Arduino LCD Keypad Shield 扩展板使用教程

arduino 新手 LCD扩展板

西栎

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发布时间: 2019-11-14

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## 简介
LCD Keypad Shield是Arduino的一块液晶扩展板，这块扩展板仅需直接插在Arduino开发板上即可通过程序驱动，让Arduino连接屏幕变得十分简单和方便。
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/a43692e95b684ff0e21578a3e5c39c09.png)
如上图所示，这块扩展板上带有一个LCD1602液晶屏，5个按键，1个Arduino复位按键，和一个用来调节液晶对比度的电位器，并且引出了Arduino开发板的所有引脚以及其他接口。这篇文章主要介绍一下如何使用这块扩展板的显示和按键功能。
## LCD驱动
驱动LCD1602显示屏之前首先来简单说明一下LCD显示屏各个引脚的功能。LCD1602上方共有16个引脚，每个引脚名称及功能如下：
VSS：接地
VDD：接电源
V0：对比度调整端，使用时可接电位器接地进行对比度调节
RS：寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器
RW：读写信号线，高电平读，低电平写
E：使能端，下降沿写操作，高电平读操作
DB0：数据总线最低位
DB1：数据总线1位
DB2：数据总线2位
DB3：数据总线3位
DB4：数据总线4位
DB5：数据总线5位
DB6：数据总线6位
DB7：数据总线7位
A：背光电源正极
K：背光电源负极
LCD1602显示屏的驱动我们可以使用LiquidCrystal库。LiquidCrystal库是Arduino中的一个LCD驱动库，我们可以使用库中的函数来对LCD显示屏进行操作。要驱动LCD显示屏我们就要知道扩展板上的LCD显示屏与Arduino是怎么连接的。在文章开头的图片中我们可以看到左侧对LCD显示屏引脚的连接有标注，LCD显示屏使能脚E接到了Arduino的数字9脚，RS脚接数字8脚，RW脚接地，信号脚DB4~DB7分别接数字脚4~7。LCD1602可以通过程序选择4线操作还是8线操作，我们的这块扩展板选择的是4线操作，所以数据脚只需要连接DB4到DB7即可。
在了解了LCD显示屏引脚功能以及与Arduino的连接后我们就可以通过LiquidCrystal库中的函数对LCD显示屏进行操作了，首先我们来看用到的第一个函数LiquidCrystal()，这个函数用于设置Arduino与LCD显示屏的连接信息，我们在使用这个函数的时候需要依次填入相应的参数，这块扩展板上显示屏与Arduino的数据连接是四线控制，所以我们使用LiquidCrystal()函数的时候需要依次填入LCD的RS、RW、E、D4、D5、D6、D7对应的Arduino引脚，由于RW是接地的，所以我们在填的时候可以省略。我们打开LiquidCrystal库的cpp文件可以看到LiquidCrystal()函数做的工作：
LiquidCrystal::LiquidCrystal(uint8_t rs,  uint8_t enable,
			     uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3)
{
  init(1, rs, 255, enable, d0, d1, d2, d3, 0, 0, 0, 0);
}
我们可以看到函数中调用了init()这个函数，这个函数就是用来对Arduino引脚来进行初始化的，具体内容为：
void LiquidCrystal::init(uint8_t fourbitmode, uint8_t rs, uint8_t rw, uint8_t enable,
			 uint8_t d0, uint8_t d1, uint8_t d2, uint8_t d3,
			 uint8_t d4, uint8_t d5, uint8_t d6, uint8_t d7)
{
  _rs_pin = rs;
  _rw_pin = rw;
  _enable_pin = enable;
  
  _data_pins[0] = d0;
  _data_pins[1] = d1;
  _data_pins[2] = d2;
  _data_pins[3] = d3; 
  _data_pins[4] = d4;
  _data_pins[5] = d5;
  _data_pins[6] = d6;
  _data_pins[7] = d7;

if (fourbitmode)
    _displayfunction = LCD_4BITMODE | LCD_1LINE | LCD_5x8DOTS;
  else 
    _displayfunction = LCD_8BITMODE | LCD_1LINE | LCD_5x8DOTS;
  
  begin(16, 1);  
}
这个函数非常简单，就是将我们对我们填写的引脚进行一个设置同时设置显示屏为4线还是8线控制。
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/095fe0f4e42605402c1e508ff41fa9c3.png)
在设置完引脚后我们可以进行第二步操作，第二步我们要用到的是begin()函数，这个函数的主要作用就是来设置LCD显示屏的显示尺寸，扩展板上用到的是LCD1602显示屏，显示尺寸为16列2行，在填写参数时我们要先填写列数再填写行数，所以我们的函数语句应为：LCD.begin(16,2);
我们同样可以在LiquidCrystal库的cpp文件中找到begin()函数的定义，因为篇幅原因就这里就不把代码贴出来了，具体的功能就是根据输入的行和列对LCD显示屏发送指令，设置显示的尺寸，我们连接的LCD四位数据线除了可以发送要显示的信息以外，还可以对LCD显示屏发送指令信息，显示屏会根据发送的指令进行相应的设置。
LCD显示屏内部控制器的指令如下表所示：
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/71dac0bb81768256bfa9744f6282d07b.jpg)
这11条指令就是LCD1602的所有指令了。这些指令我们在使用的时候不需要再编写程序发送，在LiquidCrystal库中已经封装好了各种函数，我们直接调用就可以了。
例如我们在前面设置好了引脚和显示屏尺寸后可以调用clear()函数来清屏，clear()同样是LiquidCrystal()库中的一个函数，我们可以找到它的定义：
void LiquidCrystal::clear()
{
  command(LCD_CLEARDISPLAY);  // clear display, set cursor position to zero
  delayMicroseconds(2000);  // this command takes a long time!
}
我们可以看到clear()函数里调用了command()函数和一个延时函数，command()函数命是命令，很显然这个函数是给LCD显示屏发送命令的，接着我们找到它的定义：
inline void LiquidCrystal::command(uint8_t value)
 {
  send(value, LOW);
}
在里面我们又看到了一个函数send()，这个函数有两个参数，value很明显指的是命令，LOW应该是引脚的配置，我们找到send()函数定义：
void LiquidCrystal::send(uint8_t value, uint8_t mode)
 {
  digitalWrite(_rs_pin, mode);

// if there is a RW pin indicated, set it low to Write
  if (_rw_pin != 255) { 
    digitalWrite(_rw_pin, LOW);
  }
  
  if (_displayfunction & LCD_8BITMODE) {
    write8bits(value); 
  } else {
    write4bits(value>>4);
    write4bits(value);
  }
}
通过分析上面这段程序我们就可以了解Arduino给LCD显示屏发送指令的步骤了，首先通过digitalWrite()函数让RS脚输出低电平，RS为低电平时操作的是指令寄存器，我们就可以开始写指令了，然后send()函数判断连接方式是4线还是8线，对于不同模式分别发送不同bit的指令，这就是对LCD写指令的操作，像clear()函数一样，LiquidCrystal库中也将其他指令封装成了函数，我们可以直接调用，这里我列出部分函数和各自的功能：
home()		将光标置于左上角，不会清屏
setCursor()	将光标置于指定位置
write()		在光标处显示一个字符
print()		显示字符串
cursor()		显示光标
blink()		光标闪烁
这只是一部分常用的，其余的函数也可以去库中查找。
在清屏操作后我们设置一下光标的位置也是要显示的字符的位置，我们通过调用setCursor()函数实现，这个函数可以将光标置于指定位置，函数内部同clear()函数，这里就不再介绍了。最后我们就要发送要显示的字符了，显示字符我们用到的是write()函数，显示字符串可以使用print()函数，这里讲一下write()函数，定义如下：
inline size_t LiquidCrystal::write(uint8_t value) {
  send(value, HIGH);
  return 1; // assume sucess
}
我们看到write()函数与command()函数很相似，只是对send()函数中引脚设置不同，前面讲过send()函数中的HIGH、LOW是设置RS的，RS为低是写指令，为高就是写数据的，所以write()里面设置RS为高，然后send()函数会自动转换字符为4bit还是8bit然后发送出去。这样就完成了一个字符的写入，有了单字符显示的函数我们很容易就能写字符串显示的函数了，这里就不再讲了，只需知道原理，用的时候直接调用print()函数就可以了。
现在我们就可以写一个简单的小程序在LCD上显示字符了，例如：
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/140630aca0f1bc09e3f9fbdae2952992.png)
通过这段程序我们就可以在LCD第一行显示一串字符，效果如下
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/e435168710cc0c76eebbc6d8bbd45e7c.jpg)
LCD的对比度我们可以通过左上角的电位器进行调整。现在我们已经实现了这块扩展板上LCD的驱动，接下来我们看一下扩展板上的5个按键要怎么驱动。
## 按键驱动
这块扩展板上按键的连接电路图如下：
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/eef4f1fbee70f0b733d8f14f1f97b200.png)
这五个按键连接在了Arduino的A0口上，A0是Arduino的一个模拟口，当按下不同的按键时A0口的电压是不同的，我们只要读取A0口的值再通过对比就可以分辨出我们按下的是哪一个按键，这种方法非常节省IO口，而且对按键的判断也是很准确的。
我们先写一段程序来看一下当按下不同按键时A0返回的值是多少。
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/a6baa01ef36054b53fb706c4427ad030.png)
上述程序可以在我们按下按键后将A0口的数值通过串口发送到电脑，我们可以打开Arduino的串口监视器
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/2563ba1c9d375a8de7613ae596bc0203.png)
当我们按下不同按键的时候，A0口可以读取到不同的值，并且不同按键是很好区分的，不过我们可以看到，对于同一按键，我们每次按下时A0口的值其实是在一个小范围内变化的，所以我们在写程序区分的时候就要选择好用来比较的值。
通过上述的原理我们就可以根据以下的程序来对按键进行判断了。
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/7be3884e1d39333849a9324b8f3c61cb.png)
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/d9c9e8eb555fb8f6c904875ac9036098.png)
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/133be41a01168b07c600b222ffbf56c3.png)
通过这段程序我们就可以判断按下的按键了，实际效果如下图
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/5f27ce9a7ddc23d7d001a9e1adfc598c.jpg)
![](https://cf05.ickimg.com/bbsimages/201911/da248651504d6ca78d6cc9656a3f946e.jpg)
以上就是LCD Keypad Shield的使用教程了，感谢各位观看本教程。

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