簡介

倘若你的 Arduino 項目不僅能發(fā)出閃爍的燈光或驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，還能向你清晰地說明它正在做什么的話，那會是怎樣的情景呢?

在本節(jié)課中，您將學(xué)習(xí)如何使用 16x2 液晶顯示屏來顯示信息，了解幕后所發(fā)生的情況，并使您的項目顯得更加精致和專業(yè)。

這是“Arduino 初學(xué)者教程”系列的第 14 課，也是這類課程中那種能讓學(xué)習(xí)過程感覺更加“真實”的一課。

讓我們開始吧。

物資;供應(yīng)品

對于這個項目，您將需要：

?Arduino UNO

?I/O 擴展護罩

?液晶顯示屏

?四針電線

了解液晶顯示屏模塊

這是隨“MindPlus Arduino 編程套裝”一同配備的液晶顯示屏模塊，正是我們在本系列的 24 期內(nèi)容中一直使用的那套套裝。

乍一看，它似乎太過簡單了：正面有一個屏幕，背面有一些電子元件，還有一個僅四個針腳的連接器，這已經(jīng)暗示著接線過程會相當(dāng)簡便。

如果你仔細(xì)觀察顯示屏的底部前端，就會看到上面印著“LCD 1602”字樣。這個名稱確切地告訴我們這是何種類型的屏幕。

“16”指的是每行能夠顯示的字符數(shù)量，而“2”指的是行數(shù)。換句話說，這種顯示屏最多能在第一行顯示 16 個字符，在第二行也能顯示 16 個字符。

盡管我們稱之為“字符顯示”，但每個字符并非是一個單獨的完整塊狀物。如果你給屏幕通電并仔細(xì)觀察，就會發(fā)現(xiàn)每個字母或數(shù)字都是由一個由小點組成的網(wǎng)格構(gòu)成的。

具體來說，每個字符都是由一個 5×8 像素的矩陣構(gòu)成的。通過控制不同的像素開啟或關(guān)閉，液晶顯示屏就能繪制出字母、數(shù)字和符號。

一旦你明白了這個細(xì)節(jié)，這款顯示器的各種局限性和可能性也就變得清晰明了了。

您還會發(fā)現(xiàn)其他格式的液晶顯示屏。有些尺寸較小，比如 16x1 顯示屏，而有些則較大，比如 16x4。它們還具有不同的顏色，例如綠色或藍(lán)色。盡管存在這些差異，但其基本理念是相同的。

I2C 通信及其重要性

如果我們將模塊翻轉(zhuǎn)過來，并將注意力集中在連接器上，就會立刻注意到兩個明顯的標(biāo)簽：SDA 和 SCL。這些標(biāo)簽告訴我們，這款液晶顯示屏采用的是 I2C 通信方式。

在 I2C 接口配置中，SDA 引腳負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，而且有趣的是，它能夠雙向傳輸數(shù)據(jù)。

SCL 引腳傳輸時鐘信號，該信號由主設(shè)備生成。在我們的例子中，Arduino 起到主設(shè)備的作用，控制著通信過程。

I2C 的最大優(yōu)勢之一在于它能讓多個設(shè)備共用同一對導(dǎo)線。只要每個設(shè)備都有其獨特的地址，您就可以將多個傳感器、顯示器和模塊連接到相同的 SDA 和 SCL 線路上。

這的確實非常強大，尤其對于初學(xué)者項目而言更是如此，因為它能確保布線保持整潔、簡單，并且便于排查故障。

如果你之前使用過 Arduino，那么你可能見過另一種不使用 I2C 協(xié)議的液晶顯示屏。這類顯示屏通常有較多的引腳，連接它們需要更多的線路連接和配置工作。因此，很多人最終會購買一個 I2C 適配器，并將其焊接到標(biāo)準(zhǔn)液晶顯示屏的背面。

該適配器通常會包含一個名為 PCF8574 的芯片。這個芯片充當(dāng) I2C 輸入/輸出擴展器的功能。簡單來說，它就是為顯示屏添加 I2C 通信功能的部件。值得一提的是，這個芯片不僅適用于液晶顯示屏，還可以用于控制 LED、傳感器以及其他模塊。

現(xiàn)在理論部分就講到這里吧。咱們還是動手去做點實際的東西吧。

在我們開始項目之前，我想感謝 DFRobot 公司為我們提供了這次課程的贊助。

DFRobot 是全球領(lǐng)先的為創(chuàng)客、教育工作者和工程師提供硬件產(chǎn)品的企業(yè)之一。

在他們的在線商店里，您可以找到開展下一個項目所需的各種物品，從電機、傳感器、微控制器到單板計算機、人工智能設(shè)備等等應(yīng)有盡有。

如果你打算打造一些酷炫的東西，我強烈建議你去看看他們的產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品質(zhì)量上乘，價格也非常合理。

在本系列教程中，我使用的是“MindPlus Arduino 編程套件”，因為它包含了你開展 Arduino 項目所需的一切工具。

再次感謝 DFRobot 對此系列的支持，感謝你們讓 STEM 教育能夠惠及更多人。

啟動項目

那我們繼續(xù)吧，開始組裝我們的第一個液晶顯示器項目。

首先將 I/O 擴展板安裝到你的 Arduino UNO 上。這個擴展板使得連接模塊變得更加容易，并且還能使所有部件保持整齊有序。

接下來，使用四針電纜將液晶模塊連接到屏蔽板上。SCL 引腳連接到 A5，SDA 引腳連接到 A4。該顯示屏的工作電壓范圍為 3.3 至 5 伏，因此可以安全地與大多數(shù) Arduino 板配合使用。

一旦硬件準(zhǔn)備就緒，就前往本系列的 GitHub 倉庫。在描述中會找到相關(guān)鏈接。打開第 14 課的文件夾，復(fù)制名為“test-lcd”的文件，并將其粘貼到你的 Arduino IDE 中。

在上傳代碼之前，請確保已安裝了 DFRobot_RGBLCD1602 庫。完成此操作后，點擊“上傳”。

如果所有連接都正確無誤，您應(yīng)該會在屏幕上看到“第 14 課 - 液晶模塊”這一信息。這就是我們?nèi)〉玫牡谝粋€成功。

理解代碼

現(xiàn)在讓我們放慢速度，仔細(xì)看看這段代碼實際在做什么。

首先，我們要引入正確的庫，并創(chuàng)建一個能夠控制液晶顯示屏的對象。你可以將這個對象視為我們與屏幕進行直接通信的途徑。

在 setup() 函數(shù)內(nèi)部，我們初始化顯示屏、清除之前的所有數(shù)據(jù)，并打印出我們的信息。需要記住的一個重要細(xì)節(jié)是，每行只能顯示 16 個字符。如果您的信息長度超過這個限制，您就需要將其分兩行顯示，下面就是這樣的實現(xiàn)方式。

如果這部分內(nèi)容您仍覺得難以理解，別擔(dān)心。我有一整套關(guān)于 Arduino 編程基礎(chǔ)的課程，如果您想更深入地理解的話，那讀一讀也是很有幫助的。

但接下來便出現(xiàn)了有趣的問題：倘若你的信息內(nèi)容實在太過冗長，以至于無法僅用兩行文字來表達(dá)清楚，那該怎么辦呢?

創(chuàng)建滾動文字效果

我們不必試圖一次性展示所有內(nèi)容，而是可以采用一種滑動或滾動的效果，使得在任何特定時刻只有一部分信息是可見的。這種技術(shù)在許多實際設(shè)備中都有應(yīng)用，從打印機到工業(yè)控制面板等等。

要實際體驗一下效果，請返回 GitHub 倉庫，復(fù)制名為“滑動文本”的示例代碼，將其上傳至你的 Arduino 設(shè)備，然后觀察液晶顯示屏。您會看到一條長長的文本信息在屏幕上流暢地滾動。

那么，這是如何運作的呢?

這段示例的開頭部分以及 setup() 函數(shù)與之前的示例幾乎完全相同，因此真正的重點在于 loop() 函數(shù)。這就是邏輯所在的地方。

核心思想是將信息不看作一條直線，而視為一個圓圈。想象一下文字寫在一個環(huán)上。當(dāng)你讀到結(jié)尾時，會立即回到開頭重新開始。這種方法使我們能夠?qū)崿F(xiàn)無限滾動的效果，而無需擔(dān)心信息的起始位置或結(jié)束位置。

由于液晶顯示屏每次只能顯示 16 個字符，所以該代碼會構(gòu)建一個名為“visibleText”的臨時字符串。這個字符串準(zhǔn)確地表示了在特定時刻屏幕上應(yīng)顯示的內(nèi)容。

一個 for 循環(huán)會運行 16 次，每次對應(yīng)顯示窗口中的一列內(nèi)容。在每次迭代中，它都會從消息中選取下一個字符。

模運算用于在字符串末尾到達(dá)時進行循環(huán)處理，這就是為什么模運算符在這里如此重要。它確保代碼不會超出邊界，并使文本能夠流暢地滾動。

構(gòu)建完 16 位字符串后，該代碼會將其輸出到液晶顯示屏上，然后將位置向前移動一個字符，并等待一段短暫的延遲。調(diào)整這個延遲時間會改變滾動的速度。

其結(jié)果是呈現(xiàn)出一條清晰、流暢且連貫的滾動信息。

本文編譯自hackster.io