如何将 16x2 液晶显示屏与 Arduino 进行连接使用

简介

倘若你的 Arduino 项目不仅能发出闪烁的灯光或驱动电机运转，还能向你清晰地说明它正在做什么的话，那会是怎样的情景呢?

在本节课中，您将学习如何使用 16x2 液晶显示屏来显示信息，了解幕后所发生的情况，并使您的项目显得更加精致和专业。

这是“Arduino 初学者教程”系列的第 14 课，也是这类课程中那种能让学习过程感觉更加“真实”的一课。

让我们开始吧。

物资;供应品

对于这个项目，您将需要：

•Arduino UNO

•I/O 扩展护罩

•液晶显示屏

•四针电线

了解液晶显示屏模块

这是随“MindPlus Arduino 编程套装”一同配备的液晶显示屏模块，正是我们在本系列的 24 期内容中一直使用的那套套装。

乍一看，它似乎太过简单了：正面有一个屏幕，背面有一些电子元件，还有一个仅四个针脚的连接器，这已经暗示着接线过程会相当简便。

如果你仔细观察显示屏的底部前端，就会看到上面印着“LCD 1602”字样。这个名称确切地告诉我们这是何种类型的屏幕。

“16”指的是每行能够显示的字符数量，而“2”指的是行数。换句话说，这种显示屏最多能在第一行显示 16 个字符，在第二行也能显示 16 个字符。

尽管我们称之为“字符显示”，但每个字符并非是一个单独的完整块状物。如果你给屏幕通电并仔细观察，就会发现每个字母或数字都是由一个由小点组成的网格构成的。

具体来说，每个字符都是由一个 5×8 像素的矩阵构成的。通过控制不同的像素开启或关闭，液晶显示屏就能绘制出字母、数字和符号。

一旦你明白了这个细节，这款显示器的各种局限性和可能性也就变得清晰明了了。

您还会发现其他格式的液晶显示屏。有些尺寸较小，比如 16x1 显示屏，而有些则较大，比如 16x4。它们还具有不同的颜色，例如绿色或蓝色。尽管存在这些差异，但其基本理念是相同的。

I2C 通信及其重要性

如果我们将模块翻转过来，并将注意力集中在连接器上，就会立刻注意到两个明显的标签：SDA 和 SCL。这些标签告诉我们，这款液晶显示屏采用的是 I2C 通信方式。

在 I2C 接口配置中，SDA 引脚负责传输数据，而且有趣的是，它能够双向传输数据。

SCL 引脚传输时钟信号，该信号由主设备生成。在我们的例子中，Arduino 起到主设备的作用，控制着通信过程。

I2C 的最大优势之一在于它能让多个设备共用同一对导线。只要每个设备都有其独特的地址，您就可以将多个传感器、显示器和模块连接到相同的 SDA 和 SCL 线路上。

这的确实非常强大，尤其对于初学者项目而言更是如此，因为它能确保布线保持整洁、简单，并且便于排查故障。

如果你之前使用过 Arduino，那么你可能见过另一种不使用 I2C 协议的液晶显示屏。这类显示屏通常有较多的引脚，连接它们需要更多的线路连接和配置工作。因此，很多人最终会购买一个 I2C 适配器，并将其焊接到标准液晶显示屏的背面。

该适配器通常会包含一个名为 PCF8574 的芯片。这个芯片充当 I2C 输入/输出扩展器的功能。简单来说，它就是为显示屏添加 I2C 通信功能的部件。值得一提的是，这个芯片不仅适用于液晶显示屏，还可以用于控制 LED、传感器以及其他模块。

现在理论部分就讲到这里吧。咱们还是动手去做点实际的东西吧。

在我们开始项目之前，我想感谢 DFRobot 公司为我们提供了这次课程的赞助。

DFRobot 是全球领先的为创客、教育工作者和工程师提供硬件产品的企业之一。

在他们的在线商店里，您可以找到开展下一个项目所需的各种物品，从电机、传感器、微控制器到单板计算机、人工智能设备等等应有尽有。

如果你打算打造一些酷炫的东西，我强烈建议你去看看他们的产品。他们的产品质量上乘，价格也非常合理。

在本系列教程中，我使用的是“MindPlus Arduino 编程套件”，因为它包含了你开展 Arduino 项目所需的一切工具。

再次感谢 DFRobot 对此系列的支持，感谢你们让 STEM 教育能够惠及更多人。

启动项目

那我们继续吧，开始组装我们的第一个液晶显示器项目。

首先将 I/O 扩展板安装到你的 Arduino UNO 上。这个扩展板使得连接模块变得更加容易，并且还能使所有部件保持整齐有序。

接下来，使用四针电缆将液晶模块连接到屏蔽板上。SCL 引脚连接到 A5，SDA 引脚连接到 A4。该显示屏的工作电压范围为 3.3 至 5 伏，因此可以安全地与大多数 Arduino 板配合使用。

一旦硬件准备就绪，就前往本系列的 GitHub 仓库。在描述中会找到相关链接。打开第 14 课的文件夹，复制名为“test-lcd”的文件，并将其粘贴到你的 Arduino IDE 中。

在上传代码之前，请确保已安装了 DFRobot_RGBLCD1602 库。完成此操作后，点击“上传”。

如果所有连接都正确无误，您应该会在屏幕上看到“第 14 课 - 液晶模块”这一信息。这就是我们取得的第一个成功。

理解代码

现在让我们放慢速度，仔细看看这段代码实际在做什么。

首先，我们要引入正确的库，并创建一个能够控制液晶显示屏的对象。你可以将这个对象视为我们与屏幕进行直接通信的途径。

在 setup() 函数内部，我们初始化显示屏、清除之前的所有数据，并打印出我们的信息。需要记住的一个重要细节是，每行只能显示 16 个字符。如果您的信息长度超过这个限制，您就需要将其分两行显示，下面就是这样的实现方式。

如果这部分内容您仍觉得难以理解，别担心。我有一整套关于 Arduino 编程基础的课程，如果您想更深入地理解的话，那读一读也是很有帮助的。

但接下来便出现了有趣的问题：倘若你的信息内容实在太过冗长，以至于无法仅用两行文字来表达清楚，那该怎么办呢?

创建滚动文字效果

我们不必试图一次性展示所有内容，而是可以采用一种滑动或滚动的效果，使得在任何特定时刻只有一部分信息是可见的。这种技术在许多实际设备中都有应用，从打印机到工业控制面板等等。

要实际体验一下效果，请返回 GitHub 仓库，复制名为“滑动文本”的示例代码，将其上传至你的 Arduino 设备，然后观察液晶显示屏。您会看到一条长长的文本信息在屏幕上流畅地滚动。

那么，这是如何运作的呢?

这段示例的开头部分以及 setup() 函数与之前的示例几乎完全相同，因此真正的重点在于 loop() 函数。这就是逻辑所在的地方。

核心思想是将信息不看作一条直线，而视为一个圆圈。想象一下文字写在一个环上。当你读到结尾时，会立即回到开头重新开始。这种方法使我们能够实现无限滚动的效果，而无需担心信息的起始位置或结束位置。

由于液晶显示屏每次只能显示 16 个字符，所以该代码会构建一个名为“visibleText”的临时字符串。这个字符串准确地表示了在特定时刻屏幕上应显示的内容。

一个 for 循环会运行 16 次，每次对应显示窗口中的一列内容。在每次迭代中，它都会从消息中选取下一个字符。

模运算用于在字符串末尾到达时进行循环处理，这就是为什么模运算符在这里如此重要。它确保代码不会超出边界，并使文本能够流畅地滚动。

构建完 16 位字符串后，该代码会将其输出到液晶显示屏上，然后将位置向前移动一个字符，并等待一段短暂的延迟。调整这个延迟时间会改变滚动的速度。

其结果是呈现出一条清晰、流畅且连贯的滚动信息。

本文编译自hackster.io