用树莓派驱动一个16×2的LCD
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：
- Ground
- VCC - 5v not 3.3v
- Contrast adjustment (VO) from potentiometer
- Register Select (RS). RS=0: Command, RS=1: Data
- Read/Write (R/W). R/W=0: Write, R/W=1: Read ( we won’t use this pin )
- Clock (Enable). Falling edge triggered
- Bit 0 (Not used in 4-bit operation)
- Bit 1 (Not used in 4-bit operation)
- Bit 2 (Not used in 4-bit operation)
- Bit 3 (Not used in 4-bit operation)
- Bit 4
- Bit 5
- Bit 6
- Bit 7
- Backlight LED Anode (+)
- 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：
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sudo apt - get install python - dev |
安装如下组件：
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sudo apt - get install python - setuptools sudo easy_install - U distribute sudo apt - get install python - pip |
安装 RPi.GPIO 0.3.1a
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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：
- Adafruit_CharLCD.py —该文件中包含用来控制LCD的Python类
- 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：
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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
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def __init__ ( self , pin_rs = 25 , pin_e = 24 , pins_db = [ 23 , 17 , 21 , 22 ] ,GPIO = None ) : |
修改为：
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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 ）
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。
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#!/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 )
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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。
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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。
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### 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
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修改初始化脚本的执行权限：
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sudo chmod + x / etc / init . d / lcd |
用update-rc.d命令使系统感知lcd初始化脚本：
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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。
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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。
