиотека "Wire" для работы с IIC

Для облегчения обмена данными с устройствами по шине I2C для Arduino написана стандартная библиотека Wire . Она имеет следующие функции:

Функция	Назначение
begin(address)	инициализация библиотеки и подключение к шине I2C; если не указан адрес, то присоединённое устройство считается ведущим; используется 7-битная адресация;
requestFrom()	используется ведущим устройством для запроса определённого количества байтов от ведомого;
beginTransmission(address)	начало передачи данных к ведомому устройству по определённому адресу;
endTransmission()	прекращение передачи данных ведомому;
write()	запись данных от ведомого в ответ на запрос;
available()	возвращает количество байт информации, доступных для приёма от ведомого;
read()	чтение байта, переданного от ведомого ведущему или от ведущего ведомому;
onReceive()	указывает на функцию, которая должна быть вызвана, когда ведомое устройство получит передачу от ведущего;
onRequest()	указывает на функцию, которая должна быть вызвана, когда ведущее устройство получит передачу от ведомого.

4 Подключение I2C устройства к Arduino

Давайте посмотрим, как работать с шиной I2C с помощью Arduino.

Сначала соберём схему, как на рисунке. Будем управлять яркостью светодиода, используя цифровой 64-позиционный потенциометр AD5171 (см. техническое описание), который подключается к шине I2C. Адрес, по которому мы будем обращаться к потенциометру - 0x2c (44 в десятичной системе).

5 Управление устройством по шине IIC

Рассмотрим диаграммы информационного обмена с цифровым потенциометром AD5171, представленные в техническом описании:

Нас тут интересует диаграмма записи данных в регистр RDAC . Этот регистр используется для управления сопротивлением потенциометра.

Откроем из примеров библиотеки "Wire" скетч: Файл Образцы Wire digital_potentiometer . Загрузим его в память Arduino.

#include // подключаем библиотеку "Wire" byte val = 0; // значение для передачи потенциометру void setup() { Wire.begin(); // подключаемся к шине I2C как мастер } void loop() { Wire.beginTransmission(44); // начинаем обмен с устройством с I2C адресом "44" (0x2C) Wire.write(byte(0x00)); // посылаем инструкцию записи в регистр RDAC Wire.write(val); // задаём положение 64-позиционного потенциометра Wire.endTransmission(); // завершаем I2C передачу val++; // инкрементируем val на 1 if (val == 63) { // по достижении максимума потенциометра val = 0; // сбрасываем val } delay(500); }

После включения вы видите, как яркость светодиода циклически нарастает, а потом гаснет. При этом мы управляем потенциометром с помощью Arduino по шине I2C.