I2C LCD-дисплей 16x2: как подключить к Arduino, ESP32 и Pico

LCD 16x2, который показывает 2 строки по 16 символов, — самый распространённый дисплей в мире Arduino. На нём выводят показания вроде температуры и расстояния, меню, часы и счёт в играх. У самого дисплея 16 выводов, и ему одному нужно минимум 6 цифровых пинов; маленький I2C-модуль, припаянный сзади, сокращает это число всего до 2 проводов данных. В этой статье ты пошагово разберёшься, как подключить I2C LCD, найти его адрес и вывести на него всё, что захочется.

Как работает LCD-дисплей?

Эти дисплеи работают на микросхеме-драйвере HD44780. Каждый символ рисуется в маленькой клетке 5x8 пикселей, а внутри микросхемы есть встроенная таблица символов: буквы, цифры и некоторые значки. Arduino отправляет только команду вида «напиши эту букву в этой позиции»; превратить букву в пиксели — уже задача дисплея. Светодиодная подсветка делает текст читаемым в темноте, а слой жидких кристаллов формирует текст, затемняя пиксели.

Что такое I2C и почему с ним проще?

I2C — способ, которым несколько устройств общаются по двум проводам: SDA передаёт данные, а SCL — тактовый сигнал. У каждого устройства свой адрес, и Arduino обращается к нужному устройству по этому адресу. LCD-модули обычно используют адрес 0x27 или 0x3F. На те же два провода можно повесить модуль часов, OLED-дисплей и датчики вроде BME280; пока адреса разные, все они работают вместе.

Микросхема PCF8574 на модуле превращает команды, приходящие по I2C, в 8 параллельных сигналов, которых ждёт дисплей. Дисплей можно использовать и без I2C-модуля, но тогда понадобятся 6 пинов, потенциометр и куча проводов. Модуль экономит пины и делает схему аккуратнее.

Технические характеристики

Подключение I2C LCD: Arduino, ESP32 и Pico

На любой плате подключение одинаковое — четыре провода; меняется только то, на каких пинах находятся SDA и SCL. Чтобы увидеть I2C-пины своей платы, загляни в утилиту Распиновка.

Как найти I2C-адрес: скетч-сканер

Если адрес дисплея неизвестен, загрузи код ниже. Он перебирает все адреса от 1 до 126 и выводит в монитор порта адрес каждого устройства, которое ответило. Этот адрес понадобится при настройке дисплея.

1#include <Wire.h>
2
3void setup() {
4  Wire.begin();
5  Serial.begin(9600);
6  Serial.println("I2C taranıyor / scanning...");
7  for (byte addr = 1; addr < 127; addr++) {
8    Wire.beginTransmission(addr);
9    if (Wire.endTransmission() == 0) {   // cihaz cevap verdi / device answered
10      Serial.print("Bulundu / found: 0x");
11      Serial.println(addr, HEX);
12    }
13  }
14}
15
16void loop() {
17}

Установка библиотеки и вывод текста

В «Менеджере библиотек» (Library Manager) найди LiquidCrystal I2C и установи библиотеку от Frank de Brabander. Код ниже пишет приветствие в первой строке, а во второй — сколько секунд прошло с момента запуска Arduino.

1#include <Wire.h>
2#include <LiquidCrystal_I2C.h>
3
4LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);  // adres, sütun, satır / address, columns, rows
5
6void setup() {
7  lcd.init();
8  lcd.backlight();               // arka ışığı aç / backlight on
9  lcd.setCursor(0, 0);           // sütun 0, satır 0 / column 0, row 0
10  lcd.print("Merhaba Dunya!");
11}
12
13void loop() {
14  lcd.setCursor(0, 1);           // ikinci satır / second row
15  lcd.print("Sure: ");
16  lcd.print(millis() / 1000);    // saniye / seconds
17  lcd.print(" sn   ");           // eski rakamları sil / clear old digits
18  delay(200);
19}

Самые полезные команды LCD

Бегущая строка

Чтобы показать текст длиннее 16 символов, изображение можно прокручивать. Код ниже выводит текст и каждые 300 миллисекунд сдвигает его влево, так что длинное сообщение бежит по экрану, как на табло.

1#include <Wire.h>
2#include <LiquidCrystal_I2C.h>
3
4LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
5
6void setup() {
7  lcd.init();
8  lcd.backlight();
9  lcd.print("BlueGrays ile elektronik ogren");  // 16 karakterden uzun / longer than 16 chars
10}
11
12void loop() {
13  lcd.scrollDisplayLeft();   // bir adım sola / one step left
14  delay(300);
15}

Свои символы и особые буквы

В стандартной таблице символов HD44780 нет кириллицы и букв с диакритикой вроде é, ñ, ö, ü (бывают версии дисплея с русской таблицей, но чаще попадаются без неё); если попробовать их вывести, появятся бессмысленные значки. Решение — задать до 8 собственных символов 5x8 пикселей. Каждая строка записывается одним байтом, а биты, равные 1, — это горящие пиксели. Пример ниже рисует сердечко; точно так же можно нарисовать любую недостающую букву.

1byte heart[8] = {
2  0b00000,
3  0b01010,
4  0b11111,
5  0b11111,
6  0b01110,
7  0b00100,
8  0b00000,
9  0b00000
10};
11
12// setup() içinde / inside setup()
13lcd.createChar(0, heart);   // 0. yuvaya kaydet / store in slot 0
14lcd.setCursor(15, 0);
15lcd.write(byte(0));         // kalbi göster / show the heart

I2C LCD с ESP32 и Raspberry Pi Pico

На ESP32 работают тот же код Arduino и та же библиотека; Wire.begin() по умолчанию использует GPIO 21 (SDA) и GPIO 22 (SCL). Если нужны другие пины, напиши Wire.begin(SDA, SCL). На Raspberry Pi Pico с MicroPython скопируй на Pico два небольших файла — lcd_api.py и pico_i2c_lcd.py — и используй их так:

1from machine import I2C, Pin
2from pico_i2c_lcd import I2cLcd   # Pico'ya kopyalanan dosya / file copied to the Pico
3
4i2c = I2C(0, sda=Pin(4), scl=Pin(5), freq=400000)
5addr = i2c.scan()[0]              # ilk bulunan adres / first found address
6lcd = I2cLcd(i2c, addr, 2, 16)    # 2 satır, 16 sütun / 2 rows, 16 columns
7
8lcd.putstr("Merhaba Pico!")
9lcd.move_to(0, 1)                 # sütun 0, satır 1 / column 0, row 1
10lcd.putstr("BlueGrays")

Идеи проектов с I2C LCD

• Цифровой термометр: выводи на дисплей температуру и влажность; про датчик читай в статье Датчик температуры и влажности DHT11.
• Индикатор расстояния: показывай в сантиметрах расстояние, измеренное HC-SR04; подробности в статье Датчик расстояния HC-SR04.
• Цифровой вольтметр: показывай напряжение, считанное с аналогового пина.
• Кодовый замок: показывай набранный на клавиатуре код звёздочками.
• Система меню: листай пункты на дисплее потенциометром или двумя кнопками.
• Мини-игра: пусть бегущий человечек из своих символов уворачивается от препятствий.

Частые ошибки и как их исправить

• Подсветка горит, а текста нет: не настроен контраст; покрути подстроечный резистор.
• Сплошные прямоугольники в верхней строке: питание есть, но дисплей не инициализирован; возможно, неверный адрес, перепутаны SDA и SCL или не вызвана lcd.init().
• Неверный адрес: в коде 0x27, а у дисплея 0x3F; найди настоящий адрес скетчем-сканером.
• Остаются старые цифры: число, упавшее со 100 до 99, выглядит как 990; выводи после числа несколько пробелов. lcd.clear() тоже помогает, но работает медленно, и при частом вызове в loop экран мерцает.
• Кракозябры вместо особых букв: их нет в таблице дисплея; задай свои символы или обойдись без них.
• Текст случайно портится: длинные, болтающиеся провода или шумные детали вроде моторов могут мешать шине I2C; делай провода короткими, а моторы питай от отдельного источника.

Дисплей в паре с датчиком — самый быстрый путь к первому настоящему проекту. В приложении BlueGrays есть десятки проектов с I2C LCD со схемами и готовым кодом, а чтобы менять значения ручкой, пригодится статья Что такое потенциометр?.