Arduino練習：以LiquidCrystal程式庫控制LCD（相容於Hitachi HD44780）

之前用四個七段顯示器製作時鐘、用蜂鳴器演奏周杰倫的青花瓷，這一篇是關於LCD（Liquid Crystal Display）。

我的板子是Arduino Uno Rev 3，軟體開發環境為1.0版、Windows版。

電路圖（Fritzing格式）與程式原始碼，可在此下載。

LCD有文字型與圖像型，有大有小。


我買的是相容於Hitachi HD44780的文字型LCD，2x16（2列、一列16個字），無背光，14隻腳。有背光的會多2隻腳，一隻接電源，一隻接地。

可以顯示英文字母、希臘字母、標點符號以及數學符號，還能往左和往右捲動、顯示游標等等。

這是我買的LCD，型號是LMC-STC2A16DRG。接腳有兩排、一排7個針腳。（有些型號為一排14個針腳。）


HD44780相容型LCD的腳位說明：

腳位	說明
1（Vss）	接地（0V）
2（Vdd）	電源（+5V）
3（Vo）	對比（0~+5V），接可變電阻調整對比
4（RS）	Register Select：   若為1，把D0~D7放進資料暫存器   若為0，把D0~D7放進指令暫存器
5（R/W）	Read/Write mode：   若為1，從LCD讀取資料   若為0，寫入資料到LCD
6（E）	Enable：1代表可寫入LCD
7（D0）	Bit 0(LSB)
8（D1）	Bit 1
9（D2）	Bit 2
10（D3）	Bit 3
11（D4）	Bit 4
12（D5）	Bit 5
13（D6）	Bit 6
14（D7）	Bit (MSB)
15（A+）	背光，電源
16（K-）	背光，接地

LCD的控制，頗為低階、複雜，還好已經有人寫好程式庫了，本篇會以LiquidCrystal這套程式庫控制LCD。

電路圖：

從Arduino板把5V與GND接到麵包板。

LCD腳位1（Vss）接地。
LCD腳位2（Vdd）接5V。

10k ohm可變電阻，左腳接5V，右腳接地，中腳接LCD腳位3（Vo）。控制對比。

LCD腳位4（RS）接Arduino板的12。

LCD腳位5（R/W）接地。本範例只寫入不讀取。

LCD腳位6（E）接Arduino板的11。

LCD腳位11（D4 ）接Arduino板的2。
LCD腳位12（D5 ）接Arduino板的3。
LCD腳位13（D6 ）接Arduino板的4。
LCD腳位14（D7 ）接Arduino板的5。

LCD若只顯示文字，則大部分的功能只須使用4-bit模式即可，LCD腳位7、8、9、10就不用接了。


接的很亂。你可以買那種針腳為一排的LCD，加上排針，比較好接。


不知為何，我買的LCD，它腳位1跟2，跟上面列表相反。


接下來是程式碼，先寫個Hello, World!吧。

// 匯入LiquidCrystal程式庫得標頭檔
#include <LiquidCrystal.h>

// 初始化LCD，建立物件lcd，指定腳位。
// 順序是RS、Enable、D4、D5、D6、D7
// 要配合前面的接線順序
LiquidCrystal lcd(12, 11, 2, 3, 4, 5);

void setup(){
  // 指定LCD的尺寸，我用的是一列16個字，2列。
  lcd.begin(16, 2);

  // 印出Hello , World!
  lcd.print("Hello, World!");
}

void loop(){
  // 欄跟列從0開始數
  // 所以第0列是上面那一列，第1列是下面那一列。
  // 第0欄是最左邊，第15欄是最右邊。
  lcd.setCursor(0, 1); // 將游標移動第0欄、第1列。

  // 顯示板子重置後經過的秒數
  lcd.print(millis() / 1000);
}

成功後，就可以在LCD上面那一列看到Hello, World!，下面那一列看到秒數。

如果看不到畫面，調整看看可變電阻。

底下這支程式，會從序列埠接收資料，顯示在LCD上。顯示游標，指出下一個字元的位置。

#include
#define ROW_NUM 2 // 2列
#define COL_NUM 16 // 16欄（一列可顯示16個字）
int index = 0; // 游標的位置，也是下一字元的位置，範圍是0~31。
#define INDEX_MAX (COL_NUM * ROW_NUM) // 最多可輸入32個字
#define ROW(x) (x / COL_NUM) // 傳入index，可算出游標的列，0或1。
#define COL(x) (x % COL_NUM) // 傳入index，可算出游標的欄，0~15。

LiquidCrystal lcd(12, 11, 2, 3, 4, 5);

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  lcd.begin(COL_NUM, ROW_NUM);
  lcd.setCursor(0, 0); // 設定游標位置
  lcd.cursor(); // 顯示游標
  lcd.blink(); // 讓游標閃爍
}

void loop(){
  int b;
  while( (b = Serial.read()) != -1){ // 從序列埠讀取資料
    // 若是可視字元，ASCII碼從0x20到0x7E
    if(0x20 <= b && b <= 0x7E){
      if(index == INDEX_MAX - 1){
        // 如果游標已經停在最後一個位置
        // 跳回最開頭，並且清除LCD上的顯示資料
        index = 0;
        lcd.clear();
      }

      lcd.write(b); // 輸出從序列埠收到的資料
      index++; // 指向下一個位置
      lcd.setCursor(COL(index), ROW(index));
    }
  }
}

這支程式，最後一個位置（row 1, col 15）並不會用來顯示資料，所以最大可顯示的字元個數是32 - 1 = 31個。

LiquidCrystal程式庫還有很多其他函式，可參考官方文件。

譬如以cursor()、noCursor()顯示∕不顯示游標，blink()、noBlink()閃爍∕不閃爍游標，display()、noDisplay()顯示∕不顯示整個畫面，但資料沒有消失還是存在的，除了這些以外，還能scrollDisplayLeft()、scrollDisplayRight()將整個畫面向左、向右捲動，甚至開啟自動捲動autoscroll()，設定捲動方向leftToRight()∕rightToLeft()，等等，可以玩玩看。


參考資料：

• Arduino官方文件，LiquidCrystal程式庫，以及各個範例。
• Cooper Maa的Arduino教學文章，Lab9 在 2x16 LCD 上顯示 "Hello World" 訊息、Lab14 使用 74HC595 控制 HD44780 相容 LCD。
• Arduino控制2x16 LCD (使用LCD4Bit Library)。
• SpikenzieLabs的LCD - 101。
• ladyada的Character LCDs。