faya-nugget 電子積塊資源天地: 模組介紹 : faya 串列LCD模組

學習目標 : 認識faya 串列七段顯示模組的功能及使用方式
學習時間 : 40min
示範模組 : (1) faya brickNano
(2) faya串列LCD模組
(3) 16x2 LCD模組 (20x2 或 20x4 LCD亦可)
工具 : (1) 樂高積木底板 (相容)

====================功能介紹====================
faya串列LCD模組透過I2C介面，利用Arduino內建的函式，很輕易的就能在螢幕上秀出想要顯式的文字訊息。本段僅解釋範例中用到的指令，更多的函示庫指令用法可參考官方說明。

介紹指令前，先看一下faya串列LCD模組的外觀，它左邊的I2C串列埠SDA、SCL，用來連接Arduion的I2C腳位，進行I2C串列資料的傳輸，使用此模組前，需將Arduino的I2C腳位連到此這兩個埠 (UNO和NANO都是 A4 ==> SDA、A5 ==> SCL)。模組上有一可變電阻，用來調整文字的對比度。

因為使用者想要用的LCD顯示器可能規格不同，因此這個模組本身沒有附LCD顯示器，目前測試過16x2、20x2、20x4皆可使用，需特別注意的是選擇LCD模組時，16根排針需要焊在上方(不要買到左方的那種)，如此才能和faya串列LCD模組結合!

接下來介紹使用指令

#include<Wire.h>;

使用I2C串列界面時，務必指示Wire.h函式

#include<LiquidCrystal_I2C.h>;

使用串列LCD函式庫之前，記得先指示此函式標頭檔，此函式庫非內建，因此使用使函式前，請先將整個[LiquidCrystal_I2C]資料夾複製到Arduino底下的Libraries資料夾，本函式庫可從官方網站下載，也可從這邊下載。

LiquidCrystal_I2C lcd(address,m,n);

此指令宣告了串列LCD的I2C位址與顯示規格

     類別名稱 : 可自行命名
     address : lcd位址，faya串列LCD模組的位址訂在0x20
m : lcd行數
n : lcd列數

     (例) 當我們把faya串列LCD模組上接16x2的LCD模組時，須呼叫以下程式

LiquidCrystal_I2C lcd(0x20,16,2);

lcd.init();

此指令初始化LCD模組的設定，宣告後等同啟動了LCD顯示器

lcd.backlight();

此指令啟動LCD模組的背光功能

lcd.setCursor(m,n);

此指令設定游標的起始位置

m : 第m+1行
n : 第n+1列

(例) 當我們要把16x2LCD顯示器上的游標移到第5行第2列時，須下達以下指令

lcd.setCursor(4,1);

lcd.print("text");

此指令從游標位置開始列印文字字串

(例) 當我們要印文字I love fayalab!，須下達以下指令

lcd.print("i love fayalab！");

大家可以看到指令的方式非常簡潔，如果查看[LiquidCrystal_I2C.h]檔案（下圖），會發現有很多實用的指令可以呼叫，更多的指令請參考官方網站。

====================原理知識====================
以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

LCD顯示器的原始控制方式，需透過14條訊號線(含電源)，透過並列的方式控制LCD螢幕的顯示內容，這個方式不但佔用了控制器的資源，也拉了很多訊號線，全部連到Arduino時，會類似如下圖所示：

有鑑於此，我們可借助一顆IC來處理顯示的工作，除了降低控制器的負擔，還能將控制方式由並列轉成串列，減少拉線數量。

晶片 PCF8574 剛好能夠符合以上的需求，它將I2C串列訊號轉換成8位元的並列訊號，搭配Arduino的LCD函示庫後，控制器只要送出串列訊號，其它的工作就交給此晶片了。

在介紹模組的電路前，先看一下文字型LCD顯示器的腳位，它的腳位順序是固定的，無論16x2 / 20x2 / 20x4 的顯示器腳位順序皆相同，因此以上規格的文字型LCD顯示器，皆可連接到faya 串列LCD模組上。

LCD顯示器和晶片PCF8574的連接方式如下，接法是固定的，其中的可變電阻VR1用來調整文字的對比度。另外由於I2C的位址由埠A2/A1/A0決定，此電路將此3埠全接地，因此裝置的I2C位址為0x20，有興趣的人可以參考datasheet的第8.4節。

===================範例實作(1)===================
了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:
(1) 在 16x2 LCD顯示器上第一列顯示 [HELLO]
(1) 在 16x2 LCD顯示器上第二列顯示 [WORLD]

接線:
(1) 電源線連接
如下圖所示，連接的說明請看這篇文章或簡易版

(2) 訊號線連接
Arduino_A4 ===> 串列LCD模組_SDA
Arduino_A5 ===> 串列LCD模組_SCL

範例程式:

	// 2017/7/24
	// Faya-Nugget 範例程式 (SerialLCD_1.ino)
	// 單元: 模組介紹:faya串列LCD模組
	// 網址: https://fayalab.blogspot.com/2017/07/serialLCD.html
	// 目標: (1) LCD模組第一行顯示 HELLO
	// (2) LCD模組第二行顯示 WORLD

	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// A4 ==> SDA (串列LCD模組)
	// A5 ==> SCL (串列LCD模組)

	//We always have to include the library
	#include <Wire.h>
	#include <LiquidCrystal_I2C.h>

	//定義LCD的位址與參數
	LiquidCrystal_I2C lcd(0x20,16,2); // LCD位址：0x20 ; LCD規格：16x2

	void setup()
	{
	lcd.init(); // 初始化LCD
	lcd.backlight(); // 啟動背光
	}

	void loop()
	{
	lcd.setCursor(2,0); //LCD游標位置第一列第三行
	lcd.print("HELLO");
	lcd.setCursor(8,1); //LCD游標位置第二列第九行
	lcd.print("WORLD");
	}

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備註:
- 請記得將[LiquidCrystal_I2C]函示庫複製到Arduino的Libraries資料夾
- L27: 先把游標移到第1列第3行的位置，讓文字從此處開始列印出
- L29: 先把游標移到第2列第8行的位置，讓文字從此處開始列印出
- 文字顯示不明顯時，可調整可變電阻改變文字顯示的對比程度

範例結果: