Matrix - I2C LCD1602 Keypad/zh
Contents
介绍
- 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。
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 |
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。
- 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。
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。
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。
与NanoPi 2连接使用
硬件连接
参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602_Keypad和NanoPi 2:
连接说明:
Matrix-I2C_LCD1602_Keypad | NanoPi 2 |
SDA | Pin3 |
SCL | Pin5 |
5V | Pin4 |
GND | Pin6 |
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_Keypad对应的测试程序为matrix-lcd1602_keypad。
硬件驱动模块位于modules目录下,对应的驱动源码都包含在在NanoPi 2的Linux内核仓库里:https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git
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_Keypad的测试程序。
$ 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。
代码展示
int main(int argc, char ** argv)
{
int devFD;
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];
if ((devFD = LCD1602KeyInit()) == -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(<) + 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;
}
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 & 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。
硬件连接
参考下图连接模块Matrix-I2C_LCD1602_Keypad和NanoPi:
连接说明:
Matrix-I2C_LCD1602_Keypad | NanoPi |
SDA | Pin3 |
SCL | Pin5 |
5V | Pin4 |
GND | Pin6 |
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_Keypad对应的测试程序为matrix-lcd1602_keypad。
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_Keypad的测试程序。
$ 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正常连接。
代码展示
int main(int argc, char ** argv)
{
int devFD;
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];
if ((devFD = LCD1602KeyInit()) == -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(<) + 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;
}
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。
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_Keypad和Tiny4412:
连接说明:
Matrix-I2C_LCD1602_Keypad | 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_Keypad对应的测试程序为matrix-lcd1602_keypad。
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_Keypad的测试程序。
$ 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。
代码展示
int main(int argc, char ** argv)
{
int devFD;
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];
if ((devFD = LCD1602KeyInit()) == -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(<) + 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;
}