用树莓派驱动一个16×2的LCD

本文由 极客范 - tien 翻译自 Mikey Sklar。欢迎加入极客翻译小组,同我们一道翻译与分享。转载请参见文章末尾处的要求。

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不管什么项目,如果加上一个液晶显示屏的话肯定都会看起来更棒。这篇文章将详解如何用树莓派的六个通用端口(GPIO)来连接一个廉价的HDD44780的小型LCD。当然也有用I2C或是UART来连接LCD的, 但是使用GPIO是最直接的方法。

这种方法的几个优势:

  • 使得廉价的LCD得以应用
  • 不需要I2C的驱动器
  • 不会占用树莓派仅有的USB口

以下是用Python代码控制显示的时间日期以及IP地址。如果你的树莓派运行在Headless模式下(Headless模式是系统的一种配置模式。在该模式下系统缺少了显示设备、键盘或鼠标),能有个小的显示屏显示IP地址可是很有吸引力的。

以下是完成本次教程的必要硬件

  • 一个标准的16×2的LCD
  • Adafruit Pi Cobbler (树莓派GPIO的扩展设备,这里是以Cobbler为例,当然也可以用树莓派的breakout)
  • 面包板
  • 连接线
  • 一个树莓派

本教程只适用于16×1, 16×2, 20×2, 20×4 的LCD

连接Cobbler到LCD上

LCD

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任何一个拥有16个引脚的LCD基本上都是用HD44780控制器来控制的。 这种类型的LCD的引脚都拥有相同的输入输出功能,所以比较容易使用。LCD采用的是并行接口,这就意味着树莓派需要提供多个引脚来控制它。本篇教程中我们会用到树莓派的4个数据引脚(4位模式)和两个控制引脚。

数据引脚可以直接传输数据到LCD上, 这里我们只让LCD处于写模式,不读取任何数据。

寄存器的选择引脚有两种用途。当设置为低位时,它可以发送指令到LCD(比如显示的位置或是清空屏幕),可理解为命令寄存器。 当设置为高位的时候,它使得LCD转为数据模式并且将数据传输到屏幕上。

读/写引脚在这里会被设置成低位(写模式),因为我们只是想让LCD作为一个输出设备。

LCD 各个引脚的定义:

  1. Ground
  2. VCC - 5v not 3.3v
  3. Contrast adjustment (VO) from potentiometer
  4. Register Select (RS). RS=0: Command, RS=1: Data
  5. Read/Write (R/W). R/W=0: Write, R/W=1: Read (we won’t use this pin)
  6. Clock (Enable). Falling edge triggered
  7. Bit 0 (Not used in 4-bit operation)
  8. Bit 1 (Not used in 4-bit operation)
  9. Bit 2 (Not used in 4-bit operation)
  10. Bit 3 (Not used in 4-bit operation)
  11. Bit 4
  12. Bit 5
  13. Bit 6
  14. Bit 7
  15. Backlight LED Anode (+)
  16. Backlight LED Cathode (-)

在连接这些引脚之前,先确认你的LCD的背光是否可以正常工作,背光应为LED的背光因为这只需要10-40mA的功率,但是若为EL的背光就需要200mA以上的功率了。EL背光的LCD往往会便宜些但是用起来比较难操作,确保你的LCD不是EL背光,否则会将整个树莓派的功率拖下来。还有一些LCD的LED背光没有自带的稳压电阻,所以在连接前要去确定好你的LCD是否需要加载额外的电阻来保证背光LED正常工作。

线路图

pi-char-lcd首先将Cobber的电源引脚连接到面包板的供电轨上。+5V的用红线连接到红线轨上(译者认为这里连接3.3V的就够了), GND用黑线连接到蓝线轨上, 为了能使数据传到LCD上,我们将进行以下的连接。

  • LCD的Pin 1脚接地(黑线)
  • LCD的Pin 2脚接 +5V(红线)
  • LCD的Pin 3脚接到分压器的中间位置(橙线)
  • LCD的Pin 4脚接到Cobber的 #25位 (黄线)
  • LCD的Pin 5脚接地(黑线)
  • LCD的Pin 6脚接到Cobber的#24位
  • LCD的Pin 7,8,9,10什么都不接
  • LCD的Pin 11脚接 Cobber的 #23位(蓝线)
  • LCD的Pin 12脚接 Cobber的 #17位 (紫线)
  • LCD的Pin 13脚接 Cobber的 #21位 (灰线)(译者推荐这里连接#18位)
  • LCD的Pin 14脚接 Cobber的 #22位 (白线)
  • LCD的Pin 15脚接 +5V(红线)
  • LCD的Pin 16脚接地 (黑线)

分压器左边的引脚接地(黑线),右边的引脚接+5V(红线)。

原理图

Untitled

5V LCD vs 3.3V Pi

树莓派配置的通用接口(GPIO)为3.3V,但是我们的LCD是需要5V配电的设备。如果我们仅仅是用LCD做树莓派的输出设备的话,连接5V的引脚当然没有问题。所以我们这里不使用Cobbler上3.3V的Pin口,并且我们将LCD上的RW(读写)脚接地,这样就避免了LCD向树莓派发送+5V的信号。

准备LCD

在你开始前,确认你有一组 0.1“规格的引脚和一个阻值为10K的分压器。

parts

大部分LCD显示屏是需要16个引脚的,如果头部太长,可以适当剪短到合适的长度即可。

headersize

接着你需要将引脚和LCD焊接到一起。你必须这么做,不能只是扣上去就完事了。

lcdbb

首先将Cobbler上的+5V引脚跟GND引脚连接到面包板上。接着如图连接LCD的Pin1脚、Pin2脚、Pin15脚和Pin16脚连接到面包板的供电轨上。这个时候LCD的背光应该就亮了,如果没有亮请检查你的线路是否连接正常。

lcdpower

charbacklite

接着,将分压器中间的引脚按图中所示连接到LCD的Pin脚3上,其他两个引脚分别连接5V电源和地线。

扭动分压器直到LCD的第一行显示出方块来。如果看不到,检查一下线路是否连接正确。

charboxes

按照电路图所示完成LCD最后RS(Pin 4脚),RW(Pin 5脚), EN(Pin 6脚), D4(Pin 11脚), D5(Pin 12脚), D6(Pin 13脚)和D7(Pin 14脚)的连接。

lcdwire

到这里,就可以用Python脚本来驱动LCD显示些东西了。

必要的Python包

本教程是基于Debian的Wheezy系统写成的。必须要安装以下组件才能使用树莓派的GPIO口。

安装python(2.x)的最新开发套件:

cosm-python-dev

安装如下组件:

安装 RPi.GPIO 0.3.1a

Python脚本

代码

可以在Github获得控制LCD的Python脚本。其中包括两个文件:

  1. Adafruit_CharLCD.py —该文件中包含用来控制LCD的Python类
  2. Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py — 样例程序,用来显示IP地址、日期时间。

第一个文件Adafruit_CharLCD.py将两个LCD的控制代码混合在了一起。感谢Github上的用户lrvick,他用一个Python类将它们漂亮的封装在一起。

将代码加载到树莓派上的最简单的方法就是将树莓派连上网络,然后直接通过git的clone命令来下载。只要在合适的目录下(比如说/home/pi/)键入以下命令即可:

测试

现在你就可以测试之前连接好的线路了,只要简单运行Python代码Adafruit_CharLCD.py即可。因为这里的代码很少,它只会简单的显示出一段测试消息。

无论你使用的是什么型号的树莓派,译者在这里建议大家将引脚21替换换为引脚18, 所以这里要对 Adafruit_CharLCD.py做一个小小的改动,将

修改为:

可以使用nano编辑器来修改代码。

下图为译者按照参考进行的试验,整体进行很顺利,提醒一下译者连接的时候就是用的树莓派的Pin #18口 而不是原文作者使用的#21或者#27。(顺便让译者的小黄人stuart也上一下镜,希望大家喜欢 :D

IP和时钟的显示

这个脚本的功能是显示你的IP地址,若想显示无线接口的IP地址,请将代码中的eth0替换为wlan0或者wlan1即可。

运行代码

运行代码很简单,直接输入下列命令即可。注意脚本的权限问题,可用chmod +x命令修改为可执行。

显示结果如下

timeip

初始化脚本

能成功显示出时间和IP地址固然很好,但是这需要我们手动去启动 Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py若是能在每次树莓派启动时,都能运行这个Python程序的话就会方便很多。下面我们将设置 Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py为开机自启动,而在关机时会自动关闭。

将下段代码粘贴到 /etc/init.d/lcd,注意,需要root权限才能在这个目录下执行写操作。

你需要相应的将路径修改为你实际保存该脚本的路径才行。

修改初始化脚本的执行权限:

用update-rc.d命令使系统感知lcd初始化脚本:

update-rc.d

现在每次启动树莓派的时候lcd也会自动启动并显示出系统的时间和IP地址到屏幕上。这样你就可以在不用屏幕显示器的情况下知道树莓派的IP地址以及何时可以连接上它。

时区

最后但也是最重要的是:我的树莓派是按世界统一时间(UTC)配置的,但是我想让它显示出我所在的本地时间。以下命令可将树莓派设定为任意时区的本地时间,这个命令是一次性的,一旦完成设定,重启之后也不会失效。

set-time-1

指令输入之后会转到一个选择时间域的程序,下移光标选择你所在的时区就可以了。

set-time-2



原文链接: Mikey Sklar 翻译: 极客范 - tien

译文链接: http://www.geekfan.net/5588/

[ 转载请保留原文出处、译者和译文链接。]

python 和 raspberry pi 爱好者。新浪微博:@Tien-Tyrant

1 条评论

  1. whypro  /  2015 年 4 月 29 日, 下午 4:05 回复

    请教一下译者:
    1. 为什么要推荐将引脚 21 改为 18 呢?
    2. LCD 推荐接 3.3V 有什么优势吗?5V 为什么不好呢?

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