Сегодня попробуем остановиться на выводе на текстовый дисплей. Наиболее популярным является чип HD44780 (или совместимый с ним KS0066). Перечислим их плюсы и минусы:

Плюсы:

1. Невысокая цена.
2. Простота программирования, код будет одинаков для любой модели.
3. Многообразие моделей - наиболее распространённые: 8x1, 16x2, 20x4. Также можно встретить довольно экзотические модели 40x4, т.е. четыре строки по 40 символов в каждой.
4. Возможность подключить несколько дисплеев к одной Arduino.
5. Возможность задавать собственные символы.

Минусы:

1. Далеко не все дисплеи поддерживают русские символы. Подробнее надо смотреть в описании к конкретному дисплею.
2. Подключение без использования I2C-шины требует использования 10-16 проводов, что очень плохо. с I2C - 4 провода.

Исходя из вышеизложенного буду рассматривать только подключение дисплея через I2C.

Давайте попробуем.

Что нам понадобится.

1. Arduino (Я взял модель Nano)
2. Дисплей на чипе HD44780 с модулем I2C или без него (тогда понадобится отдельно плата LC1602 IIC) - в нашем случае 16x2 без I2C модуля
3. Резистор на 10Ком (Если нужно ручное управление подсветкой).
4. Потенциометр (Если нужно ручное управление подсветкой).
5. Макетная плата Breadboard.
6. Библиотека LiquidCrystal_I2C. http://www.ansealk.ru/files/LiquidCrystal_V1.2.1.zip

Небольшое отступление №1: Как отличить дисплей с I2C-модулем?

На самом деле все довольно просто. Если, перевернув дисплей мы видим длинную колодку разъемов (как правило 16 штук) то модуля I2C на дисплее нет:

А вот так выглядит дисплей с уже установленным I2C-модулем:

Контакты SCL, SDA, VCC, GND используются для подключения Arduino. Два контакта слева - на картинке они замкнуты перемычкой - нужны для работы подсветки.

Если модуль не подключен - придется сделать это самостоятельно. Главное, на что стоит обратить внимание - соединить контакты в правильном порядке. Как правило первый и 16 пины помечены. Иногда бывает, что 15-16 контакты, через которые осуществляется управление подсветкой, могут располагаться перед первым (в этом случае они будут пронумерованы). На самом же модуле первый пин также может быть обозначен не цифрой, а квадратом вокруг самого пина.

Схемы:

Соберем следующую схему:

Обращу внимание на следующие моменты:

1. Если вам попался дисплей с уже припаянным I2C-модулем, то провода, помеченные серым, не понадобятся. В остальном - ничего не меняется.
2. Если мы не хотим менять яркость дисплея - то схема упростится:

как заметили, два пина на I2C-модуле с маркировкой LED отвечают за подсветку дисплея. Если не хотим использовать управление яркостью - их просто можно замкнуть.

Теперь давайте разберем код.

Тут почти все нам должно быть знакомо. В строке 5 указываем адрес устройства. В строках 16 и 17 - количество символов в строке и количество строк. В строках 20-22 - Создаем объект для работы с дисплеем и описываем параметр работы с ним.

Небольшое отступление №2: Как узнать адрес I2C-устройства?

В большинстве своем адрес можно посмотреть в даташите к микросхеме, на которой построено I2C-устройство. Если же такой возможности нет вот ссылка на архив со скетчем и схемами - http://www.ansealk.ru/files/Arduino_lcd_i2c.zip который определяет адреса всех устройств, подключенных по I2C-шине. Достаточно только подключить устройство к Arduino, загрузить скетч, открыть консоль и увидеть адрес.

Тут мы видим функцию, которая, собственно, и будет заниматься выводом на дисплей. Принцип вывода примерно такой:

Задаём позицию начала вывода функцией setCursor()

Печатаем строку функцией print()

После этого следующая функцию print() начнет вывод со следующей позиции, после которой закончился предыдущий ввод. Также обращу внимание на то, что, в отличие от вывода в консоль, тут не используется функция println() для завершения вывода и перевода строки.

Таким образом у нас на экране в первой строке появится надпись "Test LCD1602", а во второй будет указано разрешение дисплея и счетчик, показывающий, сколько циклов отработал наш скетч.

Но, если нам надо будет выводить много значений переменных на экран, этот метод не совсем удобен. Дело в том, что процедура вывода на дисплей - очень энергоёмкая и медленная, а вывод мы делаем в этой функции аж 7 раз. Гораздо проще будет заранее сформировать строку заранее, а затем вывести её целиком. В этом нам поможет функция форматированного ввода sprintf().

Небольшое отступление №3: Функция форматированного ввода sprintf().

В Языке C существует несколько очень удобных функций для вывода строк - они называются функциями форматированного вывода - printf (от слов print и format). В нашем конкретном случае нас интересует функция sprintf, которая не выводит ничего на экран, а формирует строку для последующего вывода. Выглядит она примерно так:

sprintf (str , "Строка %d для вывода ", i );

Функция формирует строку (помечено синим) с использованием шаблона (желтым), в который подставляются значения переменных (зеленым). Полученный результат будет записан в строковую переменную (красным).

Шаблонов и переменных может быть несколько. В этом случае переменные записываются через запятую. Главное, следите за тем, чтобы количество шаблонов в строке соответствовало количеству переменных. Переменные для шаблонов берутся последовательно, т.е. в первый шаблон подставляется значение первой переменной, во второй - второй переменной и т.д.

Что же такое шаблоны? Любой шаблон начинается символом "%" и заканчивается одним из десяти (в случае Arduino - семи) символов типа. Между ними может быть указано довольно много информации о том, как выводить значение, а может быть не указано и ничего.

Давайте разберем что же может быть в шаблоне. В общем случае шаблон имеет такой вид:

%[флаг ][ширина ][.точность ]типа

Квадратные скобки показывают, что элемент заключенный в них может отсутствовать. Вертикальная черта говорит о том, что в этом поле должно быть выбрано одно из указанных значений (в нашем случае одна из букв H, I, или L).

Давайте сначала разберемся с обязательным элементом шаблона - типом. Он указывает, какой тип переменной будет выводится и может принимать одно из следующих значений:

Серым помечены те типы, которые не применимы при работе с Arduino. Таким образом, для вывода строки надо указать "%s", а для вывода целого числа - "%d".

Далее рассмотрим поле ширины. Число в нем указывает минимальную ширину поля, в котором будет выведен шаблон. Если размер значения в переменной меньше - поле будет добито пробелами, если больше - запись выйдет за пределы поля. Таким образом шаблон "%6d" для числа 385 выведет 385 (обратим внимание на три пробела перед числом).

Спецификатор точности всегда начинается с точки и следующее за ним число указывает различные действия в зависимости от типа значения. Для типов "d,o,u,x" он укажет минимальное количество символов, которое должно появится при обработке. Для типа "f" - число знаков после запятой. Для типа "s" - максимальное число символов стоки, который будут выведены. Например, "%6.1f" для числа 34.2345 выведет "34.1" (обращу внимание, что точка также считается знаком и перед числом будет присутствовать два пробела). Или шаблон "%.3s" от строки "точность" выведет только первые три символа - "точ".

Флаг позволяет изменить отображение выводимого значения:

Более подробно о шаблонах функции printf можно прочитать интернете. Здесь же я дал краткий обзор наиболее часто используемых возможностей.

Таким образом, наша функция вывода, переписанная с учетом использования форматированного вывода будет выглядеть следующим образом:

Заметим, что в строках 33 и 37 мы формируем целую строку для вывода, а в строках 34 и 38 - выводим их.

Наконец, наши любимые функции setup и loop.

В строке 47 мы задаем разрешение дисплея, в строке 48 - включим подсветку (яркость которой можно отрегулировать потенциометром). В строке 49 установим счетчик циклов в ноль. Увеличивать его будем на единицу в 37-й строке при выводе (помните конструкцию count++?). Наконец, в строке 56 вызываем рассмотренную раннее функцию вывода на дисплей. Все.

Что можно поменять или улучшить?

К примеру, можно сделать автоматическое управление подсветкой в зависимости от освещенности, использовав фоторезистор или датчик освещенности из рассмотренной несколькими статьями ранее метеостанции. Допустим, при сильном освещении - увеличить яркость подсветки, а в ночное время - уменьшить. Или прикрутить датчик движения и зажигать подсветку при появлении объект перед дисплеем, или... В общем, я думаю, вы уже поняли, что при желании, заменив один или несколько компонентов и написав кусок кода можно довольно серьезно улучшить удобство работы с дисплеем. Также мы можем использовать для вывода на дисплей собственноручно разработанные символы.

Все эти вопросы я тут не рассматриваю, так как они выходят за рамки обзора для начинающих.

А на сегодня у меня все.

Arduino. Подключаем LCD-дисплей

В уроке поговорим о знакосинтезирующих жидкокристаллических индикаторах, о подключении их к плате Ардуино и управлении индикаторами с помощью библиотек LiquidCrystal и LiquidCrystalRus.

Светодиодные семисегментные индикаторы хотя и являются самым дешевым вариантом индикации для электронных устройств, но их применение ограничено двумя существенными недостатками.

• Практически сложно подключить к микроконтроллеру более 8ми разрядов светодиодных индикаторов. Требуется большое число выводов, значительные токи индикаторов, сложные ключи, низкая частота регенерации и т.п.
• Невозможно отображать на семисегментных индикаторах символьную информацию.

Для вывода текстовой информации или чисел размером более 4 разряда гораздо практичнее использовать жидкокристаллические знакосинтезирующие индикаторы (дисплеи). К их достоинствам следует отнести:

• удобный для подключения к микроконтроллерам интерфейс;
• малая потребляемая мощность;
• низкое напряжение питания;
• долговечность.

На рынке существует большое число разнообразных жидкокристаллических (LCD) индикаторов разных производителей. Практически все они аналогичны по параметрам, сигналам интерфейсов, командам управления. В данный момент наиболее распространенными ЖК индикаторами на российском рынке являются устройства производства компании Winstar, Тайвань. Я буду ссылаться на индикаторы этой фирмы. Но информация вполне применима и для символьных LCD дисплеев других производителей.

Общие сведения.

Знакосинтезирующие или символьные индикаторы отображают информацию в виде знакомест определенной разрядности. Одно знакоместо отображает один символ. Количество знакомест определяет разрядность индикатора. Информация на индикаторах может выводиться на нескольких строках, поэтому для индикаторов такого типа всегда указывается число символов в строке и число строк.

Отображение информации происходит на жидкокристаллической матрице со светодиодной подсветкой. Подсветка бывает самых разных цветов, что значительно оживляет монохромную текстовую информацию.

Для управления жидкокристаллической матрицей и организации интерфейса индикатора используется встроенный контроллер HD44780 или его полные аналоги. Этот контроллер определяет сигналы интерфейса индикатора и команды управления.

HD44780 стал де-факто стандартом для символьных жидкокристаллических (LCD) дисплеев. Техническую документацию по контроллеру HD44780 в формате PDF можно посмотреть по этой ссылке - . Может кому-то больше понравится документация одного из аналогов этого контроллера – SPLC780D. Ссылка в формате PDF – .

Символьные LCD индикаторы фирмы Winstar.

Мне известны следующие варианты ЖК индикаторов этой фирмы.

Подключение LCD индикатора к микроконтроллеру.

Схемы подключения, временные диаграммы, параметры сигналов, команды управления, коды символов подробно расписаны в документации на контроллер HD44780. Я приведу только самые необходимые данные о подключении индикаторов к микроконтроллерам.

Как правило, LCD индикаторы имеют 16 выводов.

Номер вывода (первый столбец) приведен для наиболее распространенного варианта. Лучше проверьте, загрузив документацию на Ваш тип индикатора из таблицы предыдущего раздела.

Символьные ЖК дисплеи поддерживают два варианта подключения к микроконтроллеру:

• С использованием 8ми битной шины данных. Подключаются все сигналы шины DB0-DB7. За один цикл обмена передается байт информации.
• С применением 4х битной шины данных. Подключаются только 4 старшие разряда DB4-DB7. Информация передается по четыре бита за один такт шины.

Первый вариант обеспечивает передачу данных на дисплей с большей скоростью. Второй – требует для подключения индикатора на 4 вывода меньше. Несомненно, важнее сократить число выводов для подключения, чем увеличить скорость обмена. Тем более, что LCD индикаторы довольно медленные устройства со временем цикла регенерации 10-20 мс.

Подключение символьного ЖК (LCD) дисплея к плате Ардуино.

Я буду подключать индикатор WH2004A (4 строки по 20 символов) в четырех битном режиме обмена к плате Arduino UNO R3. Документацию на LCD дисплей WH2004 можете посмотреть по этой ссылке .

Схема выглядит так.

Резисторы R2 и R3 определяют контрастность индикатора. Можете подключить подстроечный резистор и установить необходимую четкость изображения. Я часто использую индикаторы WH2004, и в своих схемах выбираю такие номиналы резисторов.

Светодиоды подсветки индикатора я подключил к источнику питания 5 В через резистор R1 (30 Ом). Этим я задал ток порядка 25 мА. Тускло, но светится. В темноте видно хорошо. Хотя индикаторы WH2004 допускают ток подсветки до 580 мА.

Библиотека для управления LCD индикаторами в системе Ардуино LiquidCrystal.

Существует стандартная библиотека для управления ЖК индикаторами на базе контроллера HD44780. Подробно опишу ее методы.

LiquidCristal(…)

Конструктор класса. Может иметь разное число аргументов.

• LiquidCristal(rs, en, d4, d5, d6, d7) – четырех битный интерфейс, сигнал RW не используется (подключен к земле).
• LiquidCristal(rs,rw, en, d4, d5, d6, d7) – четырех битный интерфейс, сигнал RW используется.
• LiquidCristal(rs, en, d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7) – восьми битный интерфейс, сигнал RW не используется (подключен к земле).
• LiquidCristal(rs, rw, en, d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7) – восьми битный интерфейс, сигнал RW используется.

Аргументы:

• rs – номер вывода сигнала RS;
• rw – номер вывода сигнала RW;
• en – номер вывода сигнала E;
• d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 – номера выводов шины данных.

LiquidCrystal disp(6, 7, 2, 3, 4, 5);

void begin(cols, rows)

Инициализирует интерфейс индикатора. Задает размерность индикатора. Метод должен быть вызван первым, до использования других функций класса.

Аргументы:

• cols – количество символов в строке;
• rows – число строк.

disp.begin(20, 4); // используем дисплей – 4 строки по 20 символов

void clear()

Очистка экрана, установка курсора в верхний левый угол.

disp.clear(); // сброс дисплея

void home()

Установка курсора в верхний левый угол.

disp.home(); // в начало экрана

void setCursor(col, row)

Устанавливает курсор в заданную позицию.

• col – координата X, нумерация с 0;
• row – координата Y, нумерация с 0.

setCursor(0,1); // курсор в начало второй строки

byte write(data)

Выводит символ на экран. Возвращает количество переданных байтов.

Следующий скетч выводит на экран данные с последовательного порта. Данные можно передать монитором порта Arduino IDE.

// вывод данных последовательного порта на LCD индикатор
#include


char data;

void setup()
{
Serial.begin(9600); // инициализируем последовательны порт
disp.begin(20, 4); //
}

void loop()
{
if (Serial.available()) { // если есть данные
data= Serial.read(); // читаем символ
if((data != 0xd) && (data != 0xa)) { // перевод строки
disp.write(data); // выводим символ на экран
}
}
}

У меня индикатор большой – 4 строки по 20 символов. В нем установлены два контроллера HD44780. Поэтому последовательно передаваемые символы заполняют сначала первую строку, затем третью, дальше вторую и четвертую. Т.е. через строку. Надо учитывать это свойство для определенных типов индикаторов. В документации на каждый LCD индикатор указывается последовательность адресации символов.

byte print(data)

Выводит на экран текст. Возвращает количество переданных байтов.

Аргументы:

data – данные для вывода на экран. Могут иметь типы char, byte, int, long, string.

Может быть второй, необязательный аргумент.

byte print(data, BASE)

• BASE – задает систему исчисления:
• BIN – двоичная;
• DEC – десятичная;
• OCT – восьмеричная:
• HEX – шестнадцатеричная.

Пример программы, печатающей на дисплее текстовую строку.

// вывод текстовой строки на LCD индикатор
#include

LiquidCrystal disp(6, 7, 2, 3, 4, 5); // создаем объект

void setup()
{
disp.begin(20, 4); // инициализируем дисплей 4 строки по 20 символов
disp.print("Test string");
}

void loop()
{ }

void cursor()

Включает режим отображения курсора. Позиция, куда будет выведен следующий символ, подчеркивается.

disp.cursor(); // разрешаем отображение курсора

void noCursor()

Запрещает отображение курсора.

disp.noCursor(); // запрещаем отображение курсора

void blink()

Включает режим мигающего курсора. Используется совместно с функцией cursor(). Результат зависит от конкретной модели индикатора.

disp.blink(); // разрешаем мигающий курсор

void noBlink()

Отключает режим мигающего курсора.

disp.noBlink(); // запрещаем мигающий курсор

void display()

Включает экран после того, как он был выключен функцией noDisplay(). На экране отобразится информация, которая была до выключения.

disp.display(); // включаем дисплей

void noDisplay()

Выключает экран. Информация сохраняется в памяти и появляется при включении дисплея.

disp.noDisplay(); // выключаем дисплей

void scrollDisplayLeft()

Прокручивает содержимое дисплея на один символ влево.

disp. scrollDisplayLeft(); // сдвигаем все влево

void scrollDisplayRight()

Прокручивает содержимое дисплея на один символ вправо.

disp. scrollDisplayRight(); // сдвигаем все вправо

void autoscroll()

Включение режима автоматической прокрутки текста. При выводе каждого символа, весь текст на экране будет сдвигаться на один символ. В какую сторону сдвигается информация определяют функции leftToRight() и rightToLeft().

disp. autoscroll()(); // включаем автопрокрутку

void noAutoscroll()

Выключение автоматической прокрутки текста.

disp. noAutoscroll()(); // запрещаем автопрокрутку

void leftToRight()

Задает режим вывода теста слева-направо. Новые символы будут появляться справа от предыдущих.

leftToRight(); // режим слева-направо

void rightToLeft()

Задает режим вывода теста справа-налево. Новые символы будут появляться слева от предыдущих.

rightToLeft(); // режим справа-налево

void createChar(num, data)

Метод для создания пользовательского символа. Контроллер допускает создание до 8 символов (0…7) размером 5x8 пикселей. Изображение символа задается массивом размерностью 8 байт. 5 младших битов каждого байта определяют состояние пикселей строки.

Для вывода пользовательского символа можно использовать функцию write() с номером символа.

// создание пользовательского символа
#include

LiquidCrystal disp(6, 7, 2, 3, 4, 5); // создаем объект

byte smile = {
B00000000,
B00010001,
B00000000,
B00000000,
B00010001,
B00001110,
B00000000,
B00000000
};

void setup()
{
disp.createChar(0, smile); // создаем символ
disp.begin(20, 4); // инициализируем дисплей 4 строки по 20 символов
disp.print("Smile ");
disp.write(byte(0)); // выводим символ
}

void loop()
{ }

Вот пример программы, выводящей на экран русский алфавит.

// вывод русского алфавита
#include

LiquidCrystalRus disp(6, 7, 2, 3, 4, 5); // создаем объект

void setup()
{
disp.begin(20, 4); // инициализируем дисплей 4 строки по 20 символов
disp.print("абвгдеёжзийклмнопрст");
disp.print("АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТ");
disp.print("уфхцчшщьыьэюя ");

LCD дисплеи размерности 1602, на базе контроллера HD44780, являются одними из самых простых, доступных и востребованных дисплеев для разработки различных электронных устройств. Его можно встретить как и в устройствах собранных на коленке, так и в промышленных устройствах, таких, как например, автоматы для приготовления кофе. На базе данного дисплея собраны самые популярные модули и шилды в тематике Arduino такие как и .

В данной статье мы расскажем как его подключить к Arduino и вывести информацию.

Используемые компоненты (купить в Китае):

. Управляющая плата

. Соединительные провода

Данные дисплеи имеют два исполнения: желтая подсветка с черными буквами либо, что встречается чаще, синюю подсветку с белыми буквами.

Размерность дисплеев на контроллере HD44780 может быть различной, управляться они будут одинаково. Самые распространенные размерности 16x02 (т.е. по 16 символов в двух строках) либо 20x04. Разрешение же самих символов - 5x8 точек.

Большинство дисплеев не имеют поддержку кириллицы, имеют её лишь дисплеи с маркировкой CTK. Но данную проблему можно попытаться частично решить (продолжение в статье).

Выводы дисплея:

На дисплее имеется 16pin разъем для подключения. Выводы промаркированы на тыльной стороне платы.

1 (VSS) - Питание контроллера (-)
2 (VDD) - Питание контроллера (+)
3 (VO) - Вывод управления контрастом
4 (RS) - Выбор регистра
5 (R/W) - Чтение/запись (режим записи при соединении с землей)
6 (E) - Еnable (строб по спаду)
7-10 (DB0-DB3) - Младшие биты 8-битного интерфейса
11-14 (DB4-DB7) - Старшие биты интерфейса
15 (A) - Анод (+) питания подсветки
16 (K) - Катод (-) питания подсветки

Режим самотестирования:

Перед попытками подключения и вывода информации, было бы неплохо узнать рабочий дисплей или нет. Для этого необходимо подать напряжение на сам контроллер (VSS и VDD ), запитать подсветку (A и K ), а также настроить контрастность.

Для настройки контрастности следует использовать потенциометр на 10 кОм. Каким он будет по форме - не важно. На крайние ноги подается +5V и GND, центральная ножка соединяется с выводом VO

После подачи питания на схему необходимо добиться правильного контраста, если он будет настроен не верно, то на экране ничего не будет отображаться. Для настройки контраста следует поиграться с потенциометром.

При правильной сборке схемы и правильной настройке контраста, на экране должна заполниться прямоугольниками верхняя строка.

Вывод информации:

Для работы дисплея используется встроенная с среду Arduino IDE библиотека LiquidCrystal.h

Функционал библиотеки

//Работа с курсором lcd.setCursor (0, 0); // Устанавливаем курсор (номер ячейки, строка) lcd.home (); // Установка курсора в ноль (0, 0) lcd.cursor (); // Включить видимость курсора (подчеркивание) lcd.noCursor (); // Убрать видимость курсора (подчеркивание) lcd.blink (); // Включить мигание курсора (курсор 5х8) lcd.noBlink (); // Выключить мигание курсора (курсор 5х8) //Вывод информации lcd.print ("сайт" ); // Вывод информации lcd.clear (); // Очистка дисплея, (удаление всех данных) установка курсора в ноль lcd.rightToLeft (); // Запись производится справа на лево lcd.leftToRight (); // Запись производится слева на право lcd.scrollDisplayRight (); // Смещение всего изображенного на дисплее на один символ вправо lcd.scrollDisplayLeft (); // Смещение всего изображенного на дисплее на один символ влево //Информация полезная для шпионов:) lcd.noDisplay (); // Информация на дисплее становится невидимой, данные не стираются // если, в момент когда данная функция активна, ничего не выводить на дисплей, то lcd.display (); // При вызове функции display() на дисплее восстанавливается вся информация которая была

Сам же дисплей может работать в двух режимах:

8-битный режим - для этого используются и младшие и старшие биты (BB0- DB7)

4-битный режим - для этого используются и только младшие биты (BB4- DB7)

Использование 8-битного режима на данном дисплее не целесообразно. Для его работы требуется на 4 ноги больше, а выигрыша в скорости практически нет т.к. частота обновления данного дисплея упирается в предел < 10раз в секунду.

Для вывода текста необходимо подключить выводы RS, E, DB4, DB5, DB6, DB7 к выводам контроллера. Их можно подключать к либым пинам Arduino, главное в коде задать правильную последовательность.

Пример программного кода:

//Тестировалось на Arduino IDE 1.0.5 #include // Лобавляем необходимую библиотеку LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); // (RS, E, DB4, DB5, DB6, DB7) void setup (){ lcd.begin (16, 2); // Задаем размерность экрана lcd.setCursor (0, 0); // Устанавливаем курсор в начало 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?

Инструкция

Действие ультразвукового дальномера HC-SR04 основано на принципе эхолокации. Он излучает звуковые импульсы в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал. По времени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние до объекта.
Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц. В это же время запускается алгоритм определения времени задержки отражённого сигнала, а на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль. По длительности этого сигнала ("Задержка эхо" на рисунке) определяется расстояние до объекта.
Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 - до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения - 30 градусов, эффективный угол - 15 градусов. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе - 15 мА.

Питание ультразвукового дальномера осуществляется напряжением +5 В. Два других вывода подключаются к любым цифровым портам Arduino, мы подключим к 11 и 12.

Теперь напишем скетч, определяющий расстояние до препятствия и выводящий его в последовательный порт. Сначала задаём номера выводов TRIG и ECHO - это 12 и 11 пины. Затем объявляем триггер как выход, а эхо - как вход. Инициализируем последовательный порт на скорости 9600 бод. В каждом повторении цикла loop() считываем дистанцию и выводим в порт.
Функция getEchoTiming() генерирует импульс запуска. Она как раз создаёт ток 10 мксек импульс, который является триггером для начала излучения дальномером звукового пакета в пространство. Далее она запоминает время от начала передачи звуковой волны до прихода эха.
Функция getDistance() рассчитывает дистанцию до объекта. Из школьного курса физики мы помним, что расстояние равно скорость умножить на время: S = V*t. Скорость звука в воздухе 340 м/сек, время в микросекундах мы знаем, это "duratuion". Чтобы получить время в секундах, нужно разделить на 1.000.000. Так как звук проходит двойное расстояние - до объекта и обратно - нужно разделить расстояние пополам. Вот и получается, что расстояние до объекта S = 34000 см/сек * duration / 1.000.000 сек / 2 = 1,7 см/сек / 100, что мы и написали в скетче. Операцию умножения микроконтроллер выполняет быстрее, чем деления, поэтому "/ 100" я заменил на эквивалентное "* 0,01".

Также для работы с ультразвуковым дальномером написано множество библиотек. Например, вот эта: http://robocraft.ru/files/sensors/Ultrasonic/HC-SR04/ultrasonic-HC-SR04.zip. Установка библиотеки происходит стандартно: скачать, разархивировать в директорию libraries , которая находится в папке с Arduino IDE. После этого библиотекой можно пользоваться.
Установив библиотеку, напишем новый скетч. Результат его работы тот же - в мониторе последовательного порта выводится дистанция до объекта в сантиметрах. Если в скетче написать float dist_cm = ultrasonic.Ranging(INC); , то дистанция будет отображаться в дюймах.

Итак, мы с вами подключили к Arduino ультразвуковой дальномер HC-SR04 и получили с него данные двумя разными способами: с использованием специальной библиотеки и без.
Преимущество использования библиотеки в том, что количество кода значительно сокращается и улучшается читаемость программы, вам не приходится вникать в тонкости работы устройства и вы сразу же можете его использовать. Но в этом же кроется и недостаток: вы хуже понимаете, как работает устройство и какие в нём происходят процессы. В любом случае, каким способом пользоваться - решать только вам.

Жидкокристаллический дисплей (LCD) мод. 1602 (даташит) - отличный выбор для ваших проектов.

Первое, что радует - низкая цена. Второе - наличие готовых библиотек под Arduino. Третье - наличие нескольких модификаций, которые в том числе идут с различными подсветками (голубая, зеленая). В этой статье рассмотрим основы подключения данного дисплея к Arduino и приведем пример небольшого проекта для отображения уровня освещенности на дисплее с использованием фоторезистора.

Контакты и схема подключения LCD 1602 к Arduino

Контакты на этом дисплее пронумерованы от 1 до 16. Нанесены они на задней части платы. Как именно они подключаются к Arduino, показано в таблице ниже.

Табл. 1. Подключение контактов LCD 1620 к Arduino

Подключение 1602 к ArduinoЕсли дисплей 1602 питается от Arduino через 5-ти вольтовой USB-кабель и соответствующий пин, для контакта контраста дисплея (3-й коннектор – Contrast) можно использовать номинал 2 кОм. Для Back LED+ контакта можно использовать резистор на 100 Ом. Можно использовать и переменный резистор – потенциометр для настройки контраста вручную.

На основании таблицы 1 и схемы, приведенной ниже, подключите ваш жидкокристаллический дисплей к Arduino. Для подключения вам понадобится набор проводников. Желательно использовать разноцветные проводники, чтобы не запутаться.

Табл. 2. Предпочтительные цвета проводников

Схема подключения LCD дисплея 1602 к Arduino:

Базовый пример программы для работы LCD 1602 с Arduino

В примере используются 0, 1, 2, 3, 4, и 5 пины Arduino для подключения соответствующих пинов 4, 6, 11, 12, 13 и 14 с дисплея 1602 (смотри табл. 1). После этого в коде для Arduino мы инициализируем lcd() следующим образом:

LiquidCrystal lcd(0, 1, 2, 3, 4, 5);

Этот кусок кода объясняет Arduino, как именно подключен LCD дисплей.

Весь соурс файл проекта метеостанции, в которой используется дисплей LCD 1602 можно скачать по этой ссылке .

LCD 1602A, Arduino и датчик освещенности (фоторезистор)

В примере мы рассмотрим подключение модификации дисплея - 1602A и фоторезистора. В результате данного проекты мы сможем отображать на дисплее числовые значения, пропорциональные интенсивности освещения.

Данный пример будет хорошим стартом для начинающих разбираться с Arduino. Стоит обратить внимание, что у дисплея 1602 существуют различные модификации. Соответственно, расположение контактов на них могут несколько отличаться.

Необходимые материалы

• 1 Arduino UNO;
• 1 макетная плата (63 рельсы);
• 1 датчик освещенности (фоторезистор);
• 1 потенциометр на 50 кОм;
• 1 LCD дисплей 1602A;
• 1 резистор на 10кОм;
• 1 рельса коннекторов (на 16 пинов);
• 1 USB кабель.

LCD Дисплей 1602A

Дисплеи, как правило, продаются без распаянных коннекторов. То есть, паяльник в руках придется подержать. Вам понадобится 16 пинов. Запаивайте со стороны коротких ног, длинные оставляйте для дальнейшего подключения к плате или другим периферийным устройствам.

После распайки можете устанавливать дисплей на макетной плате. Желательно, на самой нижней дорожке, чтобы у вас осталась возможность соединять дисплей через дополнительные коннекторы с платой.

Подключение дисплея 1602A к Arduino

Первое что необходим о – запитать дисплей. Подключите два кабеля от +5 вольт и земли к соответствующим рядам плюс-минус на макетной плате.

Подключите: пин на 5 вольт (5V) с Arduino к одной из дорожек макетной платы.

Подключите: пин Земля (GND) Arduino к другой дорожек (макетной платы).

После этого подключаем питание экрана и его подсветку к дорожкам, на макетной плате, на которых у нас получается 5 вольт и минус.

Подключите: дорожку GND (минус) на макетной плате к 1 пину на LCD экране (он обозначен как VSS).

Подключите: дорожку 5 вольт (плюс) на макетной плате ко 2 пину на LCD экране (он обозначен как VDD).

Подключите: дорожку 5 вольт (плюс) на макетной плате к 15 пину на LCD экране (он обозначен как A).

Подключите: дорожку GND (минус) на макетной плате к 16 пину на LCD экране (он обозначен как K).

Подключаем нашу Arduino к персональному компьютеру через USB-кабель и вуаля! Экран должен включиться.

Следующий шаг – подключение потенциометра для регулировки контрастности дисплея. В большинстве гайдов, используется потенциометр на 10 кОм, но 50 кОм тоже подойдет. Из-за большего диапазона значений сопротивлений на выходе потенциометра, более точная настройка становится сложнее, но для нас в данном случае это не критично. Установите потенциометр на макетной плате и подключите три его пина.

Подключите: первый пин на потенциометре к минусу на макетке.

Подключите: средний пин потенциометра к 3 пину на дисплее (он обозначен как V0).

Подключите: третий пин на потенциометре к плюсу на макетке.

После подачи питания на плату через USB-кабель, на дисплее первый ряд должен заполниться прямоугольниками. Если вы их не увидели, немного проверните ручку потенциометра слева направо, чтобы отрегулировать контраст. В дальнейшем, когда мы будем отображать числовые значения на экране, вы сможете более точно отрегулировать контрастность. Если ваш дисплей выглядит примерно так, вы все делаете верно:

Продолжим. Теперь нам надо обеспечить обмен данными между Arduino и LCD дисплеем 1602A для отображения символов.

Для этого подключите 4 пин дисплея (RS) к 7 пину Arduino (желтый коннектор). 5 пин дисплея (RW) – к ряду пинов земля на макетке (черный кабель).

6 пин дисплея (E) – к 8 пину Arduino (ШИМ).

11 пин дисплея (D4) – к 9 пину Arduino (ШИМ).

12 пин дисплея (D5) – к 10 пину Arduino (ШИМ).

13 пин дисплея (D6) – к 11 пину Arduino (ШИМ).

14 пин дисплея (D7) – к 12 пину Arduino (ШИМ).

Программа для Arduino IDE – отображение надписи на дисплее 1602A

Представленный ниже кусок кода достаточно скопипастить в Arduino IDE и загрузить на плату:

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11 , 12);

lcd.begin(16, 2);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.write("LIGHT: ");

После загрузки программы на плату, на дисплее во второй строке отобразится следующая надпись:

Своеобразный "hello world!" на LCD 1602A запущен. Я вас поздравляю.

Подключаем фоторезистор и заливаем всю программу в Arduino

Теперь подключим фоторезистор. Подключите три провода к свободным рельсам на макетной плате (условно пронумеруем их 1, 2, 3). Оставьте в рельсах немного места для самого датчика освещенности и резистора.

Рельсу GND с макетной платы подключаем к рельсе 1. A0 (аналоговый вход) с Arduino - к рельсе 2. 5 вольт с макетной платы - к рельсе 3.

Дальше подключаем наш датчик и резистор к подготовленным рельсам. Какие именно ноги идут к земле, а какие - к питанию для нашего датчика освещенности и резистора неважно (в отличие от, например, светодиода, в котором есть катод и анод). Так что тут не перепутаете.

Датчик освещенности подключаем к рельсе 1 и рельсе 2. Резистор – к рельсе 2 и к рельсе 3.

Теперь вернемся к нашей программе и добавим несколько строк в пустующее пока что тело функции loop():

int sensorValue = analogRead(A0);

lcd.setCursor(7,1);

lcd.print(sensorValue);

После заливки на Arduino окончательной версии нашей программы, на дисплее будут отображаться текущие значения уровня освещенности.