De LCD display module

Duik met ons in de fascinerende wereld van LCD karakterdisplays, waar we de tijdloze klassiekers van onder andere de 1602 en 2004 schermen onder de loep nemen. Deze krachtige en veelzijdige displays hebben de harten veroverd van zowel hobbyisten als professionals in talloze projecten, variërend van doe-het-zelf weerstations tot geavanceerde industriële toepassingen. In deze blog ontrafelen we de geheimen achter deze twee populaire modules, terwijl we hun mogelijkheden en charmes verkennen, zodat je de perfecte keuze kunt maken voor het volgende meesterwerk.

De opkomst en populariteit van de LCD karakter displaymodules

De geschiedenis van deze LCD displaymodule begon in de jaren 80 toen Hitachi de HD44780-controller introduceerde, die nu als industriestandaard wordt beschouwd. Deze baanbrekende controller maakte het voor ontwikkelaars eenvoudiger om LCD-modules te gebruiken in hun projecten, aangezien het de communicatie tussen de display en de microcontroller vereenvoudigde. Hierdoor konden makers zich meer richten op de functionaliteit van hun projecten in plaats van op de complexiteit van de displaytechnologie.

In de loop der jaren zijn karakter-LCD-displays geëvolueerd en aangepast aan de behoeften van de markt. De 1602 en 2004 LCD-modules zijn hier prachtige voorbeelden van. De 1602, een 16x2 display met 16 tekens en 2 regels, werd al snel populair onder hobbyisten en professionals vanwege zijn compacte formaat en veelzijdigheid. Het stelde gebruikers in staat om eenvoudige en duidelijke informatie op het scherm weer te geven en bood een kosteneffectieve oplossing voor verschillende toepassingen.

Later kwam de 2004-module op de markt, een 20x4 display met 20 tekens en 4 regels, waardoor gebruikers meer informatie konden weergeven zonder de noodzaak van meerdere schermen. Deze module werd al snel een favoriet onder ontwikkelaars die meer gegevens wilden weergeven in hun projecten, zoals in geavanceerde weerstations, geautomatiseerde systemen en industriële toepassingen. De populariteit van karakter-LCD-modules, zoals de 1602 en 2004, blijft tot op de dag van vandaag voortduren dankzij hun eenvoud, betrouwbaarheid en gebruiksgemak in een breed scala aan projecten.



Hoe karakter LCD displays tot leven komen: Een blik op de technologie erachter

De werking van een LCD display, zoals de 1602 en 2004 modules, is gebaseerd op het gebruik van vloeibare kristallen die reageren op elektrische signalen om beelden en tekst weer te geven. Het hart van het display is de HD44780-controller, die fungeert als een interface tussen de microcontroller en het LCD-paneel. Deze controller vertaalt de ontvangen instructies van de microcontroller naar de juiste spanningen die nodig zijn om de vloeibare kristallen te activeren en zo het gewenste karakter te tonen.

De vloeibare kristallen bevinden zich tussen twee lagen glas, waarvan één is voorzien van een matrix van elektroden om de spanning te leveren. Wanneer spanning wordt toegepast op een bepaalde elektrode, veranderen de vloeibare kristallen van oriëntatie, waardoor het licht op een specifieke manier wordt gepolariseerd. Dit zorgt ervoor dat de achtergrondverlichting door het glas wordt geblokkeerd of doorgelaten, waardoor het karakter zichtbaar wordt op het scherm.

De LCD modules hebben een vooraf ingestelde reeks tekens opgeslagen in hun ingebouwde ROM (zie onderstaande afbeelding), wat betekent dat ze een beperkte set van vooraf gedefinieerde symbolen en letters kunnen weergeven. Om tekst en afbeeldingen op het scherm weer te geven, worden de gegevens van de microcontroller naar de HD44780-controller gestuurd, die vervolgens de vloeibare kristallen in de juiste positie plaatst om het gewenste karakter of patroon te vormen.

HD44780 karakter set

Eigen karakters toevoegen

In het geheugen van het LCD display kunnen 8 karakters worden toegevoegd met 5x8 pixels. Deze moeten naar het display worden geschreven als een array van 8 bytes. Ook dit is erg makkelijk te doen door middel van de LiquidCrystal library.

Custom karakters LCD display

De aansluiting

Het LCD heeft een parallelle interface, wat betekend dat de microcontroller op verschillende lijnen aangesloten moet worden om de juiste delen aan te spreken.

Register select (RS): Deze pin bepaald waar in het geheugen van het LCD geschreven moet worden; het data register, voor het schrijven van karakters naar het scherm, of naar het instructie register, om commando's te geven.

Read/Write (R/W): Lees of schrijf toestand.

Enable: Schrijven wel of niet toestaan.

Data (D0 -D7): De data die naar het display wordt geschreven.

1602 LCD Pinout

4 bit en 8 bit modus

Het LCD kan in 2 modi worden aangestuurd; 4 bit en 8 bit. Dit heeft betrekking op het aantal lijnen waarover de data wordt geschreven naar het display. Data dat naar het display word geschreven is altijd 8 bit lang, wanneer het LCD over 4 bit wordt aangesproken moet de data dus in 2 keer worden verzonden. Het voordeel hiervan is dat er in totaal maar 6 I/O pinnen aangesloten hoeven te worden in plaats van de 10 pinnen in 8 bit modus. Wanneer er moet worden gelezen van het display moet R/W ook aan een I/O pin worden verbonden, maar deze is in dit voorbeeld verbonden aan ground (altijd schrijven).

LiquidCrystal Library

Omdat het aanspreken van de juiste registers lastig kan zijn, is voor het LCD natuurlijk ook een library beschikbaar voor de Arduino. Deze library komt standaard bij de Arduino software, waardoor het niet eens nodig is extra bestanden te downloaden. Zoals in het voorbeeld te zien is, is de initialisatie met deze library heel simpel. Voor het schrijven van tekst hoeft alleen het aantal karakters op het scherm (bijvoorbeeld 16 x 2) en het gewenste bericht in te worden gesteld.

// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>

// initialize library with the the interface pins
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
  // initialize LCD with the number of columns and rows
  lcd.begin(16, 2);
  // Print a message to the LCD.
  lcd.print("Opencircuit.nl");
}

void loop() {
  
}

I2C interface module

Met de I2C interface module worden nog meer pinnen bespaard. Deze module heeft slechts 2 data lijnen nodig om het LCD display aan te sturen. Let er wel op dat de baud rate op 115200 staat!

I2C LCD interface moduleDeze module realiseert een snelle I2C interface met de bekende LCD displays (16x02, 16x04 en 20x04), wat de besturing van deze displays stukken makkelijker en zuiniger met I/O pinnen maakt. Niet op voorraad € 2,30

LiquidCrystal Library I2C

Er is een aangepaste versie van de LiquidCrystal library beschikbaar om het display over I2C aan te spreken. De zip moet vervolgens in de Arduino library folder ( %HOMEPATH%\Documents\Arduino\libraries ) worden uitgepakt om te gebruiken. Zoals in het code voorbeeld hieronder te zien is, is het LCD display nog op dezelfde wijze aan te sturen. Op de I2C module zit ook nog een ingebouwde potentiometer voor de contrast van de karakters.

#include <Wire.h> 
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

// Set the LCD I2C address
LiquidCrystal_I2C lcd(0x20);  

#define BACKLIGHT_PIN     13

void setup()
{
  // Switch on the backlight
  pinMode ( BACKLIGHT_PIN, OUTPUT );
  digitalWrite ( BACKLIGHT_PIN, HIGH );
  
  // initialize LCD with the number of columns and rows
  lcd.begin(16,2);              

  // Print a message to the LCD.
  lcd.print("Opencircuit.nl");
}

void loop()
{

}

Een tijdloze technologie: De blijvende impact van de 1602 en 2004 LCD modules

In deze blog hebben we de boeiende wereld van karakter-LCD-modules verkend, met speciale aandacht voor de iconische 1602 en 2004 displays. We hebben de geschiedenis, evolutie en werking van deze modules besproken, waarbij we zagen hoe ze uitgroeiden tot populaire keuzes voor zowel hobbyisten als professionals. Deze veelzijdige en betrouwbare displays blijven een essentieel onderdeel van talrijke projecten en zullen, ondanks de opkomst van nieuwere technologieën, hun relevantie behouden dankzij hun eenvoud, gebruiksgemak en kosteneffectiviteit.