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

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1 介绍

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

引脚说明:

名称	描述
IRQ	BUTTON IRQ
SDA	I2C SDA
SCL	I2C SCL
5V	电源5V
GND	地

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：

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：

4.2 连接NanoPi 2

参考下图连接模块：

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：

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

@@ Line 1: / Line 1: @@
- [[Matrix - I2C LCD1602 Keypad|English]]
+[[Matrix - I2C LCD1602 Keypad|English]]
 ==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。
 * 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。
+* 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==
@@ Line 29: / Line 29: @@
 |SCL    || I2C SCL
 |-
-|5V       || 电源5V
+|5V     || 电源5V
 |-
-|GND     || 地
+|GND    || 地
 |}
 ==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 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===
-* 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。
 * 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。
-==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
-<syntaxhighlight lang="bash">
-$ git clone git://github.com/friendlyarm/matrix.git
-</syntaxhighlight>
-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==
-===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/zh|NanoPi]] <br>
-注意：必须使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核。<br>
-下载NanoPi内核源代码并编译
-<syntaxhighlight lang="bash">
-$ 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
-</syntaxhighlight>
+===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。<br>
+参考下图连接模块：<br>
+[[File:Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m2.jpg|frameless|600px|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_nanopi_m2]]
-===硬件连接===
+===连接NanoPC-T2/NanoPC-T3===
-参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602_Keypad和NanoPi <br>
+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>
-[[File:matrix-i2c_lcd1602_keypad_nanopi.jpg|frameless|600px|matrix-i2c_lcd1602_keypad_nanopi]]
+[[File:Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_NanoPC-T2.jpg|frameless|600px|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad_NanoPC-T2]]
 连接说明：
 {| class="wikitable"
 |-
-|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad || NanoPi
+|Matrix-I2C_LCD1602_Keypad || NanoPC-T2
 |-
-|SDA    || Pin3
+|SDA    || Pin6
 |-
 |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">
-$ cd matrix
+$ apt-get update && apt-get install git
-$ git checkout matrix-nanopi
+$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git
 </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">
-$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
+$ cd matrix
-$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
+$ make && make install
-$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install
 </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/usr/bin目录下，模块Matrix-I2C_LCD1602_Keypad对应的测试程序为matrix-i2c_lcd1602_keypad。<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">
-$ cp install/usr/bin/* nanopi_rootfs/usr/bin/
+$ matrix-lcd1602_keypad
-$ cp install/lib/* nanopi_rootfs/lib/ -d
 </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_Keypad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_keypad
-</syntaxhighlight>
-===代码展示===
 <syntaxhighlight lang="c">
 int main(int argc, char ** argv)
 {
-     int devFD;
+     int devFD, board;
      int keyValue = 0;
+    int lastKeyValue = -1;
      int showDefault = 1;
      int needClear = 1;
@@ Line 142: / Line 117: @@
      char curTime[TIME_STR_BUFSIZE];
      char preTime[TIME_STR_BUFSIZE];
-     int hostNameLen = 0;
+     int i2cDev = 0;
-     if ((devFD = LCD1602KeyInit()) == -1) {
+    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;
@@ Line 150: / Line 132: @@
      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
@@ Line 159: / Line 146: @@
              LCD1602KeyClear(devFD);
              LCD1602KeyDispStr(devFD, 0, 0, "#F1-IP address");
-             showIP(devFD, "usb0");
+             if (showIP(devFD, "eth0")) {
+                if (showIP(devFD, "wlan0")) {
+                    if (showIP(devFD, "usb0")) {
+                        showIP(devFD, "lo");
+                    }
+                }
+            }
              break;
              // F2
@@ Line 212: / Line 205: @@
 }
 </syntaxhighlight>
+API说明参考维基：[[Matrix API reference manual/zh|Matrix API reference manual]] <br>
-==与Tiny4412连接使用==
-==与RaspberryPi连接使用==
-==与Arduino连接使用==
 ==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]

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

Latest revision as of 08:45, 10 November 2016

Contents

1 介绍

2 特性

3 工作原理

3.1 MCP23017工作原理

3.2 LCD1602工作原理

4 硬件连接

4.1 连接NanoPi M1

4.2 连接NanoPi 2

4.3 连接NanoPi M2 / NanoPi 2 Fire

4.4 连接NanoPC-T2/NanoPC-T3

5 编译运行测试程序

6 代码说明

7 相关资料

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