LCD 的顯示功能是在我們進行 Arduino 學習或開發時，相當重要的基礎，除了可以顯示重要的資訊給使用者外，也可以當我們開發者除錯的好用工具，今天就來學習這部分的程式該如何實現，我們會先從常見的 16×2 兩行的文字型開始，透過 LCD1602 I2C 介面顯示需要的文字，不僅所需要腳位更少( sclk 跟 sdata 兩條傳輸)，如果搭配第三方寫好的函式庫，使用起來更加簡潔快速，相信各位朋友一定會愛上，我們就趕快來看看吧!
1. LCD1602 介紹
一般提到 LCD，大部分人應該會直接聯想到電腦平台的顯示螢幕，但觀察一下我們周邊的常見的電子產品，是不是也都有個小螢幕與我們產生互動？舉例來說，計算機的螢幕可以顯示數字與運算的結果，智慧手錶中的螢幕除了可以顯示目前時間，甚至還是顯示重要文字訊息。在 Arduino 系統中，最常見也最實用的顯示元件就是 16×2 的文字型 LCD 螢幕，16 是指單行可顯示 16 字元，2 則是提供兩行的空間，下圖為實際的LCD1602顯示螢幕。（圖片取自 公司產品）
那 LCD 顯示螢幕通常會提供什麼介面與 Arduino Uno 進行連接溝通呢？ 有兩種方式，一種為直接使用數位的 IO 腳位( Paralled )，另一種則是 I2C 的通訊連接。JIMI哥 推薦如果想玩玩看的朋友，可以直接購買有 I2C 介面的 LCD 顯示螢幕，I2C 版本的 LCD 通常會比一般版的高一些，但如果直接用 GPIO 方式進行 LCD 的相關實驗的話，各位朋友會發現所佔用的數位腳位真的有點多，基本的 8 條資料線+3條控制線，也或者可以使用4條訊號線+3個控制線模式，但相較於 I2C 介面的模組，僅需1條 DATA + 1條 CLOCK，還是 I2C 的優勢比較明顯。
有些朋友會問怎麼辨別購買的 LCD 有沒有 I2C 介面？最快的方法就是看模組背面，因為現在的廠商為了兼具相容性與降低成本，都會額外設計一個 I2C 的模組，利用焊接的方式，外掛到只有一般 IO 介面的 LCD，所以我們僅需要確定這個 LCD模組背面是否有多一塊 I2C 轉接的電路板，再來就是確認是適用 3.3 或 5V 電壓(當然也有 3.3V 或 5V 都兼容的)，因為 Uno 為 5V 系統，選用上的考量當然是以 5V LCD 為第一優先。
2. I2C 通訊介面原理
再來來聊聊 I2c 的通訊原理，I2C 跟 UART 一樣都算是單晶片系統中常見的通訊協定，跟 UART 不一樣的地方是，它的訊號線中包含了一條 CLOCK 訊號，所以它是屬於同步類型的協定。
它的最初設定的用途是做為 IC 與 IC 間通訊，兩支訊號線 DATA 與 CLOCK 即可以開始傳遞與接收訊息，架構上則是採用 Master 與 Slave 的主從式架構，講的白話一點，就是當你要設計一個I2C網路在你的線路上，必須先決定誰是老大（Master）跟小弟（slave），Master 負責發號施令，Slave 則根據接收到命令來進行回話或動作。
備註：補充一下，其實 I2C 沒有規定網路只能有1個 Master 喔(多主從架構)，只是在單晶片系統中，常將主控制器設為 Master，周邊的應用 IC 會設定為 Slave 的角色。
I2C 還有一個特色就是『位址』，所有的 IC 裝置必須有個位址，各位朋友可以想像一下，老大（Master）把10個小弟(10 Slave )一起叫來一個房間開會(串成一個I2C 網路)，他應該如何下達命令？答案就是為每個小弟編上一個編號，這樣命令才不會傳達錯人的風險，這個編號也就是所謂的位址，真實 IC 的位址是必須跟 NXP所申請的（收取費用），目的為確保裝置 ID不會有重複的疑慮。
3. LCD1602 I2C 電路接法
我們瞭解過 I2C 的基本原理後，就可以來使用 I2C 介面的 LCD，接線方式很簡潔，僅需兩條訊號線（SDA+ SCLK），Uno 預設的 I2C 腳位是在編號 A4（SDA）與 A5（SCLK）這兩支，別忘了接上 LCD 需要的電源與地，完整電路連接如下：
$ PULL-HIGH 電阻
這邊有個地方要需留意一下，在接 i2c 的線路時，整個線路上必須接上所謂的 Pull-High 上拉電阻，也就是分別在 SCL 跟 SDA 的線路上接個 3.3K 或 4.7K 的電阻到 VCC 電源，因為 i2c 是屬於 open-drain 驅動的電路，沒有接上 Pull-High 電阻的話，BUS 上就不會有 HIGH 的準位，這個電阻僅須在整個 BUS 上接上一組即可，電阻值也是有限制的，不過通常接個 K 級歐姆等級在一般應用來說都是 OK的。
在我們購買的 LCD1602 配上 I2c 的模組來說，大多已經加上這兩個 Pull-High 電阻，所以如果朋友後續測試發現 i2c 怎麼怪怪的，可以先試試著檢查這個電阻是否已經加在整個 i2c 網路。
4. 程式功能
我們直接來實做一個簡單的秀出文字在 LCD1602，各位朋友可以參考下面的原始程式碼修改『HELLO WORLD』字串即可。
$ 安裝 I2C LCD 函式庫
因為 LCD 1602 的 I2c 模組已經算是通用規格，所以最快運用的方法就是利用第三方的 LCD 函示庫，JIMI哥 在這邊推薦大家可以用 Matthias Hertel 這位作者寫的 LiquidCrystal_PCF8574 這個 Library，可以直接到下面網站下載 zip 檔並安裝到 Arduino 的 IDE 內:
https://www.mathertel.de/Arduino/LiquidCrystal_PCF8574.aspx
要安裝額外的 Library 到 IDE 有兩種方法，一是利用 IDE 內的搜尋功能，另一個就是利用手動的方式加入 IDE 的 Library 資料夾中，這邊我們介紹第一種最快的方式安裝：
步驟1: 打開 IDE 的工具–>管理程式庫
步驟2: 搜尋 LiquidCrystal_PCF8574 與下載安裝
$ 原始程式碼
#include <LiquidCrystal_PCF8574.h>
#include <Wire.h>
LiquidCrystal_PCF8574 lcd(0x27);
// set the LCD address to 0x27
void setup()
{
lcd.begin(16, 2); // initialize the lcd
} // setup()
void loop(){
lcd.setBacklight(255);
lcd.home();
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("HELLO WORLD!!!");
lcd.setCursor(0, 1);
delay(200);
} // loop()
$ 程式講解
0#include <LiquidCrystal_PCF8574.h> #include <Wire.h> LiquidCrystal_PCF8574 lcd(0x27); // set the LCD address to 0x27
由於這個 lcd 函數是透過 i2c 來做溝通，所以我們將 LiquidCrystal_PCF8574.h 跟 wire.h I2c 的函數同時 include 進來，並用 0x27 這個的位置進行初始化 lcd 物件，各位朋友可以參考手邊的 lcd 的 Address 是多少填入，如果為拍賣購入的大多是 0x27 或 0x3F。(記得要先安裝好 LiquidCrystal，不然 complie 會出現找不到這個函式庫)
void setup()
{
lcd.begin(16, 2); // initialize the lcd
} // setup()
在 setup() 函數內，主要為設定 lcd 為 16chars 和 2 行的參數。
void loop(){
lcd.setBacklight(255);
lcd.home();
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("HELLO WORLD!!!");
lcd.setCursor(0, 1);
delay(200);
} // loop()
在 loop() 函數內，依序設定
- 背光調到最亮
- 重置 LCD
- 清除螢幕顯示字
- 設定游標為至為 (0,0) //第 0 行第 0 個位置
- 顯示 HELLO WORLD
- 設定游標為至為(0,1) //第 1 行第 0 個位置
- 延遲 200ms
5. 總結&懶人包
以上就是用 I2C 介面 LCD 的用法，接線上只需要稍微注意一下，SDA 與 SCL 不要接反，應該要秀出文字就沒有太大的問題，下次我們就來聊聊萬一手邊的 LCD1602 只有 IO 介面時，又該怎麼使用，這篇的內容就到這啦，最後是今日懶人包內容（Arduino ino File），如果有什麼問題歡迎下面留言與我討論呦！
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