LCDを使ってみる (温度センサも利用)(Arduino)

Arduino UNO には、表示画面がありません。
一般にパソコンと接続し、
シリアルモニタやターミナルソフトを
使用することになります。

マイコン等を制御に利用する場合、
その場で確認したい情報も多くあります。
そんなとき、その度にパソコンに接続して
ということも面倒ですし、できない場面もあります。

そこで、LCD（Liquid Crystal Display）です。
表示は、1～４行程度、1行16～２０文字程度、
半角英数（カタカナも可）文字のみ表示可能です。
比較的安価でよく利用されます。
・・・キャラクタ液晶とよばれています。

今回は、そんなLCDを利用してみます。

まず製品ですが、
私がArduinoで使用しているものです。

　aitendo
　　・STNキャラクタ液晶（16x2） [1602A-V2]
　　　　¥395-　パラレル通信（マイコン端子６本）
　　　　https://www.aitendo.com/product/10147
　　・STNキャラクタ液晶モジュール（20x4） [J204A]
　　　　¥750-　パラレル通信（マイコン端子６本）
　　　　https://www.aitendo.com/product/15637

　秋月電子通商
　　・ＬＣＤキャラクタディスプレイモジュール[SC1602BSLB-XA-GB-K]
　　　　¥700-　パラレル通信（マイコン端子６本）
　　　　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00038/

の、2行16桁、4行20桁の2種類です。
ネットで探してみるといろいろな種類がありますので、
使用目的に合わせて選ぶと良いですが、
取りあえず使ってみたいということでしたら、
2行16桁程度のものでよいかと思います。

LCDのみで使用すると、
パラレル通信となりArduinoとの配線数が多くなります。
そのため、シリアル通信に変換する
基板部品（モジュール）があります。

こちらも私が使用しているものを紹介しておきます。

　aitendo
　　・LCDシールドキット（16x2） [K-SHLD1602-595]
　　　　シリアル通信（マイコン使用端子３本）
　　　（この商品はaitendoさんのオリジナルのような？）
　　　　¥666-　チップIC：74HC595N（ｘ1）
　　　　https://www.aitendo.com/product/11563

　　・液晶I/Fモジュール（I2C） [IFB-I2C-8574]
　　　　シリアル通信（マイコン使用端子２本）
　　　　¥295-　フィリップス社製：PCF8574
　　　　https://www.aitendo.com/product/7404

私の持っている製品を、紹介しましたが、
LCD関連は、ネットやお店でいろいろなものが入手可能です。

はじめてLCDを使ってみる場合には、ネットで使用例など
参考資料があるものを選ばれるのが良いと思います。

はじめに、
LCD と Arduino を直接接続して
パラレル通信で表示データを転送する方法で行います。

LCD 1602Aのピン配置です。

7, 8, 9, 10 番ピン以外は、何らかの接続が必要となります。

回路は図の通りです。（LCD1602Aを使用）
　　　この回路図の作図には fritzing を利用させて頂いております。
　　　https://fritzing.org/home/

型番の違うLCDを使用する場合は、
必ずデータシートで、各ピンの信号（signal）情報を確認してください。
※私の使っているLCD：2004Aは同じ配置ですが、
　SC1602BSLB などは（signal）情報に違いがあります。

パラレル通信での接続では、
表示するための情報を受け渡すのにマイコン端子６本を使用します。

しかし、実際にLCDへの配線は、1, 2 ピンに電源供給の他、
3 番ピンは、コントラスト調整のため、
・電源（＋）より10Kオームの可変抵抗を通して接続しています。
15, 16番ピンは、バックライト点灯用に配線が必要です。
購入した液晶の色にもよりますが、
・バックライトを点灯した方が見やすいと思います。

LCDの1行目に、"Hello, world!" と表示するスケッチをします。

// インクルード宣言（LiquidCrystal利用宣言）
#include <LiquidCrystal.h>

// 使用ピン設定定義
// LiquidCrystal(rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal lcd( 11, 12, 4, 5, 6, 7 );

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  // LCDに表示
  lcd.begin( 16, 2 );   // LCD利用開始（初期化）
  lcd.clear();          // LCD画面クリア
  lcd.setCursor(0, 0);  // カーソル位置設定
  lcd.print("Hello, world!"); // LCDへ表示指示
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:

}

このスケッチでは、Arduino から LCD を利用するために、
LiquidCrystal ライブラリを使用します。
このライブラリをインストールします。
インストール済みであれば、
インストールの必要はありません。

1.メニュー「スケッチ」→「ライブラリのインクルード」
　　　　　→「ライブラリを管理」を選択しします。

2.ライブラリマンジャーの検索欄に、
　　　　”LiquidCrystal” と入力します。
　表示されたリスト一覧から、
　　　　”LiquidCrystal”が、"INSTALLED"
　になっていればインストール済みです。

LiquidCrystal( )関数により、Arduinoとの
接続ピンを設定します。
　LiquidCrystal( RS, E, D4, D5, D6, D7)
使用ピン合わせピン番号を記述します。
私の回路では、
　LiquidCrystal lcd( 11, 12, 4, 5, 6, 7 );
となります。
実際の使用方法は、
1.ライブラリ LiquidCrystal の使用宣言を記述します。
　　#include <LiquidCrystal.h>
2.lcd.begin( )関数で初期化します。
　　lcd.begin( 列数, 行数 )
　　lcd.begin( 16, 2 )
3.lcd.clear( )関数で、画面を消去（クリア）します。
4.lcd.setCursor( )関数で、
　表示する先頭のカーソル位置を指定します。
　　lcd.setCursor( 列位置, 行位置)
　　lcd.setCursor( 0, 0 )
5.lcd.print(　)関数で表示内容を送信します。
　　lcd.print( "Hello, world!" )

では、Arduino に書き込んで実行してみます。

上手く表示できなければ、
配線が多いので間違いがないか確認してください。
また、表示されているが、コントラストの設定で
見えていない場合もあります。
この場合は、可変抵抗を調整して下さい。

続いて、シリアル通信でのLCD利用です。

先ずは、
LCDシールドキット（16x2） [K-SHLD1602-595]
を使用します。
この基板は、チップIC：74HC595Nを使用したもので、
aitendoさんのオリジナル製品だと思います。
この場合、マイコン使用端子が３本で済みます。
別途、LCDへの電源供給用の配線が必要です。

回路は図の通りです。（LCD1602Aを使用）

この商品は、Arduinoのピンソケットに差し込んで
使用できるようになっていますが、
どのピンが使用されているのか分かりづらいので、
ジャンパー線でつないで表示しています。
また、差し込んでしまうと他のピンが使いづらくなります。

このスケッチでは、
ライブラリ　”LiquidCrystal_1” を使用します。
1.以下のサイトからダウンロードします。
　Arduino Playground - LiquidCrystal Library
　https://playground.arduino.cc/Main/LiquidCrystal/

　ページのダウンロード、インストール、インポート欄にある、
　”このバージョンはarduino 1.0以降で動作します
　　ここからダウンロード：LiquidCrystal_1.zip”
　の LiquidCrystal_1.zip をダウンロードします。

2.メニュー「スケッチ」→「ライブラリのインクルード」
　　→「.ZIP形式のライブラリをインストール」を選択しします。

　1.でダウンロードしたファイル（私の場合indexというファイル名）を
　指定して、［開く］ボタンを押します。

3.インストールができているか確認します。
　メニュー「ファイル」→「スケッチ例」→「LiquidCrystal」
　　→「HelloWorld_SPI」が表示されれば、インストール済です。

ライブラリに含まれるスケッチ例にコメントを加えてみました。
このスケッチでは、1行目に"hello, world!"、
2行目に起動時からの経過秒が表示されます。

// インクルード宣言
#include <SPI.h>            //（SPI利用宣言）
#include <LiquidCrystal.h>  // （LiquidCrystal利用宣言）

// 使用ピン設定定義
LiquidCrystal lcd( 10 );

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  lcd.begin( 16, 2 );        // LCD利用開始（初期化）
  lcd.print( "hello, world!" );   // LCDへ表示指示
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  lcd.setCursor( 0, 1 );     // カーソル位置設定
  lcd.print( millis() / 1000 );   // LCDへ表示指示（経過秒）
}

スケッチ簡単な解説です。
1.ライブラリ SPI.、LiquidCrystal の使用宣言を記述します。
　　#include <SPI.h>
　　#include <LiquidCrystal.h>
2.LiquidCrystal lcd( ) 関数でデータピン番号を設定します。
　　LiquidCrystal lcd( 10 )
3.lcd.begin( ) 関数で、使用開始を指示します。
　　lcd.begin( 列数, 行数 )
　　lcd.begin( 16, 2 )
4.lcd.setCursor( )関数で、
　表示する先頭のカーソル位置を指定します。
　　lcd.setCursor( 列位置, 行位置)
　　lcd.setCursor( 0, 0 )
5.lcd.print(　)関数で表示内容（"Hello, world!"）を送信します。
　　lcd.print( "Hello, world!" )
6.lcd.print(　)関数で表示内容（経過秒）を送信します。
　　lcd.print( millis() / 1000 )

では、Arduino に書き込んで実行してみます。

続いて、
液晶I/Fモジュール（I2C） を使用します。

この基板は、フィリップス社製：PCF8574 を使用したもので、
LCD：1602A、2004Aに使用できます。
この場合、マイコン使用端子が２本で済みます。
別途、LCDへの電源供給用の配線が必要です。

回路は図の通りです。

I2C基板を利用するために、
LiquidCrystal_I2C ライブラリを使用します。
このライブラリをインストールします。

1.メニュー「スケッチ」→「ライブラリのインクルード」
　　　　　→「ライブラリを管理」を選択しします。

2.ライブラリマンジャーの検索欄に、
　　　　”LiquidCrystal I2C” と入力します。
　表示されたリスト一覧から、
　　　　”LiquidCrystal I2C”を選択し、
　　　　　　　 「インストール」ボタンを押します。

スケッチです。

// インクルード宣言
#include <LiquidCrystal_I2C.h>  // （LiquidCrystal_I2C利用宣言）

// 使用ピン設定定義
LiquidCrystal_I2C lcd( 0x27, 16 ,2 );

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  lcd.init( );          // LCD利用開始（初期化）
  lcd.backlight( );    // LCDバックライト点灯
  lcd.setCursor( 0, 0 );    // カーソル位置設定
  lcd.print( "Hello, world!" );   // LCDへ表示指示
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:

}

スケッチ簡単な解説です。
1.ライブラリ LiquidCrystal_I2C の使用宣言をします。
　　#include <LiquidCrystal_I2C.h>
2.LiquidCrystal_I2Cのオブジェクト生成をします。
　　LiquidCrystal_I2C オブげくと名( 0x27, 列数 ,行数 );
　　LiquidCrystal_I2C lcd( 0x27, 16 ,2 );
3.lcd.init( ) 関数で、初期化しまします。
4.lcd.backlight(　)関数で、バックライトを点灯します。
5.lcd.setCursor( );関数でカーソル位置を指定します。
　　lcd.setCursor( 0, 0 );
6.lcd.print(　)関数で表示内容を送信します。
　　lcd.print( "Hello, world!" )

では、Arduino に書き込んで実行してみます。

最後に、前回の温度センサと組み合わせて使ってみます。
使用する温度センサは、18B20の基盤タイプのものです。
LCDは、1602A＋液晶I/Fモジュール（I2C）を使用します。
以前の温度表示スケッチを、シリアルモニタから、LCDに変更します。

回路は図の通りです。

スケッチです。
このスケッチは、1行目に "Hello, world!" 、
2行目に温度センサで取得した温度を表示します。

// インクルード宣言
#include <LiquidCrystal_I2C.h>  // （LiquidCrystal_I2C利用宣言）
#include <OneWire.h>            // （OneWire利用宣言）
#include <DallasTemperature.h>  // （DallasTemperature利用宣言）

// 使用ピン設定定義
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);
// オブジェクト生成と初期化
OneWire oneWire( 9 );  // デジタルピン9番を使用
DallasTemperature sensors( &oneWire );

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  sensors.setResolution( 9 ); // センサー精度設定
  sensors.begin( );       // 使用開始
  lcd.init();             // LCD利用開始（初期化）
  lcd.backlight();        // LCDバックライト点灯
  lcd.setCursor(0, 0);    // カーソル位置設定
  lcd.print("Hello, world!");   // LCDへ表示指示
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // 変数宣言
  float temp;    // 温度格納用

  // 温度取得
  sensors.requestTemperatures(); // センサーへ要求
  temp = sensors.getTempCByIndex( 0 ); // センサーからの温度取得
  // シリアルポートへ送信
  lcd.setCursor(0, 1);    // カーソル位置設定
  lcd.print( "temperature:" );   // LCDへ表示指示
  lcd.print( temp );      // LCDへ表示指示
  
  delay(500); // 500ms停止
}

Arduino に書き込んで実行してみます。