LCD 16x2 по I2C: текст за пять минут

Первый LCD 16x2 пролежал у меня без дела целый месяц. Я воткнул его по фотографии из интернета, загрузил код из той же статьи, включил питание — и увидел два ряда аккуратных синих квадратов вместо текста. Провода сидели плотно, скетч был скопирован верно, плата мигала своим светодиодом, а дисплей упорно показывал «кирпичи». Спасла одна отвёртка: синий подстроечный резистор на модуле, который я крутил в самую последнюю очередь, — он задаёт контраст, и из-под квадратов проступили буквы. Об этом тупике ниже будет отдельный разговор, а пока запомните главное: если на экране квадраты, дисплей, скорее всего, жив, и чинится он за пятнадцать секунд.

В этом уроке мы подключим символьный LCD к Arduino Uno по шине I2C — всего четыре провода, без паутины из сигнальных линий. Напишем первый скетч с библиотекой LiquidCrystal_I2C, поймём, зачем нужны lcd.init() и lcd.backlight(), как работают setCursor() и print(), а в конце соберём в симуляторе маленький прибор: термометр с таймером на экране. Пятнадцать минут на всё про всё — и это без обмана: первый текст появляется на дисплее минут через пять после вскрытия пакета.

Практически каждый символьный LCD из наборов — потомок контроллера HD44780 от Hitachi, выпущенного ещё в восьмидесятых годах прошлого века. Схема оказалась настолько удачной, что десятилетия спустя дисплеи «16 символов в 2 строках» работают по тем же командам, а libraries для них называются почти одинаково. Каждый знак рисуется на сетке 5 на 8 точек — поэтому буквы такие угловатые, — экран питается от 5 В, и сама стеклянная панель ничего не знает ни про USB, ни про I2C: она ждёт команды по параллельной шине данных.

Чтобы не занимать шесть пинов Arduino, на плату дисплея с завода напаивают переходник с чипом PCF8574 — крошечным расширителем портов, который переводит обмен на шину I2C: две линии данных вместо шести сигнальных. И здесь деталь, о которой молчит половина инструкций: у переходников на чипе PCF8574 адрес по шине — 0x27, а у версии на PCF8574A — 0x3F. Внешне модули не отличить: те же четыре отверстия, та же надпись. Если скетч с адресом 0x27 молчит, просто поменяйте число на 0x3F — в половине случаев «дисплей не работает» решается именно так.

У Uno шина I2C сидит на фиксированных пинах: A4 — это SDA, A5 — это SCL. Питание берём с 5V и GND, дополнительных резисторов и обвязки не нужно — подтяжки уже стоят на модуле. Четыре провода, и можно писать код.

Разберём три строки, без которых экран молчит. lcd.init() отправляет контроллеру стартовую последовательность: без неё дисплей включён, но не настроен — чаще всего он показывает пустую первую строку с тусклыми квадратами или вообще ничего. lcd.backlight() зажигает подсветку; на некоторых моделях она горит и без этой команды, но полагаться на везение я перестал после третьего «почему у меня экран тёмный». lcd.setCursor(столбец, строка) перемещает невидимый курсор: нумерация с нуля, левый верхний угол — setCursor(0, 0), правый нижний — setCursor(15, 1). Каждый следующий print() пишет текст с текущей позиции и сам сдвигает курсор вправо.

У print() есть удобный побочный талант: он печатает не только строки в кавычках, но и числа. lcd.print(25) выведет «25», lcd.print(temp) — значение переменной. Это и делает LCD рабочим инструментом: температуру, счётчик, напряжение можно вывести одной командой без ручных пересчётов.

Теперь о диапазонах, потому что здесь спотыкаются все. В экране 16x2 столбцы нумеруются от 0 до 15, строки — от 0 до 1. Строка длиннее шестнадцати символов не вызовет ошибку: текст просто перетечёт на вторую строку или уйдёт за край, и выглядеть это будет как поломка, хотя код честно сделал то, что вы попросили.

Печатать текст ради текста скучно, поэтому соберём настоящий прибор: на верхней строке — температура, на нижней — сколько секунд работает плата. В симуляторе к пину A0 подключена ручка потенциометра: крутишь её — меняется напряжение от 0 до 5 В, а analogRead(A0) превращает его в число от 0 до 1023. Это десятибитный аналого-цифровой преобразователь Uno: два в десятой степени минус один и есть 1023. Функция map() пересчитывает этот диапазон в понятные градусы, скажем от -20 до +50. Таймер считаем из millis() — количества миллисекунд с момента включения, делённого на тысячу.

Отдельно про кириллицу, чтобы вы не поймали ту же граблю, что и я. У классического HD44780 в постоянной памяти зашита таблица символов без русских букв, поэтому на настоящем железе lcd.print("Привет") рисует кракозябры. Есть модули с «русским» знакогенератором, но рассчитывать на них нельзя — привычка писать экранные тексты латиницей экономит нервы. Симулятор этого ограничения не повторяет: он рисует сетку 16 на 2 и согласен на любой язык, так что для виртуальных экспериментов пишите как удобно.

В этом скетче появился приём, который вы будете тащить за собой в каждый дисплейный проект: затирание пробелами. Представьте, что температура была 5 градусов, а потом подскочила до 25. Без пробелов на экране останется «Temp: 255» — последняя цифра никуда не делась, потому что никто её не перезаписал. Хвост из нескольких пробелов после числа решает проблему радикально: пробел — такой же символ, как буква, он честно рисуется поверх старого и делает его невидимым.

Есть и второй путь — lcd.clear() перед каждой отрисовкой. Он стирает весь экран целиком, и если вызывать его десятки раз в секунду, дисплей начинает заметно мерцать: гаснет, рисуется заново, гаснет. Выглядит это дёшево, как вывеска ночного ларька. В уроке про меню мы доведём идею точечного обновления до конца: научимся перерисовывать только те ячейки, которые реально изменились.

Дисплей перестал быть чёрным ящиком: четыре провода, две команды инициализации, невидимый курсор и печать — вот и весь фундамент. В следующем уроке снимем переходник I2C и подключим LCD по-классически, через библиотеку LiquidCrystal и шесть сигнальных проводов, — вы увидите, что код почти не изменится, и поймёте, в каких случаях параллельный интерфейс честно лучше. А пока выведите на экран что-нибудь своё: имя проекта, версию прошивки или шутку для того, кто откроет корпус через год.