用树莓派驱动一个 16×2 的 LCD

原文链接：Mikey Sklar
译文链接：http://www.geekfan.net/5588/ 翻译：极客范 - tien

不管什么项目，如果加上一个液晶显示屏的话肯定都会看起来更棒。这篇文章将详解如何用树莓派的六个通用端口（GPIO）来连接一个廉价的HDD44780的小型LCD。当然也有用I2C或是UART来连接LCD的， 但是使用GPIO是最直接的方法。

这种方法的几个优势：

• 使得廉价的LCD得以应用
• 不需要I2C的驱动器
• 不会占用树莓派仅有的USB口

以下是用Python代码控制显示的时间日期以及IP地址。如果你的树莓派运行在Headless模式下（Headless模式是系统的一种配置模式。在该模式下系统缺少了显示设备、键盘或鼠标），能有个小的显示屏显示IP地址可是很有吸引力的。

以下是完成本次教程的必要硬件

• 一个标准的16×2的LCD
• Adafruit Pi Cobbler （树莓派GPIO的扩展设备，这里是以Cobbler为例，当然也可以用树莓派的breakout）
• 面包板
• 连接线
• 一个树莓派

本教程只适用于16×1, 16×2, 20×2, 20×4 的LCD

连接Cobbler到LCD上

LCD

任何一个拥有16个引脚的LCD基本上都是用HD44780控制器来控制的。 这种类型的LCD的引脚都拥有相同的输入输出功能，所以比较容易使用。LCD采用的是并行接口，这就意味着树莓派需要提供多个引脚来控制它。本篇教程中我们会用到树莓派的4个数据引脚（4位模式）和两个控制引脚。

数据引脚可以直接传输数据到LCD上， 这里我们只让LCD处于写模式，不读取任何数据。

寄存器的选择引脚有两种用途。当设置为低位时，它可以发送指令到LCD（比如显示的位置或是清空屏幕），可理解为命令寄存器。 当设置为高位的时候，它使得LCD转为数据模式并且将数据传输到屏幕上。

读/写引脚在这里会被设置成低位（写模式），因为我们只是想让LCD作为一个输出设备。

LCD 各个引脚的定义：

1. Ground
2. VCC - 5v not 3.3v
3. Contrast adjustment (VO) from potentiometer
4. Register Select (RS). RS=0: Command, RS=1: Data
5. Read/Write (R/W). R/W=0: Write, R/W=1: Read (we won’t use this pin)
6. Clock (Enable). Falling edge triggered
7. Bit 0 (Not used in 4-bit operation)
8. Bit 1 (Not used in 4-bit operation)
9. Bit 2 (Not used in 4-bit operation)
10. Bit 3 (Not used in 4-bit operation)
11. Bit 4
12. Bit 5
13. Bit 6
14. Bit 7
15. Backlight LED Anode (+)
16. Backlight LED Cathode (-)

在连接这些引脚之前，先确认你的LCD的背光是否可以正常工作，背光应为LED的背光因为这只需要10－40mA的功率，但是若为EL的背光就需要200mA以上的功率了。EL背光的LCD往往会便宜些但是用起来比较难操作，确保你的LCD不是EL背光，否则会将整个树莓派的功率拖下来。还有一些LCD的LED背光没有自带的稳压电阻，所以在连接前要去确定好你的LCD是否需要加载额外的电阻来保证背光LED正常工作。

线路图

首先将Cobber的电源引脚连接到面包板的供电轨上。+5V的用红线连接到红线轨上（译者认为这里连接3.3V的就够了）， GND用黑线连接到蓝线轨上， 为了能使数据传到LCD上，我们将进行以下的连接。

• LCD的Pin 1脚接地(黑线)
• LCD的Pin 2脚接 +5V(红线)
• LCD的Pin 3脚接到分压器的中间位置（橙线）
• LCD的Pin 4脚接到Cobber的 #25位 （黄线）
• LCD的Pin 5脚接地（黑线）
• LCD的Pin 6脚接到Cobber的#24位
• LCD的Pin 7，8，9，10什么都不接
• LCD的Pin 11脚接 Cobber的 ＃23位（蓝线）
• LCD的Pin 12脚接 Cobber的 ＃17位 （紫线）
• LCD的Pin 13脚接 Cobber的 ＃21位 （灰线）（译者推荐这里连接＃18位）
• LCD的Pin 14脚接 Cobber的 ＃22位 （白线）
• LCD的Pin 15脚接 +5V（红线）
• LCD的Pin 16脚接地 （黑线）

分压器左边的引脚接地（黑线），右边的引脚接+5V（红线）。

原理图

5V LCD vs 3.3V Pi

树莓派配置的通用接口（GPIO）为3.3V，但是我们的LCD是需要5V配电的设备。如果我们仅仅是用LCD做树莓派的输出设备的话，连接5V的引脚当然没有问题。所以我们这里不使用Cobbler上3.3V的Pin口，并且我们将LCD上的RW（读写）脚接地，这样就避免了LCD向树莓派发送+5V的信号。

准备LCD

在你开始前，确认你有一组 0.1“规格的引脚和一个阻值为10K的分压器。

大部分LCD显示屏是需要16个引脚的，如果头部太长，可以适当剪短到合适的长度即可。

接着你需要将引脚和LCD焊接到一起。你必须这么做，不能只是扣上去就完事了。

首先将Cobbler上的+5V引脚跟GND引脚连接到面包板上。接着如图连接LCD的Pin1脚、Pin2脚、Pin15脚和Pin16脚连接到面包板的供电轨上。这个时候LCD的背光应该就亮了，如果没有亮请检查你的线路是否连接正常。

接着，将分压器中间的引脚按图中所示连接到LCD的Pin脚3上，其他两个引脚分别连接5V电源和地线。

扭动分压器直到LCD的第一行显示出方块来。如果看不到，检查一下线路是否连接正确。

按照电路图所示完成LCD最后RS（Pin 4脚），RW（Pin 5脚）， EN（Pin 6脚）， D4（Pin 11脚）， D5（Pin 12脚）， D6（Pin 13脚）和D7（Pin 14脚）的连接。

到这里，就可以用Python脚本来驱动LCD显示些东西了。

必要的Python包

本教程是基于Debian的Wheezy系统写成的。必须要安装以下组件才能使用树莓派的GPIO口。

安装python（2.x）的最新开发套件：

安装如下组件：

sudo apt-get install python-setuptools
sudo easy_install -U distribute 
sudo apt-get install python-pip

安装 RPi.GPIO 0.3.1a:

sudo pip install rpi.gpio

Python脚本

代码

可以在Github获得控制LCD的Python脚本。其中包括两个文件：

1. Adafruit_CharLCD.py —该文件中包含用来控制LCD的Python类
2. Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py — 样例程序，用来显示IP地址、日期时间。

第一个文件Adafruit_CharLCD.py将两个LCD的控制代码混合在了一起。感谢Github上的用户lrvick，他用一个Python类将它们漂亮的封装在一起。

将代码加载到树莓派上的最简单的方法就是将树莓派连上网络，然后直接通过git的clone命令来下载。只要在合适的目录下（比如说/home/pi/）键入以下命令即可：

apt-get install git
git clone http://github.com/adafruit/Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code.git
cd Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code
cd Adafruit_CharLCD

测试

现在你就可以测试之前连接好的线路了，只要简单运行Python代码Adafruit_CharLCD.py即可。因为这里的代码很少，它只会简单的显示出一段测试消息。

无论你使用的是什么型号的树莓派，译者在这里建议大家将引脚21替换换为引脚18， 所以这里要对 Adafruit_CharLCD.py做一个小小的改动，将：

def __init__(self, pin_rs=25, pin_e=24, pins_db=[23, 17, 21, 22], GPIO = None):

修改为：

def __init__(self, pin_rs=25, pin_e=24, pins_db=[23, 17, 18, 22], GPIO = None):

可以使用nano编辑器来修改代码。

下图为译者按照参考进行的试验，整体进行很顺利，提醒一下译者连接的时候就是用的树莓派的Pin #18口 而不是原文作者使用的#21或者#27。（顺便让译者的小黄人stuart也上一下镜，希望大家喜欢 :D ）

IP和时钟的显示

这个脚本的功能是显示你的IP地址，若想显示无线接口的IP地址，请将代码中的eth0替换为wlan0或者wlan1即可。

#!/usr/bin/python

from Adafruit_CharLCD import Adafruit_CharLCD
from subprocess import *
from time import sleep, strftime
from datetime import datetime

lcd = Adafruit_CharLCD()

cmd = "ip addr show eth0 | grep inet | awk '{print $2}' | cut -d/ -f1"

lcd.begin(16,1)

def run_cmd(cmd):
    p = Popen(cmd, shell=True, stdout=PIPE)
    output = p.communicate()[0]
    return output

while 1:
    lcd.clear()
    ipaddr = run_cmd(cmd)
    lcd.message(datetime.now().strftime('%b %d  %H:%M:%S\n'))
    lcd.message('IP %s' % ( ipaddr ) )
    sleep(2)

运行代码

运行代码很简单，直接输入下列命令即可。注意脚本的权限问题，可用chmod +x命令修改为可执行。

sudo ./Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py

显示结果如下

初始化脚本

能成功显示出时间和IP地址固然很好，但是这需要我们手动去启动 Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py 若是能在每次树莓派启动时，都能运行这个Python程序的话就会方便很多。下面我们将设置 Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py 为开机自启动，而在关机时会自动关闭。

将下段代码粘贴到 /etc/init.d/lcd，注意，需要 root 权限才能在这个目录下执行写操作。

### BEGIN INIT INFO
# Provides: LCD - date / time / ip address
# Required-Start: $remote_fs $syslog
# Required-Stop: $remote_fs $syslog
# Default-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6
# Short-Description: Liquid Crystal Display
# Description: date / time / ip address
### END INIT INFO

#! /bin/sh
# /etc/init.d/lcd

export HOME
case "$1" in
    start)
        echo "Starting LCD"
        /home/pi/Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code/Adafruit_CharLCD/Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py  2>&1 &
    ;;
    stop)
        echo "Stopping LCD"
    LCD_PID=`ps auxwww | grep Adafruit_CharLCD_IPclock_example.py | head -1 | awk '{print $2}'`
    kill -9 $LCD_PID
    ;;
    *)
        echo "Usage: /etc/init.d/lcd {start|stop}"
        exit 1
    ;;
esac
exit 0

你需要相应的将路径修改为你实际保存该脚本的路径才行。

修改初始化脚本的执行权限：

sudo chmod +x /etc/init.d/lcd

用 update-rc.d 命令使系统感知lcd初始化脚本：

sudo update-rc.d lcd defaults

现在每次启动树莓派的时候lcd也会自动启动并显示出系统的时间和IP地址到屏幕上。这样你就可以在不用屏幕显示器的情况下知道树莓派的IP地址以及何时可以连接上它。

时区

最后但也是最重要的是：我的树莓派是按世界统一时间（UTC）配置的，但是我想让它显示出我所在的本地时间。以下命令可将树莓派设定为任意时区的本地时间，这个命令是一次性的，一旦完成设定，重启之后也不会失效。

sudo dpkg-reconfigure tzdata

指令输入之后会转到一个选择时间域的程序，下移光标选择你所在的时区就可以了。