液晶表示器とは
液晶（Liquid Crystal Device）は液体（Liquid）の中に細長い結晶（Crystal）を封じ込めたデバイスで、細長い結晶の向きを外部の電界で変更することで、光の透過度を制御し文字を表示します。電界のみで制御できるため、LCD本体の消費電力は僅かです(このLCDの場合3mA)。ほとんどの電力はLCDのバックライトの光源（LED）で消費されます（30mW）。ここでは、16文字2行が表示できる小型のバックライト付き液晶表示器を利用します。
SD1602液晶表示器
液晶表示素子も各種販売されていますが、ここではブレッドボードで利用しやすい、 端子が一列になっている液晶文字表示器（LCD) SD1602 を利用します。文字は英数字のみが表示できます。液晶に 文字を表示するには、対応する文字コード（8bit）を送りこみます。この動作には、データを送るデータ線、データ線を制御する制御線、などが必要です。液晶には、文字以外に表示位置や表示モードを設定する必要があります。この設定にはコマンドと呼ばれるデータを送ります。文字コードとコマンドを区別するために、制御線 RS を利用します。
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SD１６０２
パラレルとシリアル転送
この LCD ではデータを４（８）本づつまとめて「並列」に送りますので、パラレル（並列）転送方式と呼びます。これに対し、データ線1本と数本の制御線で、「時系列」でデータを転送する方式をシリアル転送方式と呼びます。パラレル方式では、一般に複数のデータ信号と、データ送信のタイミングを示す ストローブ（イネーブル）信号を利用します。送信するときはデータ信号（複数）にデータを設定し、ストローブ信号を出します。受け取る方では、ストローブ信号に合わせて、データ信号の値を取り込みます。
LCD表示回路（パラレル）
SD1602の接続線は16本です。ピン配置は特殊で、左から14、13、..、2、1、と続き、最後にバックライト用の16,15 ピンとなります。7ピンから１４ピンは8本のデータ線ですが、8本を接続するのは「手間」なので、半分の4本だけを接続し、４ビットづつ2回に分けて送る方法を利用します。これで、接続するデータ線を4本（DB7:14, DB6:13, DB5:12, DB4:11 ）に節約できます。制御線には、データ/コマンドを選択するRS(4ピン)、read と write を区別するR/W(5ピン)、タイミングを指定する Enable 信号(6ピン)があります。ここではR/W は wite(0)側 に固定し（LCDの状態読み取り機能を利用しない） R/W 信号の接続を省力します。制御線は RS と Enable のみで、これを ArduinoのD12 と D10 に接続します。LCDのデータ線 D7-D4 をArduinoのD2-D5に接続します。
1ピンと 2ピンを電源の GND と ５V に接続します。液晶のコントラスト（VO:3ピン）は抵抗 5.6k を通してGNDと接続します。コントラストが適正でない場合、この値を調整します。また、バックライトの照明用電源として、A:15ピンを150Ωを通して５V端子に、K：16 ピンを GND 端子に接続します。
液晶の裏に配線 液晶をはずして配線を見る
液晶文字表示プログラム
LCDの表示には、LiquidCrystal.h ライブラリを利用します。このため、以下の # include でライブラリーを読み込みます。このライブラリは必要な初期設定を実行してくれます。#include <LiquidCrystal.h>LiquidCrystal lcd(12, 10, 5, 4, 3, 2); では液晶に接続する端子の番号と LCD の名前を指定します。端子は順に、RS、EN、DB7, DB6, DB5, DB4 の端子になります。この値を変更すれば、UNO と LCD の接続端子を変更できます。
lcd.begin(16, 2)では表示できる文字数と行数を指定します。lcd.print("hello, world!"); で表示する文字を指定します。
lcd.setCursor(0, 1); は表示を開始する文字の位置を指定します。0,1 は 0 列の第一行を指定します。数字は 0 から始まりますから、2行目の先頭の文字を意味します。millis()はプログラム開始後の時間をミリ秒単位で返す関数です。LCD の第2行には開始からの秒数を表示します。
//LCD表示試験
//接続
/*LCD 4 pin to UNO pin 12
* LCD 6 pin to UNO pin 10
* LCD 11 pin to UNO pin 5
* LCD 12 pin to UNO pin 4
* LCD 13 pin to UNO pin 3
* LCD 14 pin to UNO pin 2
* VoはGND端子に接続
* 表示が黒くなる場合 5.6K の抵抗の値を調整する
*/
// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>
// 液晶（LiquidCrystal）のインスタンス(lcd)を作成する
//数字はLCDの端子に対応するArduinoの端子番号
LiquidCrystal lcd(12, 10, 5, 4, 3, 2);
void setup() {
pinMode(11, OUTPUT);//r/w
digitalWrite(11, LOW);
// LCDの行数(2)と文字数を指定する
lcd.begin(16, 2);
// LCD に文字列を送る
lcd.print("hello, world!");
}
void loop() {
// 文字カーソルを0列 1行に設定する（0行が先頭の行）
lcd.setCursor(0, 1);
// millis() はプログラム開始以後の時間（ミリ秒単位）
lcd.print(millis()/1000);
}
液晶に棒グラフ表示
LCDでは文字を5列8行のドットパターンで表示しています。SD1602 は 0-9 までの文字コードに対して、表示するパターンを設定する機能があります（CGRAM）。
ドットパターン
この機能を利用して棒グラフの表示を行います。0-７ のコードに i に対し、下から i 行を塗りつぶしたパターンを定義します。上下の2行の文字を利用すると、合計16段階の棒グラフを表示できます。文字コードの定義には .createChar(cod,pat); を利用します。これは、cod に対し配列 pat[8] の文字パターンを定義します。lcd_makebarCode() は 8種の棒グラフ用のパターンを定義しています。
棒グラフ表示
下のプログラムは、2行の文字を連結して 0-16 段階の棒グラフを表示した例です。
// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>
char cod,i;
byte pat[9];
char top[16],btm[16];
char bar[16];
// lcd の作成
LiquidCrystal lcd(12, 10, 5, 4, 3, 2);
void setup() {
pinMode(11, OUTPUT);//r/w
digitalWrite(11, LOW);
// set up the LCD's number of columns and rows:
lcd.begin(16, 2);
// Print a message to the LCD.
lcd.print("hello, world!");
lcd_makebarCode();//棒グラフ表示用のコードを作成
for(i=0;i<16;i++)//グラフデータを作成
bar[i]= i;
lcd_bar(bar,16);// bar配列の8個のデータを表示
}
void loop() {
}
//棒グラフのパターン文字を作成
void lcd_makebarCode(){
for(cod=0;cod<8;cod++){
for(i=0;i<=8;i++) pat[i]=0;
for(i=0;i<=cod;i++) pat[7-i]=0x1F;
//codのコードのパターンをpat[]で定義する
lcd.createChar(cod,pat);
}
lcd.setCursor(0,0);
}
//bar[]の値をnum個棒グラフで表示する
void lcd_bar(char bar[],int num){
lcd.clear();
for(i=0;i<num;i++){
if(bar[i]<=8){
top[i]=' ';
btm[i]=bar[i]-1;
}
else{
top[i]=bar[i]-9;
btm[i]=7;
}
if(bar[i]==0) {
btm[i]=' ';
}
}
lcd.setCursor(0,0);
//delay_us(20);
// lcd_cmd(0x80);
for(i=0;i<num;i++)
lcd.write(top[i]);
lcd.setCursor(0,1);
//delay_us(20);
// lcd_cmd(0xc0);
for(i=0;i<num;i++)
lcd.write(btm[i]);
}
発展
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他にどんな液晶表示がありますか？
文字専用とグラフィック液晶があります。文字専用の場合、20文字4行の大型から8文字2行の小型まで各種あります。また、バックライト付きタイプでは、暗い場所でも読むことができます。
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利用の仕方は同じですか？
同じ端子は用意されていますが、端子の番号は異なります。
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グラフィック表示LCDの画素数は？
小型では 128*32ドット、中型では 128*64 ドットがあります。多くは、縦8ビットずつ2-4段に分割して表示します。
SPI 接続タイプもあります。