MicroPython(ESP8266)に萌えたい。I2C経由でキャラクターLCD表示

2023年10月31日 2023年12月5日

pengin

MicroPython(ESP8266)を使用して、I2Cで接続できるキャラクターLCDの表示を行ってみたいと思います。

使用したLCDは、Z８S１８０でも使用した「KKHMF DC 5V 1602 LCD ディスプレイモジュール 16×2キャラクタ LCDブルーブラックライト」と「EasyWordMall 1602 LCD ブラック IIC/I2C/TWI/SPI シリアルインタフェースボードモジュール」です。(amazon等で購入）

ただ、上記キャラクターLCDは５V仕様なので、３.3V仕様のESP-WROOM-02とは直接に接続することができません。そこで今回はI2Cレベル変換モジュールPCA9306（AE-PCA9306）（秋月電子）を使用しました。

回路図は下記のとおりです。

thonnyとシリアル通信するためには、回路図には図示していませんが、IO15(6pin）を10KΩでGnd(プルダウン)に接続する必要があります。
および、IO2(7pin)、IO0(8pin)は内部でプルアップされていますが、必要であれば10KΩでVCC(3.3V)に接続してください。

EasyWordMall 1602 LCD ブラック IIC/I2C/TWI/SPI シリアルインタフェースボードモジュールへの接続は、Ｊ１のコネクターで、シルク表示で　ＧＮＤ、Ｖｃｃ、ＳＤＡ、ＳＣＬの順番になっています。
半固定ボリュームはＬＣＤの輝度調整用で、真ん中あたりにしておきます。
ＬＥＤと表示されているジャンパーを抜くとバックライトが消えるようです。

Ｉ２Ｃインターフェイスモジュールのスレーブアドレスは、
　　　ＰＣＦ８５７４Ｔ　では、０ｘ２７
　　　ＰＣＦ８５７４ＡＴでは、０ｘ３ｆとなるようです。
　　　アマゾンのレビューをみると２種類のデバイスが出荷されているよう
　　　なのでついているデバイスの確認が必要です。
　　（ともに　Ａ０／Ａ１／Ａ２がオープンの時）
今回購入したものは、ＰＣＦ８５７４Ｔで、０ｘ２７となっていますので以下スレーブアドレスは、０ｘ２７の設定となっています。

MicroPythonのプログラムは下記のようになりました。
開発環境は前回の「MicroPython(ESP8266)に萌えたい。ESP-WROOM-02でＬちか。」を参照してください。

まずは、I2Cのpinを決めます。ESP8266ではソフトウェアI2Cになっているので、任意のpinを指定できます。
ここでは、SCL＝IO14(3pin)、SDA＝IO12(4pin)に設定しました。
必要な、ライブラリーとI2Cの初期を行います。
LCDのI2Cアドレスは前記の通り、0x27です。

from machine import Pin, I2C

import utime

i2c=I2C(scl=Pin(14),sda=Pin(12),freq=100000)

LCD_i2c_addr= 0x27

LCD ディスプレイモジュールとI2C シリアルインタフェースボードモジュールとは次のような接続になっています。
ＬＣＤの制御のために、ＲＳ／ＲＷ／ＥＮ／ＬＥＤの各端子のビット位置を設定します。ちなみに　ＬＣＤへのデータ転送は、４ＢｉｔモードになっていますのでＤ７～Ｄ４までの４Ｂｉｔで設定します。

#   lcd 1602 port
#
#      D0 > RS
#      D1 > R/W
#      D2 > E
#      D3 > LED on/off
#      D4 > DB4
#      D5 > DB5
#      D6 > DB6
#      D7 > DB7

ＬＣＤへの書き込みは４ビットごとに書き込みします。
書き込みには、コマンドデータと表示用データの書き込みの２種類があります。
モードの切り替えは　ＲＳ端子で行います。
コマンドデータ　＞＞　ＲＳ＝０
表示用データ　　＞＞　ＲＳ＝１

書き込みと読み出しのモード切替はＲＷ端子で行います。
読み出し　＞＞　ＲＷ＝１
書き込み　＞＞　ＲＷ＝０
今回の場合は、読み出しは行わないので、ＲＷ端子は常に　０のままです。

実際の書き込みタイミングは、ＥＮを正論理でパルスを送ります。
つまり、　ＥＮ　＞＞　０＞１＞０のタイミングの１発だけのパルスを生成します。

バックライトは常にＯＮにしています
パックライトＯＮ　＞＞　ＬＥＤ＝１
バックライトＯＦＦ＞＞　ＬＥＤ＝０

コマンド用の4ビットの書き込みのユーザー関数プログラムは下記のようになります。

lcd4bitwriteの引数commandでコマンド用のデータを渡します。
commandは4bit左シフトし、D7～D4に渡します。
コマンドデータ用なので、RS＝０、つまりD0=0とします。
論理和ORで必要なビットを1にし、論理積ANDで必要なビットのみ１を取ります。
lcd_command_buff[0]で作成したcommandをバッファに入れます。
i2c.writetoでI2Cアドレスとlcd_command_buffを指定して書き込みします。

    
def lcd4bitwrite(command):
    command = command << 4
    command = command | 0b00001000
    command = command & 0b11111000
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001100
    command = command & 0b11111100
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001000
    command = command & 0b11111000
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)

同様に表示用の4ビットの書き込みのプログラムは下記のようになります。
表示データ用なのでRS=1、つまりD0=１とします。

def data_lcd4bitwrite(command):
    command = command << 4
    command = command | 0b00001001
    command = command & 0b11111001
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001101
    command = command & 0b11111101
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001001
    command = command & 0b11111001
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)

続いて、8ビットコマンド用および8ビット表示用の関数を作成します。
8ビットなので、上位4ビット下位4ビットの分けて4ビット用のユーザー関数で書き込みします。

def lcd8bitwrite(command):
    command2 = command
    command = command >> 4
    lcd4bitwrite(command)
    lcd4bitwrite(command2)

def data_lcd8bitwrite(command):
    command2 = command
    command= command >> 4
    data_lcd4bitwrite(command)
    data_lcd4bitwrite(command2)

LCDのイニシャライズは、作成した、 lcd4bitwrite(command)とlcd8bitwrite(command)を利用して、イニシャライズを行います。

def lcd_init():
    data_set = 0x03
    lcd4bitwrite(data_set)
    utime.sleep_ms(5)
    lcd4bitwrite(data_set)
    lcd4bitwrite(data_set)
    data_set = 0x02
    lcd4bitwrite(data_set)
    data_set = 0x28
    lcd8bitwrite(data_set)
    data_set = 0x0c
    lcd8bitwrite(data_set)
    data_set = 0x01
    lcd8bitwrite(data_set)
    utime.sleep_ms(2)
    data_set = 0x06
    lcd8bitwrite(data_set)
    data_set = 0x02
    lcd8bitwrite(data_set)
    utime.sleep_ms(2)

メインのプログラムは、LCDのイニシャライズを行った後、messge1とmessge２を表示します。
messge1はUnicodeで書かれた文字を単語ごとに登録しています。UnicodeからASCIIに変換するのにord()関数が必要です。
messge２は、ASCIIコードを直接16進表記にして登録しています。

messge1=bytearray(16)
messge2=bytearray(16)
messge1=(' ','*','*','*','*','E','S','P','8','2','6','6','*','*','*',' ',)
# messge2 = Hello I2C World
messge2=(0x20,0x48,0x65,0x6c,0x6c,0x6f,0x20,0x49,0x32,0x43,0x20,0x57,0x6f,0x72,0x6c,0x64,)

lcd_init()

for i in range(0, 16):
    data_lcd8bitwrite(ord(messge1[i]))
    
data_set = 0xc0
lcd8bitwrite(data_set)

for i in range(0, 16):
    data_lcd8bitwrite(messge2[i])

LCDには、下記のように表示されます。

　****ESP8266***
　Hello I2C World

全体のプログラムは下記の通りです。

#　　MicroPython（ESP8266） I2C LCD display(KKHMF 1602 LCD +EasyWordMall 1602 LCD i2c i/F)
#
#   SCL = IO14(3pin)
#   SDA = IO12(4pin)
#   LCD I2C address =0x27 (addr open) 
#
#   lcd 1602 port
#
#      D0 > RS
#      D1 > R/W
#      D2 > E
#      D3 > LED on/off
#      D4 > DB4
#      D5 > DB5
#      D6 > DB6
#      D7 > DB7
#
from machine import Pin, I2C

import utime

i2c=I2C(scl=Pin(14),sda=Pin(12),freq=100000)

LCD_i2c_addr= 0x27


lcd_command_buff=bytearray(1)

messge1=bytearray(16)
messge2=bytearray(16)
messge1=(' ','*','*','*','*','E','S','P','8','2','6','6','*','*','*',' ',)
# messge2 = Hello I2C World
messge2=(0x20,0x48,0x65,0x6c,0x6c,0x6f,0x20,0x49,0x32,0x43,0x20,0x57,0x6f,0x72,0x6c,0x64,)


def lcd_init():
    data_set = 0x03
    lcd4bitwrite(data_set)
    utime.sleep_ms(5)
    lcd4bitwrite(data_set)
    lcd4bitwrite(data_set)
    data_set = 0x02
    lcd4bitwrite(data_set)
    data_set = 0x28
    lcd8bitwrite(data_set)
    data_set = 0x0c
    lcd8bitwrite(data_set)
    data_set = 0x01
    lcd8bitwrite(data_set)
    utime.sleep_ms(2)
    data_set = 0x06
    lcd8bitwrite(data_set)
    data_set = 0x02
    lcd8bitwrite(data_set)
    utime.sleep_ms(2)

    
def lcd4bitwrite(command):
    command = command << 4
    command = command | 0b00001000
    command = command & 0b11111000
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001100
    command = command & 0b11111100
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001000
    command = command & 0b11111000
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)   

def data_lcd4bitwrite(command):
    command = command << 4
    command = command | 0b00001001
    command = command & 0b11111001
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001101
    command = command & 0b11111101
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)
    command = command | 0b00001001
    command = command & 0b11111001
    lcd_command_buff[0]= command
    i2c.writeto(LCD_i2c_addr,lcd_command_buff)   

def lcd8bitwrite(command):
    command2 = command
    command = command >> 4
    lcd4bitwrite(command)
    lcd4bitwrite(command2)

def data_lcd8bitwrite(command):
    command2 = command
    command= command >> 4
    data_lcd4bitwrite(command)
    data_lcd4bitwrite(command2)


lcd_init()

for i in range(0, 16):
    data_lcd8bitwrite(ord(messge1[i]))
    
data_set = 0xc0
lcd8bitwrite(data_set)

for i in range(0, 16):
    data_lcd8bitwrite(messge2[i])

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