Matrix - I2C LCD1602/zh

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English

1 介绍

I2C LCD1602
I2C LCD1602
  • 模块Matrix-I2C_LCD1602用于LCD显示，它由液晶显示屏模块LCD1602和GPIO扩展模块PCF8574两部分构成。
  • LCD1602是可以显示16x2个字符的液晶显示屏，其本身是并行接口，需要较多的IO资源才可以与之通讯。
  • PCF8574可扩展出8个通用GPIO引脚，它可通过I2C与主控通讯，将主控发过来的数据信息转换成并行信号再转发给LCD1602，从而在实现LCD1602的显示和背光调节功能，达到节约IO资源和简化控制的目的。

2 特性

  • I2C通讯，显示和背光可控
  • 2.54mm排针接口，接线方便，通用性强
  • IIC模块PCB尺寸（mm）：16x42
  • LCD1602 PCB尺寸（mm）：36x80

IIC模块PCB LCD1602 PCB

  • 引脚说明:
名称 描述
SDA I2C SDA
SCL I2C SCL
5V 电源5V
GND 地

3 工作原理

3.1 PCF8574工作原理

  • PCF8574模块为i2c并行口扩展电路，即对输入的i2c字节数据实现8位并行io输出（P0-P7），因此开发板可以可以通过i2c总线实现io扩展。
  • PCF8574需要与i2c总线进行通信，由i2c总线特性可以知道i2c总线传输数据到该模块时必须有该模块的器件地址。本模块使用的PCF8574芯片型号为PCF8574T，其地址为如下图所示：

PCF8574

  • 由模块的原理图可以看出A2-A0全部置1，则7位器件地址为0x27（0100111），RW默认为0，此时模块为写模式。
  • 这时打开i2c-0设备并设置好器件地址了，便可以成功对模块进行写操作了。
  • 当要对模块进行读操作需要把模块设置为读模式（RW改置1），由于这里没有用到，不详细介绍，具体可以参看PCF8574的datasheet。

3.2 LCD1602工作原理

  • 由模块的原理图可以看出PCF8574模块的输出引脚P0-P7与LCD模块的引脚连接如下图：

1602

  • RS为指令/数据控制位，RW为读/写控制位，E为使能位（边沿触发），BL为背光灯控制位，D4-D7为数据位。
  • 由于LCD用到四个数据位，因此只能使用4线来驱动。通过指令表我们可以对LCD进行写指令设置LCD的工作转态，但这里的指令/数据（DB7-DB0）是八位的，而LCD却是4线驱动，因此每次写指令/数据时是先写高四位（DB7-DB4），再写低四位（DB3-DB0）。
  • 注意：LCD内置了192个常用字模，存放在CGROM，所以我们在显示字符A时可以直接写入“A”，此外LCD还有8个允许用户自定义的字符产生的RAM，称为CGRAM，这里由于没有涉及到所以不介绍，有兴趣的用户可以去了解一下。

4 下载Matrix源码

Matrix配件相关的代码是完全开源的，统一由一个仓库进行管理：https://github.com/friendlyarm/matrix.git
该仓库里不同的分支代表着Matrix配件所支持的不同开发板。

  • nanopi分支用于支持NanoPi；
  • nanopi2分支用于支持NanoPi 2；
  • tiny4412分支用于支持Tiny4412；
  • raspberrypi分支用于支持RaspberryPi；

在主机PC上安装git，以Ubuntu14.04为例 

$ sudo apt-get install git

克隆Matrix配件代码仓库 

$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个名为matrix的目录，里面存放着所有Matrix配件的代码。

5 与NanoPi 2连接使用

5.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602和NanoPi 2：
Matrix-I2C_LCD1602_nanopi_2

连接说明：

Matrix-I2C_LCD1602 NanoPi
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

5.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi2分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi2

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-I2C_LCD1602对应的测试程序为matrix-lcd1602。

5.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi 2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi 2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-I2C_LCD1602的测试程序。

$ matrix-lcd1602

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。
运行效果如下：
matrix-lcd1602_result
LCD上会显示下列2行字符：
" B&G Char LCD"
"--by FriendlyARM"

5.4 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD;
    if ((devFD = LCD1602Init()) == -1) {
        printf("Fail to init LCD1602\n");
        return -1;
    }
 
    if (LCD1602Clear(devFD) == -1) {
        printf("Fail to Clear\n");
        return -1;
    }
    printf("clearing LCD1602\n");
    sleep(1);
 
    if (LCD1602DispLines(devFD, "  B&G Char LCD", "--by FriendlyARM") == -1) {
        printf("Fail to Display String\n");
        return -1;
    }
    printf("displaying LCD1602\n");
    LCD1602DeInit(devFD);
    return 0;
}

6 与NanoPi连接使用

6.1 准备工作

在NanoPi上运行Debian系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器，参考wiki: NanoPi & How to Build the Compiling Environment。
注意: 只有使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核才能配合Matrix配件正常工作。
下载NanoPi内核源代码并编译: 

$ git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git
$ cd linux-4.x.y
$ git checkout nanopi-v4.1.y-matrix
$ make nanopi_defconfig
$ touch .scmversion
$ make

编译好后的zImage位于内核源码arch/arm/boot/目录下，把该zImage替换掉NanoPi烧写文件sd-fuse_nanopi/prebuilt下的zImage，重新制作SD卡即可。

6.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602和NanoPi：
matrix-i2c_lcd1602_nanopi

连接说明：

Matrix-I2C_LCD1602 NanoPi
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

6.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi-Debian配套的arm-linux-gcc-4.4.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-I2C_LCD1602对应的测试程序为matrix-lcd1602。

6.4 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到NanoPi的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入NanoPi，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-I2C_LCD1602的测试程序。

$ matrix-lcd1602

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件正常连接。

6.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD;
    if ((devFD = LCD1602Init()) == -1) {
        printf("Fail to init LCD1602\n");
        return -1;
    }
 
    if (LCD1602Clear(devFD) == -1) {
        printf("Fail to Clear\n");
        return -1;
    }
    printf("clearing LCD1602\n");
    sleep(1);
 
    if (LCD1602DispLines(devFD, "  B&G Char LCD", "--by FriendlyARM") == -1) {
        printf("Fail to Display String\n");
        return -1;
    }
    printf("displaying LCD1602\n");
    LCD1602DeInit(devFD);
    return 0;
}

7 与Tiny4412连接使用

7.1 准备工作

参考Tiny4412光盘里的《友善之臂Ubuntu使用手册》，在Tiny4412上运行UbuntuCore系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。
注意：只能使用Tiny4412SDK-1506的底板。

7.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602和Tiny4412：
matrix-i2c_lcd1602_tiny4412

连接说明：

Matrix-I2C_LCD1602 Tiny4412
SDA CON18 SDA
SCL CON18 SCL
5V CON18 5V
GND CON18 GND

7.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到tiny4412分支 

$ cd matrix
$ git checkout tiny4412

编译matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为Tiny4412-UbuntuCore配套的arm-linux-gnueabihf-gcc-4.7.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-I2C_LCD1602对应的测试程序为matrix-lcd1602。

7.4 运行测试程序

将带有UbuntuCore系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到Tiny4412的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入Tiny4412，上电启动，在UbuntuCore的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-I2C_LCD1602的测试程序。

$ matrix-lcd1602

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

7.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD;
    if ((devFD = LCD1602Init()) == -1) {
        printf("Fail to init LCD1602\n");
        return -1;
    }
 
    if (LCD1602Clear(devFD) == -1) {
        printf("Fail to Clear\n");
        return -1;
    }
    printf("clearing LCD1602\n");
    sleep(1);
 
    if (LCD1602DispLines(devFD, "  B&G Char LCD", "--by FriendlyARM") == -1) {
        printf("Fail to Display String\n");
        return -1;
    }
    printf("displaying LCD1602\n");
    LCD1602DeInit(devFD);
    return 0;
}

8 与RaspberryPi连接使用

9 与Arduino连接使用

9.1 准备工作

确保你的Arduino板能正常下载运行程序，参考：https://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage
这里我们使用的是Arduino uno板。

9.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602和Arduino Uno
matrix-i2c_lcd1602_arduino

9.3 编译运行测试程序

由于arduino开发板并不运行Linux系统，所以matrix for arduino的代码由独立的仓库进行管理：git://github.com/friendlyarm/matrix-arduino.git
克隆matrix-arduino代码仓库 

$ git clone git://github.com/friendlyarm/matrix-arduino.git

克隆完成后会得到一个matrix-arduino目录，里面存放着所有Matrix 配件用于支持arduino的代码。

拷贝matrix-i2c_lcd1602目录到Arduino IDE的libraries目录下 

$ cd matrix-arduino
$ cp matrix-i2c_lcd1602 Arduino_IDE/libraies -r

启动Arduino IDE
点击File->Examples->matrix-i2c_lcd1602->displaychar，打开测试程序。
点击upload，运行测试程序。

9.4 代码展示

#include <Wire.h> 
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
 
// set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);  
 
void setup()
{
  lcd.init();                        
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(2, 0);
  lcd.print("B&G Char LCD"); 
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.println("--by FriendlyARM");
}
 
void loop()
{
}

10 相关资料

LCD1602.pdf
pcf8574.pdf

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