Raspberry Pi Pico: python-LCD-display

Char LCD Display

Character LCD Display Controller와 LCD Module

LCD Display Module은 LCD Panel과 LCD Display Controller IC로 구성 된다.

이용자가 LCD Display Module을 선택 하면 LCD Panel의 물리적인 크기와 기능 결정된 상태 이기 때문에 여기서는 LCD에 표시되는 문자와 위치 등을 프로그램으로 제어하는 Display Controller에 대한 Interface와 Control(제어 프로그램)에 대하여 설명 한다.

Hitachi HD44780 Dot matrix LCD driver & controller

HD44780 LCD driver의 개요
HD44780 Block Diagram
HD44780 LCD driver의 중요 기능
Display Data RAM (DDRAM)
Instructions

LMC1623A LCD Module의 외부 Pin 배열
LCD Module을 사용 하여 Data Bit를 4Bit만 사용한 Interfacing 예(Port A 사용)
HD44780 Controller 의 Access Type과 Timing Diagram
Parallel Port LCD Interface(4 Bits) 프로그램 예

Parallel Port LCD Interface(4 Bits) 프로그램 예
Keypad와 LCD를 이용한 가산기 프로그램 예
I2C 통신을 사용한 LCD 모듈 제어 프로그램 예

LCD 표시 장치 관련 페이지 보기

Hitachi HD44780 Dot matrix LCD driver & controller

HD44780 LCD Display Controller는 대표적인 Character type dot matrix LCD controller 이다.

Hitachi HD44780와 삼성 S6A0069 Dot matrix LCD driver & controller는 호환 된다.

Hitachi HD44780.pdf

HD44780 LCD driver의 개요

5 x 8 and 5 x 10 dot matrix possible
Low power operation support: 2.7 to 5.5V
Correspond to high speed MPU bus interface: 2 MHz (when VCC = 5V)
4-bit or 8-bit MPU interface enabled
80 x 8-bit display RAM (80 characters max.)
9,920-bit character generator ROM for a total of 240 character fonts

208 character fonts (5 ´ 8 dot)
32 character fonts (5 ´ 10 dot)

64 x 8-bit character generator RAM
Wide range of instruction functions:

Display clear, cursor home, display on/off, cursor on/off, display character blink, cursor shift,display shift

HD44780 Block Diagram

HD44780는 Instruction Register(IR)과 Data Register(DR)을 이용하여 컴퓨터(대부분의 경우 Embedded computer)로 부터 명령(Instruction)과 Display Data를 전송 받고, LCD Controller의 동작 상태(Flag)를 전송 한다.
다른 장치(Embedded computer)와 통신은 3종류의 Control 신호(Register Selection(RS), Read/Write(R/~W), Enable(E))와 Data Bus(DB0 - DB7) 신호를 이용 하여 실행 된다.

HD44780 LCD driver의 중요 기능

외부 장치와 통신에 이용 되는 Registers

Instruction register(IR) : Stores instruction codes

display clear, cursor shift, 등의 명령과
Address information을 외부 장치로 부터 받는다.

Display data RAM (DDRAM)과
Character generator RAM (CGRAM)의 Address를 받는다.

Data register(DR): DDRAM 이나 CGRAM에 Read/Write 하는 Data을 임시로 저장 하는 Rg 이다.

LCD Controller의 상태를 표시 하는 Busy Flag (BF)

HD44780가 내부 동작 모드일 경우(Busy 상태)에는 다음 명령을 받을 수 없기 때문에 LCD Controller의 내부 동작 상태를 표시하는 Flag가 필요 하다.
Busy Flag는 DB7에 Output 된다.

Address Counter(AC)

LCD Controller 내부에 있는 Rg로 Instruction register로 부터 필요한 Address 정보를 받는다.
DDRAM 이나 CGRAM의 Address를 저장 한다.

Registers Selection과 Operation

Registers Selection 신호(RS)

RS가 Low(0)인 경우 LCD Controller 내의 Instruction register가 선택 된다.
RS가 High(1)인 경우 LCD Controller 내의 Data register가 선택 된다.

Read/Write Operation 신호(R/~W)

R/~W가 Low(0)인 경우 RS Register에 의하여 선택 된 Rg에 Write Operation이 실행 된다.
R/~W가 High(1)인 경우 RS Register에 의하여 선택 된 Rg로 부터 Read Operation이 실행 된다.

Display Data RAM (DDRAM)

Display Data RAM (DDRAM) Address Counter(AC)

Display data RAM(DDRAM)은 80 x 8 bits(80자)를 저장 할 수 있다.
80 Byte의 Address(DDRAM address) 공간을 표시 하기 위하여 7Bit Address Counter가 필요 하다.

1-Line Display(N=0) 모드인 경우 Display 위치와 DDRAM address

1-Line에 8자를 표시하는 LCD Panel인 경우 Display 예

LCD Display Module이 1줄에 8자를 표시 할 수 있는 경우, 윗 그림과 같이 DDRAM에 저장 할 수 있는 80자(Byte) 중 선택된 8자만 Display 된다.
Shift Left Operation: 윗 그림과 같이 DDRAM에 저장된 80 Byte의 Data가 Left Shift 되고 0 번지 부터 7 번지 사이의 Data가 Display 된다.
Shift Right Operation: 윗 그림과 같이 DDRAM에 저장된 80 Byte의 Data가 Right Shift 되고 0 번지 부터 7 번지 사이의 Data가 Display 된다. 0 번지에 8번지의 Data가 아니라 16진수 0x4f(79번째) 번지의 Data가 Shift 되는 것에 유의 할 것.

2-Line Display(N=1) 모드인 경우 Display 위치와 DDRAM address

2-Line에 각 Line 마다 8자를 표시하는 LCD Panel인 경우 Display 예

LCD Display Module이 2줄에 8자를 표시 할 수 있는 경우, 윗 그림과 같이 DDRAM에 저장 할 수 있는 80자(Byte) 중 선택된 8자만 각 Line에 Display 된다. 둘째줄 첫번째 위치에 16진수 0x40 번지의 Data가 Display 되는 것에 유의 할 것.
Shift Left Operation: 윗 그림과 같이 각 줄의 Data가 별도로 Left Shift 되고 그 결과가 Display 된다.
Shift Right Operation: 윗 그림과 같이 각 줄의 Data가 별도로 Right Shift 되고 그 결과가 Display 된다.

2-Line에 각 Line 마다 16자를 표시하는 LCD Panel인 경우 Display 예

Instructions

아래 표는 HD44780 LCD Controller에서 실행 할 수 있는 명령을 요약 하여 보여 주고 있다. 자세한 내용은 첨부한 pdf 자료를 참고 하기 바람. 별첨 자료: hd44780.pdf

LMC1623A LCD Module의 외부 Pin 배열

아래 표는 LCD Module(LMC1623A)의 Pin 배열과 Function 설명서 이다.
이 Module은 기본적으로 8 Bit Data Bus를 사용 하고 있다. 그러나 이 경우 Control 신호 3개를 포함 하면 8 Bit Output Port 하나를 사용 하여 제어 할 수 없기 때문에 이 LCD Module은 Data Bus를 4 Bit 만 사용(8 Bit Data를 4 Bit 씩 2번 전송)하는 변형된 Interface를 제공 한다.

LCD Module(LMC1623A)은 모듈 동작에 필요한 14Pin 이외에 Backlight 제어를 위한 2개의 핀을 포함 하여 16Pin으로 구성된 경우가 있다.(아래 그림 참고 요)

윗 LCD Module을 사용 하여 Data Bit를 4Bit만 사용한 Interfacing 예

아래 회로는 LCD Module(LMC1623A)과 외부장치(Embedded Computer)의 Interfacing 예 이다.
이 예에서는 Data Bit를 4 Bit 만 사용 하여 PortA 8 Bit 중 7 Bit(Control 신호 3 Bit + Data Bit 4 Bit)만 사용 하였다.

HD44780 Controller 의 Access Type과 Timing Diagram

아래 그림은 LCD Module 제어 프로그램 작성에 필요한 정보를 제공 하기 위한 Timing Diagram 이다.

Parallel Port LCD Interface(4 Bits) 프로그램 예:

Parallel Port LCD Interface(4 Bits) 프로그램 예: LCD-HD44780-4bit-class-main.py

주: LCD 제어 library는 "Awesome MicroPython"의 "MicroPython I2C 16x2 LCD Screen"을 사용하였다.

LCD 제어 library와 테스트 프로그램(main())을 하나의 파일로 작성한 예

"""
MicroPython Character LCD Display library for Pi Pico, ESP8266.
8Bits Data(Command or characters)를 4Bits 씩 나누어 2번 전송한다.
필요한 GPIO Pin: 제어신호 3 Pin(RS, RW, EN), Data 전송 4 Pin을 사용한다.
"""
from time import sleep
from machine import Pin

class CharLCD(object):
  #  LCD driver에 전송하는 Data의 종류를 지정한다.
  LCD_CHR = 1  # 이 경우 전송되는 data는 Data register(DR)에 전송된다.
  LCD_CMD = 0  # 이 경우 전송되는 data는 Instruction register(IR)에 전송된다.
  
  # LCD display 각 line의 시작 번지를 설정하는 Code 이다.
  # DDRAM의 Address를 설정하는 명령(DB7 = 1)과
  #  첫 Line의 시작번지 ROW_OFFSETS 0x00(DB6 - DB0)를 16진법으로 표시하면 0x80이 된다. 
  #  둘째 Line의 시작번지 ROW_OFFSETS 0x40(DB6 - DB0)를 16진법으로 표시하면 0xC0가 된다. 
  # 이 프로그램은 최대 4 Lines(HD44780은 최대 2 Line) 까지 출력할 수 있도록 설정하었다.
  LCD_LINES = (0x80,  0xC0,  0x94,  0xD4)
  LCD_ROW_OFFSETS = (0x00, 0x40, 0x14, 0x54)
  
  # Command constants: Instructions table의 Command code를 참고 요
  LCD_CLEAR = 0x01          # Clear display command
  LCD_CURSORSHIFT = 0x10    # Cursor or display shift command
  LCD_DISPLAYCONTROL = 0x08 # Display on/off control command
  LCD_HOME = 0x02           # Return home command
  LCD_SETDDRAMADDR = 0x80   # Set DDRAM address command
  LCD_SETCGRAMADDR = 0x40   # Set CGRAM address command
  
  # Display on/off control command의 Control flags
  LCD_DISPLAYON = 0x04   # Display on/off control: On
  LCD_DISPLAYOFF = 0x00  # Display on/off control: Off
  LCD_CURSORON = 0x02    # Cursor on/off control: On
  LCD_CURSOROFF = 0x00   # Cursor on/off control: Off
  LCD_BLINKON = 0x01     # Blinking on/off control: On
  LCD_BLINKOFF = 0x00    # Blinking on/off control: Off
  
  # Cursor or display shift command의 Option bit 설정
  LCD_DISPLAYMOVE = 0x08 # Display shift
  LCD_MOVELEFT = 0x00    # Shift to left
  LCD_MOVERIGHT = 0x04   # Shift to right
  
  # LCD제어에 사용하는 Timing constants
  E_PULSE = 0.0005 # EN(Enable) 신호가 High(1) 상태를 유지하여야 하는 시간 mSec
  E_DELAY = 0.0005 # EN High 신호 전후에 Low(0) 상태를 유지하여야 하는 시간 mSec
  HOMEDELAY = 0.05 # Clear and home 명령 실행에 걸리는 시간 mSec
  
  # CharLCD object가 생성될 때 실행되는 초기화 Method
  def __init__(self, rs=10, rw=11, en=12, d4=13, d5=14, d6=15, d7=16,
             cols=16, rows=2):
    """Constructor for LCD.
    Args:
        rs (int):  Register select address GPIO pin.
        rw (int):  R/W GPIO pin.
        en (int):  Enable GPIO pin.
        d4 (int): Data4 GPIO pin.
        d5 (int): Data5 GPIO pin.
        d6 (int): Data6 GPIO pin.
        d7 (int): Data7 GPIO pin.
        cols (int): Number of character columns.
        lines (int): Number of display rows.
    """
    # LCD 제어와 Data 전송(4Bits)에 사용하는 GPIO Pin 설정
    self.rs = Pin(rs, Pin.OUT)
    self.rw = Pin(rw, Pin.OUT)
    self.en = Pin(en, Pin.OUT)
    self.d4 = Pin(d4, Pin.OUT)
    self.d5 = Pin(d5, Pin.OUT)
    self.d6 = Pin(d6, Pin.OUT)
    self.d7 = Pin(d7, Pin.OUT)
    # LCD module의 column과 row 수
    self.cols = cols
    self.rows = rows
    
    # LCD module의 초기화를 실행하는 명령
    # hd44780.pdf의 "Figure 26 4-Bit Interface"를 참고 바람
    # 명령 Code는 MSD 4Bits를 먼저 전송하고 LSD 4Bits를 전송한다.
    self.lcd_byte(0x33, self.LCD_CMD) # 
    self.lcd_byte(0x32, self.LCD_CMD)
    self.lcd_byte(0x28, self.LCD_CMD)
    self.lcd_byte(0x0C, self.LCD_CMD)
    self.lcd_byte(0x06, self.LCD_CMD)
    self.clear()  # LCD module의 초기화한 다음 LCD를 Clear 한다.
    # Display를 on하고 Cursor와 Blinking을 off 한다.
    self.displaycontrol = (
      self.LCD_DISPLAYON | self.LCD_CURSOROFF | self.LCD_BLINKOFF)
    
  # LCD module에 Command 또는 Character를 전송하는 함수
  def lcd_byte(self, bits, mode):
    """Args:
      bits (byte): LCD Display에 전송하는 Data.
      mode: LCD_CHR(Character mode) or LCD_CMD(Command mode)
    """
    self.rs.value(mode)  # Rg(Data or Command) selection  signal.  
    self.rw.value(0)     # Read/Write  selection  signal
    sleep(self.E_DELAY)  # EN(Enable) delay time
    
    # High bits data 설정
    self.d4.value(0)
    self.d5.value(0)
    self.d6.value(0)
    self.d7.value(0)
    if bits & 0x10 == 0x10:
      self.d4.value(1)
    if bits & 0x20 == 0x20:
      self.d5.value(1)
    if bits & 0x40 == 0x40:
      self.d6.value(1)
    if bits & 0x80 == 0x80:
      self.d7.value(1)
    
    # Enable signal pin control(Toggle).
    sleep(self.E_DELAY)
    self.en.value(1)
    sleep(self.E_PULSE)
    self.en.value(0)
    sleep(self.E_DELAY)
    
    # Low bits data 설정
    self.d4.value(0)
    self.d5.value(0)
    self.d6.value(0)
    self.d7.value(0)
    if bits & 0x01 == 0x01:
      self.d4.value(1)
    if bits & 0x02 == 0x02:
      self.d5.value(1)
    if bits & 0x04 == 0x04:
      self.d6.value(1)
    if bits & 0x08 == 0x08:
      self.d7.value(1)
    
    # Enable signal pin control(Toggle).
    sleep(self.E_DELAY)
    self.en.value(1)
    sleep(self.E_PULSE)
    self.en.value(0)
    sleep(self.E_DELAY)
    
  # LCD display를 Clear 하고 Cursor를 Home에 위치하게 한다.
  def clear(self):
    self.lcd_byte(self.LCD_CLEAR, self.LCD_CMD)
    sleep(self.HOMEDELAY)  # required
  
  # Display enable or disable
  # Args: Enable(enable=True, default), Disable(enable=False)
  def enable(self, enable=True):
    if enable:
      self.displaycontrol |= self.LCD_DISPLAYON
    else:
      self.displaycontrol &= ~self.LCD_DISPLAYON
    
    self.lcd_byte(
      self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol, self.LCD_CMD)
    
  # Return cursor to home position.
  def home(self):
    self.lcd_byte(self.LCD_HOME, self.LCD_CMD)
    sleep(self.HOMEDELAY)
  
  # Display text on LCD display.
  def message(self, message, align=0):
    """Args:
        message (string):  Text to display.
        align: Justify text.  1-3은 Message의 앞과 뒤를 여백으러 채운다.
            0 = No justification
            1 = Left
            2 = Centered
            3 = Right
    Note:
        이 명령을 사용하기 전에 cursor가 Line의 첫 칸에 위치하도록 하여야한다. 
        set_line(), clear(), home() or set_cursor(0, row) 명령을 사용하면
        cursor가 Line의 첫 칸에 위치하도록 할 수 있다. 
    """
    if align == 1:
      message = '{0:<{1}}'.format(message, self.cols)
    elif align == 2:
      message = '{0:^{1}}'.format(message, self.cols)
    elif align == 3:
      message = '{0:>{1}}'.format(message, self.cols)
    
    for i in range(len(message)):
      self.lcd_byte(ord(message[i]), self.LCD_CHR)

# Move cursor left one position.
  def cursor_left(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_MOVELEFT, self.LCD_CMD)

# Move cursor right one position.
  def cursor_right(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_MOVERIGHT, self.LCD_CMD)
   
  # Move display left one position.
  def move_left(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVELEFT,
      self.LCD_CMD)
  
  # Move display right one position.
  def move_right(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVERIGHT,
      self.LCD_CMD)
  
  # Cursor를 지정하는 위치(column and row position)로 이동한다.
  def set_cursor(self, col, row):
    """Args:
        col (int):  Cursor column (zero is first column).
        row (int):  Cursor row (zero is first line).
    """
    # Clamp row to the last row of the display.
    if row > self.rows:
      row = self.rows - 1
    # Set location.
    self.lcd_byte(self.LCD_SETDDRAMADDR | (
      col + self.LCD_ROW_OFFSETS[row]), self.LCD_CMD)
    
  # Cursor를 지정된 Line의 첫 칸에 위치하도록 한다.
  def set_line(self, num):
    """Args:
        num (int):  Line number (zero based 0 - 3)
    """
    self.lcd_byte(self.LCD_LINES[num], self.LCD_CMD)
  
  # Cursor blinking을 Enable or disable 한다.
  # Args: Enable(show=True, default), Disable(show=False)
  def show_blink(self, show=True):
    if show:
      self.displaycontrol |= self.LCD_BLINKON
    else:
      self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON
  
    self.lcd_byte(
      self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol, self.LCD_CMD)
  
  # Underline cursor enable or disable .
  # Args: Enable(show=True, default), Disable(show=False)
  def show_underline(self, show=True):
    if show:
      self.displaycontrol |= self.LCD_CURSORON
    else:
      self.displaycontrol &= ~self.LCD_CURSORON
  
    self.lcd_byte(
      self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol, self.LCD_CMD)
  
  # LCD display에 custom character를 추가한다.
  def create_char(self, location, pattern):
    """Args:
        location (int):  0 - 7 8개의 CGRAM 위치에 Custom character를 추가할 수 있다.
        pattern ([byte]): 사용자 정의 문자 패턴 Byte array.
    Notes:
        Custom characters를 생성하는 Online tool 주소:
        http://www.quinapalus.com/hd44780udg.html
        Character size는 5x8 이다.
        사용자 정의 문자를 표시하려면 16진수 주소 0에서 7을 사용한다.
        사용자 정의 문자를 표시하는 예:  lcd.message('\x03')
    """
    # location(position)은 0..7 만 가능하다.
    location &= 0x7
    self.lcd_byte(self.LCD_SETCGRAMADDR | (location << 3), self.LCD_CMD)
    # Custom characters 패턴을 CGRAM에 Write 한다.
    for i in range(8):
      self.lcd_byte(pattern[i], self.LCD_CHR)
  
"""Pi Pico 또는 ESP8266/32에 Character LCD display를 연결하여 사용하는 예."""
# class CharLCD(object)를 다른 File에 분리하여 작성하는 경우
# class CharLCD(object)를 File name LCD_HD44780로 작성하여 저장하고
# 아래 2줄의 Comment 처리를 해제하여야 한다.
# from time import sleep
# from LCD_HD44780 import CharLCD
def main():
  """LCD control demo."""
  # LCD Class(object)를 생성하고 초기화 한다.
  lcd = CharLCD(rs=10, rw=11, en=12, d4=13, d5=14, d6=15, d7=16,
                cols=16, rows=2)
  
  # 1 - 2 line에 centered message를 출력한다.
  lcd.message('Hello', 2)
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('World!', 2)
  sleep(3.0)
  
  # Underline cursor를 Enable하고 메세지를 출력 한다.
  lcd.clear()
  lcd.show_underline()
  lcd.message('Underline')
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('Cursor: ')
  sleep(3.0)
  
  # Blinking cursor를 Enable하고 메세지를 출력 한다..
  lcd.clear()
  lcd.show_blink()
  lcd.message('Blinking')
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('Cursor: ')
  sleep(3.0)
  
  # Blink cursor 와 Underline cursor를 Disable 한다.
  lcd.show_underline(False)
  lcd.show_blink(False)
  
  # Message를 좌우로 Scrolling 한다.
  lcd.clear()
  lcd.message('Scrolling Demo')
  sleep(1.0)
  # Message를 우로 Scrolling 한다.
  for i in range(16):
    sleep(0.25)
    lcd.move_right()
  # Message를 좌로 Scrolling 한다.
  for i in range(16):
    sleep(0.25)
    lcd.move_left()
  sleep(2.0)
  
  # 0 - 3 번지에 Custom characters 패턴을 생성한다.
  lcd.create_char(0, bytearray([7, 12, 24, 16, 22, 22, 22, 16]))
  lcd.create_char(1, bytearray([28, 6, 3, 1, 13, 13, 13, 1]))
  lcd.create_char(2, bytearray([16, 20, 20, 23, 19, 24, 12, 7]))
  lcd.create_char(3, bytearray([1, 1, 5, 29, 25, 3, 6, 28]))
  lcd.clear()
  lcd.message('The', 3)
  lcd.home()
  # 첫줄 첫 칸에 0 번지와 1번지 Custom characters를 출력한다.
  lcd.message('\x00')
  lcd.message('\x01')
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('End', 3)
  lcd.set_cursor(0, 1)
  # 둘째줄 첫 칸에 2 번지와 3번지 Custom characters를 출력한다.
  lcd.message('\x02')
  lcd.message('\x03')
  
main()

실험을 위한 준비

위에 있는 "윗 LCD Module을 사용 하여 Data Bit를 4Bit만 사용한 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 LCD 모듈을 연결 한다.

실험 방법

LCD-HD44780-4bit-class-main.py를 다운로드하여 저장 한다.
Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 LCD-HD44780-4bit-class-main.py를 Open 한다.
실험

"실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
프로그램이 실행되면 main()에서 설정한 메세지가 LCD에 연속하여 출력된다.

LCD 제어 library와 테스트 프로그램(main())을 별도 파일로 작성한 예

LCD 제어 library 프로그램 예: LCD_HD44780.py

# Move cursor left one position.
  def cursor_left(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_MOVELEFT, self.LCD_CMD)

실험을 위한 main 프로그램 예: LCD-HD44780-4bit-main.py

"""Pi Pico 또는 ESP8266/32에 Character LCD display를 연결하여 사용하는 예."""
# class CharLCD(object)를 다른 File에 분리하여 작성하는 경우 main() 함수 예
from time import sleep
from LCD_HD44780 import CharLCD
def main():
  """LCD control demo."""
  # LCD Class(object)를 생성하고 초기화 한다.
  lcd = CharLCD(rs=10, rw=11, en=12, d4=13, d5=14, d6=15, d7=16,
                cols=16, rows=2)
  
  # 1 - 2 line에 centered message를 출력한다.
  lcd.message('Hello', 2)
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('World!', 2)
  sleep(3.0)
  
  # Underline cursor를 Enable하고 메세지를 출력 한다.
  lcd.clear()
  lcd.show_underline()
  lcd.message('Underline')
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('Cursor: ')
  sleep(3.0)
  
  # Blinking cursor를 Enable하고 메세지를 출력 한다..
  lcd.clear()
  lcd.show_blink()
  lcd.message('Blinking')
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('Cursor: ')
  sleep(3.0)
  
  # Blink cursor 와 Underline cursor를 Disable 한다.
  lcd.show_underline(False)
  lcd.show_blink(False)
  
  # Message를 좌우로 Scrolling 한다.
  lcd.clear()
  lcd.message('Scrolling Demo')
  sleep(1.0)
  # Message를 우로 Scrolling 한다.
  for i in range(16):
    sleep(0.25)
    lcd.move_right()
  # Message를 좌로 Scrolling 한다.
  for i in range(16):
    sleep(0.25)
    lcd.move_left()
  sleep(2.0)
  
  # 0 - 3 번지에 Custom characters 패턴을 생성한다.
  lcd.create_char(0, bytearray([7, 12, 24, 16, 22, 22, 22, 16]))
  lcd.create_char(1, bytearray([28, 6, 3, 1, 13, 13, 13, 1]))
  lcd.create_char(2, bytearray([16, 20, 20, 23, 19, 24, 12, 7]))
  lcd.create_char(3, bytearray([1, 1, 5, 29, 25, 3, 6, 28]))
  lcd.clear()
  lcd.message('The', 3)
  lcd.home()
  # 첫줄 첫 칸에 0 번지와 1번지 Custom characters를 출력한다.
  lcd.message('\x00')
  lcd.message('\x01')
  lcd.set_line(1)
  lcd.message('End', 3)
  lcd.set_cursor(0, 1)
  # 둘째줄 첫 칸에 2 번지와 3번지 Custom characters를 출력한다.
  lcd.message('\x02')
  lcd.message('\x03')
  
main()

실험을 위한 준비

위에 있는 "윗 LCD Module을 사용 하여 Data Bit를 4Bit만 사용한 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 LCD 모듈을 연결 한다.

실험 방법

LCD 제어 library 프로그램 "LCD_HD44780.py"를 다운로드하여 저장 한다.
실험을 위한 main 프로그램 "LCD-HD44780-4bit-main.py"를 다운로드하여 저장 한다.
Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 LCD_HD44780.py 파일을 Open 한다.
Thonny IDE의 "...(으)로 저장" 기능을 사용하여 LCD_HD44780.py 파일을 "MicroPython 장치"에 저장(Upload)한다.
Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 LCD-HD44780-4bit-main.py를 Open 한다.
실험

"실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
프로그램이 실행되면 main()에서 설정한 메세지가 LCD에 연속하여 출력된다.

Keypad와 LCD를 이용한 가산기 프로그램 예 lcd-keypad-adder.py

library와 테스트 프로그램(main())을 하나의 파일로 작성한 예

# Move cursor right one position.
  def cursor_right(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_MOVERIGHT, self.LCD_CMD)

# Move display left one position.
  def move_left(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVELEFT,
      self.LCD_CMD)
  
  # Move display right one position.
  def move_right(self):
    self.lcd_byte(
      self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVERIGHT,
      self.LCD_CMD)
  
  # Cursor를 지정하는 위치(column and row position)로 이동한다.
  def set_cursor(self, col, row):
    """Args:
        col (int):  Cursor column (zero is first column).
        row (int):  Cursor row (zero is first line).
    """
    # Clamp row to the last row of the display.
    if row > self.rows:
      row = self.rows - 1
    # Set location.
    self.lcd_byte(self.LCD_SETDDRAMADDR | (
      col + self.LCD_ROW_OFFSETS[row]), self.LCD_CMD)
    
  # Cursor를 지정된 Line의 첫 칸에 위치하도록 한다.
  def set_line(self, num):
    """Args:
        num (int):  Line number (zero based 0 - 3)
    """
    self.lcd_byte(self.LCD_LINES[num], self.LCD_CMD)
  
  # Cursor blinking을 Enable or disable 한다.
  # Args: Enable(show=True, default), Disable(show=False)
  def show_blink(self, show=True):
    if show:
      self.displaycontrol |= self.LCD_BLINKON
    else:
      self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON
  
    self.lcd_byte(
      self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol, self.LCD_CMD)
  
  # Underline cursor enable or disable .
  # Args: Enable(show=True, default), Disable(show=False)
  def show_underline(self, show=True):
    if show:
      self.displaycontrol |= self.LCD_CURSORON
    else:
      self.displaycontrol &= ~self.LCD_CURSORON
  
    self.lcd_byte(
      self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol, self.LCD_CMD)

#from machine import Pin
from time import sleep_ms
class KeyPadSoft(object):
  # KeyPad object가 생성될 때 실행되는 초기화 Method
  def __init__(self, cols, rows, key_inputs, key_scans, key_codes):
    # Keypad input pin을 설정한다.
    self.key_inputs = key_inputs
    # Keypad scan pin을 설정한다.
    self.key_scans = key_scans
    # Key code를 설정한다.
    self.key_codes = key_codes

self.cols_max = cols
    self.rows_max = rows
    self.key_pressed = False
    self.key_code = 0

# Key scan init(disable)
    for i in range(self.rows_max):
      self.key_scans[i].value(1)    
  
  # Keypad scan function
  def keyScan(self):
    self.key_code = 0
    self.scan_index = 0
    while self.scan_index < self.rows_max:
      # Key scan code output
      for i in range(self.rows_max):
        if i == self.scan_index:
          self.key_scans[i].value(0)    
        else:
          self.key_scans[i].value(1)
      # Key col scan
      for i in range(self.cols_max):
        if self.key_inputs[i].value() == 0:
          self.key_code = self.key_codes[self.scan_index][i]
      self.scan_index += 1
    # Key scan disable
    for i in range(self.rows_max):
      self.key_scans[i].value(1)    
    return self.key_code
  
  # Get key function
  def getKey(self):
    self.key_code = 0
    # Row Scan Enable
    for i in range(self.rows_max):
      self.key_scans[i].value(0)
    # 유효한 key_code를 얻을 때 까지 while loop를 반복 한다.
    while self.key_code == 0:
      # Key Pressed test
      self.key_press_flag = False
      for i in range(self.cols_max):
        if self.key_inputs[i].value() == 0:
          self.key_press_flag = True
        
      # Key 가 모두 Release 된 경우
      if self.key_press_flag == False:
        self.key_pressed = False
        # Debouncing
        sleep_ms(20)
        # 만약 이전에 Key 가 Release 인 경우 while loop를 계속 한다.
      # Pressed 된 Key 가 있는 경우
      else:
        if self.key_pressed != True:
          # 새 Key가 이제 막 Pressed 됨      
          # Debouncing
          sleep_ms(20)
          self.key_code = self.keyScan()
          if self.key_code != 0:
            self.key_pressed = True
#           print("key_code: " + str(self.key_code) + "  key_pressed:" + str(self.key_pressed))
            # 유효한 keyCode 가 입력 되었기 때문에 while loop가 종료되고 keyCode 값이 return 된다.
      # 유효한 keyCode 가 0인 경우 while loop가 계속 된다.
    return self.key_code

# Keypad input pin을 설정한다.
key_inputs = [Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(3, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)]
# Keypad scan pin을 설정한다.
key_scans = [Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.OUT), Pin(8, Pin.OUT), Pin(9, Pin.OUT)]
# Key code를 설정한다.
key_codes = [['1', '2', '3'], ['4', '5', '6'], ['7', '8', '9'], ['+', '0', '=']]
# KeyPad object를 생성한다.
myKeypad = KeyPadSoft(3, 4, key_inputs, key_scans, key_codes)
# CharLCD object를 생성한다.
lcd = CharLCD(rs=10, rw=11, en=12, d4=13, d5=14, d6=15, d7=16,
                cols=16, rows=2)
#  LCD driver에 전송하는 Data의 종류를 지정한다.
LCD_CHR = 1  # 이 경우 전송되는 data는 Data register(DR)에 전송된다.
LCD_CMD = 0  # 이 경우 전송되는 data는 Instruction register(IR)에 전송된다.

CR = 0x0d
LF = 0x0a
BS = 0x08
SPACE = 0x20
# 이 함수는 부호 없는 정수를 입력 받는 함수 이다.
# 이 함수는 표준 출력 장치로 LCD를 사용 한다.
# 정수는 Keypad로 부터 숫자열이 입력 된다.
# 연산자(+,=)는 global 변수를 이용 하여 전달 된다.
op_code = 0
new_operation = True
def SCI_InUDec_OP_code_LCD(myKeypad):
  global op_code
  global new_operation
  int_str = ""
  length = 0

key_code = myKeypad.getKey()
  # 이 함수에서 입력 받는 첫 문자는 숫자 이어야 한다.
  while not(key_code >= '0' and key_code <= '9'):
    key_code = myKeypad.getKey()
  # 새로운 연산이 시작 되는 경우 LCD의 첫줄을 Clear 한다.
  if new_operation == True:
    lcd.set_cursor(0, 0)
    lcd.message("                  ")
    lcd.set_cursor(0, 0)

while (key_code >= '0' and key_code <= '9') or (key_code == BS and length >= 0):
    # 입력 받은 문자가 숫자('0' - '9')이면 문자를 문자열에 추가 한다.
    if key_code >= '0' and key_code <= '9':
      int_str += key_code
      length += 1
      lcd.lcd_byte(ord(key_code), LCD_CHR)
#      print("int_str 1: " + int_str)
    # Backspace 문자가 입력 되면 바로 직전에 입력 받은 문자가 제거 한다.
    # 3 x 4 Keyoad에서는 Backspace 문자를 입력하지 못함.
    if key_code == BS and 0 < length:
      int_str = int_str[:-1]
      length -= 1
      lcd.cursor_left()
      lcd.lcd_byte(SPACE, LCD_CHR)
      lcd.cursor_left()

key_code = myKeypad.getKey()

op_code = key_code
#  print("int_str 2: " + int_str)
  return int(int_str)

# LCD message init
lcd.set_cursor(0, 1)
lcd.message("KeyPad Adder")
lcd.set_cursor(0, 0)
lcd.show_underline(show=True)

# 정수 가산을 하는 무한 Loop
while True:
  a = SCI_InUDec_OP_code_LCD(myKeypad)
  new_operation = False
  # 적합 하지 않은 연산자가 입력 된 경우 연산자(+)를 다시 입력한다.
  while not(op_code == '+'):
    op_code = myKeypad.getKey()

# Op code 1(+)를 LCD에 출력 한다
  lcd.lcd_byte(SPACE, LCD_CHR)
  lcd.lcd_byte(ord(op_code), LCD_CHR)
  lcd.lcd_byte(SPACE, LCD_CHR)

b = SCI_InUDec_OP_code_LCD(myKeypad)
  # 적합 하지 않은 연산자가 입력 된 경우 연산자(=)를 다시 입력한다.
  while not(op_code == '='):
    op_code = myKeypad.getKey()

# Op code 2(=)를 LCD에 출력 한다
  lcd.lcd_byte(SPACE, LCD_CHR)
  lcd.lcd_byte(ord(op_code), LCD_CHR)
  lcd.lcd_byte(SPACE, LCD_CHR)

x = a + b
  # 연산 경과를 LCD에 출력한다.
  lcd.message(str(x))
  new_operation = True
  
  print("a + b = x: " + str(a) + " + " + str(b) + " = " + str(x))

실험을 위한 준비

"Switch debouncing 과 Keypad" 페이지의 "4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예"와 위에 있는 "윗 LCD Module을 사용 하여 Data Bit를 4Bit만 사용한 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 Keypad와 LCD 모듈을 연결 한다.

실험 방법

lcd-keypad-adder.py를 다운로드하여 저장 한다.
Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 lcd-keypad-adder.py를 Open 한다.
실험

"실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
Keypad에서 "정수 + 정수 = " 형태로 정수와 연산자를 입력하면 연산 결과가 LCD에 "정수 + 정수 = 정수" 형태로 출력된다.

I2C 통신을 사용한 LCD 모듈 제어 프로그램 예

I2C(AVR 에서는 TWI 라고 함) 통신을 사용한 LCD 모듈 제어 프로그램 예는 "Raspberry Pi Pico I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신" 페이지에 작성하였으니 참고 바람니다.

참고자료: I2C 통신을 사용한 LCD 모듈 제어

LCD 표시 장치 관련 페이지 보기

Raspberry Pi Pico GPIO Port와 Interrupt