Difference between revisions of "Matrix - I2C LCD1602 Keypad/zh"

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(特性)
(连接NanoPC-T2)
 
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[[Matrix - I2C LCD1602 Keypad|English]]
+
[[Matrix - I2C LCD1602 Keypad|English]]
  
 
==介绍==
 
==介绍==
[[File:LCD160201.png|thumb|I2C LCD1602]]
+
[[File:I2C LCD1602 Keypad.png|thumb|I2C LCD1602 Keypad]]
[[File:LCD160202.png|thumb|I2C LCD1602]]
+
[[File:I2C LCD1602 Keypad01.png|thumb|I2C LCD1602 Keypad]]
* 模块Matrix-I2C_LCD1602 Keypad让LCD1602显示更简单。由液晶显示屏模块LCD1602和IIC扩展模块MCP23017构成,同时集成5个可独立编程按键,使用这些按键可以控制接在板子上的外设模块或者控制LCD显示的字符。模块上的电位器是调节屏幕显示的灰度。<br>
+
* 模块Matrix-I2C_LCD1602_Keypad让LCD1602显示更简单。
* 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。使用IIC控制模块之后,只需要两根GPIO引脚即可。<br>
+
* 它由液晶显示屏模块LCD1602和IIC扩展模块MCP23017构成,同时集成5个可独立编程按键,使用这些按键可以控制接在板子上的外设模块或者控制LCD显示的字符。
*MCP23017带有串行接口的16 位远程双向I/O 扩展器,高速IIC接口,三个硬件地址引脚,最多可允许总线上连接8个器件。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。
+
* 模块上的电位器是调节屏幕显示的灰度。
 +
* 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。使用IIC控制模块之后,只需要两根GPIO引脚即可。
 +
* MCP23017带有串行接口的16位双向I/O 扩展器,高速IIC接口,三个硬件地址引脚,最多可允许总线上连接8个器件。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。
  
 
==特性==
 
==特性==
 
* I2C通讯,显示和背光可控
 
* I2C通讯,显示和背光可控
 
* 2.54mm排针接口,接线方便,通用性强
 
* 2.54mm排针接口,接线方便,通用性强
* IIC模块PCB尺寸(mm):16x42
+
* IIC模块PCB尺寸(mm):57x80
 
* LCD1602 PCB尺寸(mm):36x80
 
* LCD1602 PCB尺寸(mm):36x80
[[File:lpdpcb.png|frameless|400px|IIC模块PCB]]
+
[[File:lpdpcb01.png|frameless|400px|IIC扩展模块PCB]]
 
[[File:lcdpcb.png|frameless|400px|LCD1602 PCB]]
 
[[File:lcdpcb.png|frameless|400px|LCD1602 PCB]]
  
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|SCL    || I2C SCL
 
|SCL    || I2C SCL
 
|-  
 
|-  
|5V       || 电源5V
+
|5V     || 电源5V
 
|-
 
|-
|GND     || 地
+
|GND   || 地
 
|}
 
|}
  
 
==工作原理==
 
==工作原理==
 
===MCP23017工作原理===
 
===MCP23017工作原理===
 
+
* MCP23017器件为IIC总线扩展,带有串行接口的16位远程双向I/O端口。系统主器件可通过写入I/O配置位将I/O使能为输入或输出,每个输入输出的数据都保存在对应的输入输出寄存器中,它为高速IIC接口,有三个硬件地址引脚,最多可允许总线上连接8个器件,具有两个可配置的中断引脚INTA和INTB。
* MCP23017器件为IIC总线扩展,带有串行接口的16位远程双向I/O端口。系统主器件可通过写入I/O配置位将I/O使能为输入或输出,每个输入输出的数据都保存在对应的输入输出寄存器中,它为高速IIC接口,有三个硬件地址引脚,最多可允许总线上连接8个器件,具有两个可配置的中断引脚INTA和INTB。
+
* I2C 写操作包括控制字节和寄存器地址序列,该序列后面跟随来自系统主器件的8 位数据和来自MCP23017 的应答(ACK)。该操作以主系统生成的停止(P)或重新启动(SR)条件结束。
 
+
* I2C 写操作包括控制字节和寄存器地址序列,该序列后面跟随来自系统主器件的8 位数据和来自MCP23017 的应答(ACK)。该操作以主系统生成的停止(P)或重新启动(SR)条件结束。
+
 
* I2C读操作包括控制字节序列,该序列后跟R/W位置1(R/W = 1)的另一个控制字节(包括启动条件和ACK)。MCP23017 随后会发送被寻址寄存器中包含的数据。该序列以系统主器件生成停止或重新启动条件结束。
 
* I2C读操作包括控制字节序列,该序列后跟R/W位置1(R/W = 1)的另一个控制字节(包括启动条件和ACK)。MCP23017 随后会发送被寻址寄存器中包含的数据。该序列以系统主器件生成停止或重新启动条件结束。
* I2C 顺序写入/ 读取对于顺序操作(读操作或写操作),在完成数据传送后,系统主器件将发送地址指针指向的下一字节,而不是发送停止或重新启动条件。该序列以系统主器件发送停止或重新启动条件结束。MCP23017 地址指针在到达最后一个寄存器地址后,将返回到地址0。
+
* I2C 顺序写入/ 读取对于顺序操作(读操作或写操作),在完成数据传送后,系统主器件将发送地址指针指向的下一字节,而不是发送停止或重新启动条件。该序列以系统主器件发送停止或重新启动条件结束。MCP23017 地址指针在到达最后一个寄存器地址后,将返回到地址0。
* 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。
+
  
 
===LCD1602工作原理===
 
===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:
+
* 由模块的原理图可以看出MCP23017模块的输出引脚P0-P7与LCD模块的引脚连接如下图:
[[File:1602.png|frameless|400px|1602]]
+
[[File:图片不正确.png|frameless|400px|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。
 
* 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)。
 
* 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。
 
* 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。
  
==下载Matrix源码==
+
==硬件连接==
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:git://github.com/friendlyarm/matrix.git <br>
+
===连接NanoPi M1===
该仓库里不同的分支代表着Matrix配件所支持的不同开发板。<br>
+
参考下图连接模块:<br>
*matrix-nanopi分支包含了Matrix对NanoPi的支持;
+
[[File:Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m1.jpg|frameless|600px|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m1]]
*matrix-tiny4412分支包含了Matrix对Tiny4412的支持;
+
*matrix-raspberrypi分支包含了Matrix对RaspberryPi的支持;
+
  
在主机PC上安装git,以Ubuntu14.04为例
+
===连接NanoPi 2===
<syntaxhighlight lang="bash">
+
参考下图连接模块:<br>
$ sudo apt-get install git
+
[[File:matrix-i2c_lcd1602_keypad_nanopi 2.jpg|frameless|600px|matrix-i2c_lcd1602_keypad_nanopi 2]]
</syntaxhighlight>
+
  
克隆Matrix配件代码仓库
+
===连接NanoPi M2 / NanoPi 2 Fire===
<syntaxhighlight lang="bash">
+
NanoPi M2和NanoPi 2 Fire的40 Pin引脚定义是一模一样的,所以它们操作Matrix配件的步骤是一样的,这里仅以NanoPi M2为例。<br>
$ git clone git://github.com/friendlyarm/matrix.git
+
参考下图连接模块:<br>
</syntaxhighlight>
+
[[File:Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m2.jpg|frameless|600px|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m2]]
克隆完成后会得到一个matrix目录,里面存放着所有Matrix配件的代码。
+
  
==与NanoPi连接使用==
+
===连接NanoPC-T2/NanoPC-T3===
===准备工作===
+
由于NanoPC-T2跟NanoPC-T3的引脚是一样的,所以连接方式是一样的,这里仅以T2为例,参考下图连接模块:<br>
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。
+
[[File:Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_NanoPC-T2.jpg|frameless|600px|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_NanoPC-T2]]
参考wiki:[[http://wiki.friendlyarm.com/wiki/index.php/NanoPi]]
+
 
+
===硬件连接===
+
参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602和NanoPi <br>
+
[[File:matrix-i2c_lcd1602_nanopi.jpg|frameless|600px|matrix-i2c_lcd1602_nanopi]]
+
  
 
连接说明:
 
连接说明:
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
|-
 
|-
|Matrix-I2C_LCD1602 || NanoPi     
+
|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad || NanoPC-T2
 
|-
 
|-
|SDA    || Pin3
+
|SDA    || Pin6
 
|-
 
|-
 
|SCL    || Pin5
 
|SCL    || Pin5
 
|-  
 
|-  
|5V       || Pin4
+
|5V     || Pin29
 
|-
 
|-
|GND     || Pin6
+
|GND   || Pin30
 
|}
 
|}
  
===编译测试程序===
+
==编译运行测试程序==
进入Matrix代码仓库,切换到matrix-nanopi分支
+
启动开发板并运行Debian系统,进入系统后克隆Matrix代码仓库:
 
<syntaxhighlight lang="bash">
 
<syntaxhighlight lang="bash">
$ cd matrix
+
$ apt-get update && apt-get install git
$ git checkout matrix-nanopi
+
$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
 +
克隆完成后会得到一个名为matrix的目录。
  
编译Matrix配件代码
+
编译并安装Matrix:
 
<syntaxhighlight lang="bash">
 
<syntaxhighlight lang="bash">
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
+
$ cd matrix
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
+
$ make && make install
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install
+
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
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。<br>
 
编译出来的库文件位于install/lib目录下,而测试程序则位于install/bin目录下,模块Matrix-I2C_LCD1602对应的测试程序为matrix-i2c_lcd1602。<br>
 
  
===运行测试程序===
+
运行测试程序:
拷贝库文件和测试程序到NanoPi的文件系统上
+
 
<syntaxhighlight lang="bash">
 
<syntaxhighlight lang="bash">
$ cp install/bin/* nanopi_rootfs/bin/
+
$ matrix-lcd1602_keypad
$ cp install/lib/* nanopi_rootfs/lib/ -d
+
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
 +
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。<br>
 +
运行效果如下:<br>
 +
[[File:matrix-lcd1602_keypad_result.png|frameless|600px|matrix-lcd1602_keypad_result]] <br>
 +
在LCD上默认会显示当前时间,按下F1键会显示IP地址,F2、F3、F4键的功能则由用户自行定义,按下F5键重新显示时间。<br>
 +
如果LCD上没有显示,则需要旋转模块上的可调电阻以调节字体颜色的深浅。
  
然后启动NanoPi,在Debian的shell终端中执行如下命令运行模块Matrix-I2C_LCD1602的测试程序 <br>
+
==代码说明==
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。
+
所有的开发板都共用一套Matrix代码,本模块的测试示例代码为matrix-i2c_lcd1602_keypad,内容如下:
<syntaxhighlight lang="bash">
+
$ matrix-i2c_lcd1602
+
</syntaxhighlight>
+
 
+
===代码展示===
+
 
<syntaxhighlight lang="c">
 
<syntaxhighlight lang="c">
 
int main(int argc, char ** argv)
 
int main(int argc, char ** argv)
 
{
 
{
     int devFD;
+
     int devFD, board;
     if ((devFD = LCD1602Init()) == -1) {
+
    int keyValue = 0;
         printf("Fail to init LCD1602\n");
+
    int lastKeyValue = -1;
 +
    int showDefault = 1;
 +
    int needClear = 1;
 +
    time_t lt;
 +
    char curTime[TIME_STR_BUFSIZE];
 +
    char preTime[TIME_STR_BUFSIZE];
 +
    int i2cDev = 0;
 +
   
 +
     if ((board = boardInit()) < 0) {
 +
         printf("Fail to init board\n");
 
         return -1;
 
         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) {
+
     if (argc == 2)
         printf("Fail to Display String\n");
+
         i2cDev = atoi(argv[1]);     
        return -1;
+
     if ((devFD = LCD1602KeyInit(i2cDev)) == -1) {
    }
+
    printf("displaying LCD1602\n");
+
    LCD1602DeInit(devFD);
+
    return 0;
+
}
+
</syntaxhighlight>
+
 
+
==与Tiny4412连接使用==
+
===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。<br>
+
注意:只能使用Tiny4412SDK-1506的底板。
+
 
+
===硬件连接===
+
参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602和Tiny4412 <br>
+
[[File:matrix-i2c_lcd1602_tiny4412.jpg|frameless|600px|matrix-i2c_lcd1602_tiny4412]]
+
 
+
连接说明:
+
{| class="wikitable"
+
|-
+
|Matrix-I2C_LCD1602 || Tiny4412     
+
|-
+
|SDA   || CON18 SDA
+
|-
+
|SCL    || CON18 SCL
+
|-
+
|5V      || CON18 5V
+
|-
+
|GND    || CON18 GND
+
|}
+
 
+
===编译测试程序===
+
进入Matrix代码仓库,切换到matrix-tiny4412分支
+
<syntaxhighlight lang="bash">
+
$ cd matrix
+
$ git checkout matrix-tiny4412
+
</syntaxhighlight>
+
 
+
编译matrix配件代码
+
<syntaxhighlight lang="bash">
+
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
+
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
+
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install
+
</syntaxhighlight>
+
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。<br>
+
编译出来的库文件位于install/lib目录下,而测试程序则位于install/bin目录下,模块Matrix-I2C_LCD1602对应的测试程序为matrix-i2c_lcd1602。
+
 
+
===运行测试程序===
+
拷贝库文件和测试程序到Tiny4412的UbuntuCore的文件系统上
+
<syntaxhighlight lang="bash">
+
$ cp install/bin/* tiny4412_rootfs/bin/
+
$ cp install/lib/* tiny4412_rootfs/lib/ -d
+
</syntaxhighlight>
+
 
+
然后启动Tiny4412,在UbuntuCore的shell终端中执行如下命令运行模块Matrix-I2C_LCD1602的测试程序<br>
+
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。
+
<syntaxhighlight lang="bash">
+
$ matrix-i2c_lcd1602
+
</syntaxhighlight>
+
 
+
===代码展示===
+
<syntaxhighlight lang="c">
+
int main(int argc, char ** argv)
+
{
+
    int devFD;
+
     if ((devFD = LCD1602Init()) == -1) {
+
 
         printf("Fail to init LCD1602\n");
 
         printf("Fail to init LCD1602\n");
 
         return -1;
 
         return -1;
 
     }
 
     }
 
+
    LCD1602KeyClear(devFD);
     if (LCD1602Clear(devFD) == -1) {
+
     printf("waiting key press...\n");
         printf("Fail to Clear\n");
+
    while (1) {
         return -1;
+
        keyValue = LCD1602GetKey(devFD);
    }
+
        if (keyValue != lastKeyValue) {
    printf("clearing LCD1602\n");
+
            lastKeyValue = keyValue;
    sleep(1);
+
        } else if (showDefault != 1){
   
+
            usleep(1000);
    if (LCD1602DispLines(devFD, " B&G Char LCD", "--by FriendlyARM") == -1) {
+
            continue;
        printf("Fail to Display String\n");
+
         }
         return -1;
+
        switch (keyValue) {
     }
+
        // F1
     printf("displaying LCD1602\n");
+
        case 0x1e:
     LCD1602DeInit(devFD);
+
            showDefault = 0;
 +
            LCD1602KeyClear(devFD);
 +
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F1-IP address");
 +
            if (showIP(devFD, "eth0")) {
 +
                if (showIP(devFD, "wlan0")) {
 +
                    if (showIP(devFD, "usb0")) {
 +
                        showIP(devFD, "lo");
 +
                    }
 +
                }
 +
            }
 +
            break;
 +
            // F2   
 +
         case 0x1d:
 +
            showDefault = 0;
 +
            LCD1602KeyClear(devFD);
 +
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F2-Your favor");
 +
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, "Come add it");
 +
            break;
 +
            // F3   
 +
        case 0x1b:
 +
            showDefault = 0;
 +
            LCD1602KeyClear(devFD);
 +
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F3-Your idea");
 +
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, "Come show it");
 +
            break;
 +
            // F4
 +
        case 0x17:
 +
            showDefault = 0;
 +
            LCD1602KeyClear(devFD);
 +
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F4-About");
 +
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, "by FriendlyARM");
 +
            break;
 +
            // F5
 +
        case 0xf:
 +
            showDefault = 1;
 +
            break;
 +
        }
 +
        if (showDefault == 1) {
 +
            if (needClear) {
 +
                LCD1602KeyClear(devFD);
 +
                LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#Default");
 +
                needClear = 0;
 +
            }
 +
            memset(curTime, 0, TIME_STR_BUFSIZE);
 +
            lt = time(NULL);
 +
            strncpy(curTime, ctime(&lt) + 11, 8);
 +
            if(strcmp(curTime, preTime)) {
 +
                printf("time:%s\n", curTime);
 +
                LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, curTime);
 +
            }
 +
            memset(preTime, 0, TIME_STR_BUFSIZE);
 +
            strcpy(preTime, curTime);
 +
         } else {
 +
            needClear = 1;
 +
            usleep(1000);
 +
        }
 +
     }  
 +
     printf("quit reading key press\n");
 +
     LCD1602KeyDeInit(devFD);
 
     return 0;
 
     return 0;
 
}
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
 
+
API说明参考维基:[[Matrix API reference manual/zh|Matrix API reference manual]] <br>
==与RaspberryPi连接使用==
+
 
+
==与Arduino连接使用==
+
===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 <br>
+
这里我们使用的是Arduino uno板。
+
 
+
===硬件连接===
+
参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602和Arduino Uno <br>
+
[[File:matrix-i2c_lcd1602_arduino.jpg|frameless|600px|matrix-i2c_lcd1602_arduino]]
+
 
+
===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 <br>
+
克隆matrix-arduino代码仓库
+
<syntaxhighlight lang="bash">
+
$ git clone git://github.com/friendlyarm/matrix-arduino.git
+
</syntaxhighlight>
+
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
+
<syntaxhighlight lang="bash">
+
$ cd matrix-arduino
+
$ cp matrix-i2c_lcd1602 Arduino_IDE/libraies -r
+
</syntaxhighlight>
+
 
+
启动Arduino IDE <br>
+
点击File->Examples->matrix-i2c_lcd1602->displaychar,打开测试程序。 <br>
+
点击upload,运行测试程序。 <br>
+
 
+
===代码展示===
+
<syntaxhighlight lang="c">
+
#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()
+
{
+
}
+
</syntaxhighlight>
+
  
 
==相关资料==
 
==相关资料==
 +
[http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21952b.pdf MCP23017.pdf]  <br>
 +
[https://www.openhacks.com/uploadsproductos/eone-1602a1.pdf LCD1602.pdf]

Latest revision as of 08:45, 10 November 2016

English

1 介绍

I2C LCD1602 Keypad
I2C LCD1602 Keypad
  • 模块Matrix-I2C_LCD1602_Keypad让LCD1602显示更简单。
  • 它由液晶显示屏模块LCD1602和IIC扩展模块MCP23017构成,同时集成5个可独立编程按键,使用这些按键可以控制接在板子上的外设模块或者控制LCD显示的字符。
  • 模块上的电位器是调节屏幕显示的灰度。
  • 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。使用IIC控制模块之后,只需要两根GPIO引脚即可。
  • MCP23017带有串行接口的16位双向I/O 扩展器,高速IIC接口,三个硬件地址引脚,最多可允许总线上连接8个器件。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):57x80
  • LCD1602 PCB尺寸(mm):36x80

IIC扩展模块PCB LCD1602 PCB

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

3 工作原理

3.1 MCP23017工作原理

  • MCP23017器件为IIC总线扩展,带有串行接口的16位远程双向I/O端口。系统主器件可通过写入I/O配置位将I/O使能为输入或输出,每个输入输出的数据都保存在对应的输入输出寄存器中,它为高速IIC接口,有三个硬件地址引脚,最多可允许总线上连接8个器件,具有两个可配置的中断引脚INTA和INTB。
  • I2C 写操作包括控制字节和寄存器地址序列,该序列后面跟随来自系统主器件的8 位数据和来自MCP23017 的应答(ACK)。该操作以主系统生成的停止(P)或重新启动(SR)条件结束。
  • I2C读操作包括控制字节序列,该序列后跟R/W位置1(R/W = 1)的另一个控制字节(包括启动条件和ACK)。MCP23017 随后会发送被寻址寄存器中包含的数据。该序列以系统主器件生成停止或重新启动条件结束。
  • I2C 顺序写入/ 读取对于顺序操作(读操作或写操作),在完成数据传送后,系统主器件将发送地址指针指向的下一字节,而不是发送停止或重新启动条件。该序列以系统主器件发送停止或重新启动条件结束。MCP23017 地址指针在到达最后一个寄存器地址后,将返回到地址0。

3.2 LCD1602工作原理

  • 由模块的原理图可以看出MCP23017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 硬件连接

4.1 连接NanoPi M1

参考下图连接模块:
Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m1

4.2 连接NanoPi 2

参考下图连接模块:
matrix-i2c_lcd1602_keypad_nanopi 2

4.3 连接NanoPi M2 / NanoPi 2 Fire

NanoPi M2和NanoPi 2 Fire的40 Pin引脚定义是一模一样的,所以它们操作Matrix配件的步骤是一样的,这里仅以NanoPi M2为例。
参考下图连接模块:
Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m2

4.4 连接NanoPC-T2/NanoPC-T3

由于NanoPC-T2跟NanoPC-T3的引脚是一样的,所以连接方式是一样的,这里仅以T2为例,参考下图连接模块:
Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_NanoPC-T2

连接说明:

Matrix-I2C_LCD1602_Keypad NanoPC-T2
SDA Pin6
SCL Pin5
5V Pin29
GND Pin30

5 编译运行测试程序

启动开发板并运行Debian系统,进入系统后克隆Matrix代码仓库:

$ apt-get update && apt-get install git
$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个名为matrix的目录。

编译并安装Matrix:

$ cd matrix
$ make && make install

运行测试程序:

$ matrix-lcd1602_keypad

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_keypad_result
在LCD上默认会显示当前时间,按下F1键会显示IP地址,F2、F3、F4键的功能则由用户自行定义,按下F5键重新显示时间。
如果LCD上没有显示,则需要旋转模块上的可调电阻以调节字体颜色的深浅。

6 代码说明

所有的开发板都共用一套Matrix代码,本模块的测试示例代码为matrix-i2c_lcd1602_keypad,内容如下:

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD, board;
    int keyValue = 0;
    int lastKeyValue = -1;
    int showDefault = 1;
    int needClear = 1;
    time_t lt;
    char curTime[TIME_STR_BUFSIZE];
    char preTime[TIME_STR_BUFSIZE];
    int i2cDev = 0;
 
    if ((board = boardInit()) < 0) {
        printf("Fail to init board\n");
        return -1;
    }
 
    if (argc == 2)
        i2cDev = atoi(argv[1]);    
    if ((devFD = LCD1602KeyInit(i2cDev)) == -1) {
        printf("Fail to init LCD1602\n");
        return -1;
    }
    LCD1602KeyClear(devFD);
    printf("waiting key press...\n");
    while (1) {
        keyValue = LCD1602GetKey(devFD);
        if (keyValue != lastKeyValue) {
            lastKeyValue = keyValue;
        } else if (showDefault != 1){
            usleep(1000);
            continue;
        }
        switch (keyValue) {
        // F1
        case 0x1e:
            showDefault = 0;
            LCD1602KeyClear(devFD);
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F1-IP address");
            if (showIP(devFD, "eth0")) {
                if (showIP(devFD, "wlan0")) {
                    if (showIP(devFD, "usb0")) {
                        showIP(devFD, "lo");
                    }
                }
            }
            break;
            // F2    
        case 0x1d:
            showDefault = 0;
            LCD1602KeyClear(devFD);
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F2-Your favor");
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, "Come add it");
            break;
            // F3    
        case 0x1b:
            showDefault = 0;
            LCD1602KeyClear(devFD);
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F3-Your idea");
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, "Come show it");
            break;
            // F4
        case 0x17:
            showDefault = 0;
            LCD1602KeyClear(devFD);
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F4-About");
            LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, "by FriendlyARM");
            break;
            // F5
        case 0xf:
            showDefault = 1;
            break;
        }
        if (showDefault == 1) {
            if (needClear) {
                LCD1602KeyClear(devFD);
                LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#Default");
                needClear = 0;
            }
            memset(curTime, 0, TIME_STR_BUFSIZE);
            lt = time(NULL);
            strncpy(curTime, ctime(&lt) + 11, 8);
            if(strcmp(curTime, preTime)) {
                printf("time:%s\n", curTime);
                LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 1, curTime);
            }
            memset(preTime, 0, TIME_STR_BUFSIZE);
            strcpy(preTime, curTime);
        } else {
            needClear = 1;
            usleep(1000);
        }
    }    
    printf("quit reading key press\n");
    LCD1602KeyDeInit(devFD);
    return 0;
}

API说明参考维基:Matrix API reference manual

7 相关资料

MCP23017.pdf
LCD1602.pdf