基于Arduino开发板和20×4 I2C LCD显示屏制作一款实时时钟

风筝

当我们在制作一个有趣的硬件项目时，可能会需要使用到一款显示屏，但选择显示屏的尺寸和控制它所需的引脚都令人困惑。在上一篇文章中，我们介绍了0.96寸I2C OLED显示屏，在本篇文章中，我们将介绍使用I2C 20×4字符显示屏。

所需的零件

本文将介绍如何在Arduino上使用20 x 4 LCD显示屏来打印实时时钟和日期。

该液晶显示器有4行，每行20个字符，不能用于显示图形。该显示器的主要功能是使用I2C接口，这意味着您只需要两条线即可与Arduino连接。屏幕背面有一块焊接在显示屏上的小PCB，该电路是一个串行LCD 20 x 4模块，它还具有一个用于调节LCD对比度的小电位器，显示屏的背光为蓝色，文本为白色。它与Arduino完全兼容，并具有5​​V输入电压。它的I2C地址可以是0x27或0x3F。

DS3231是一款低成本、精确的I2C实时时钟（RTC），具有集成的温度补偿晶体振荡器（TCXO）和晶体。该设备具有电池输入，因此，如果断开电源，则可以保持准确的时间。RTC可以保持秒、分钟、小时、日期、月份和年份的信息。在每月不到31天的情况下，将自动调整结束日期，包括润年的更正。时钟以24小时或12小时格式的带/ AM / PM指示运行。提供两个可配置的闹钟，并且日历可以设置为方波输出。地址和数据通过I2C双向总线串行传输。此RTC模块的工作电压范围为3.3V至5.5V，因此可以与3.3V或5V引脚连接。

LCD与ARDUINO UNO的连接

首先，我们将LCD与Arduino连接以显示一些文本并学习其工作原理。

电路

将GND与Arduino的GND连接，将VCC与Arduino上的5V引脚连接，将SDA与A4引脚连接，最后将SCL与A5引脚连接。

代码

首先，我们需要下载显示器的库，其中包括配置和写入显示屏所需的所有函数。您可以在此处找到它。

解压缩该库并将其添加到Arduino库文件夹，然后运行Arduino IDE并复制以下代码。前两行代码包括I2C和LCD库。

lcd.setCursor(3,0)将LCD的光标设置在指定位置，第一个参数用于列，第二个参数从0开始。 lcd.print(“”)将在当前光标位置打印给定的文本，请注意，溢出的字符将被丢弃。

1. //Written by Nick Koumaris
   
2. //info@educ8s.tv
   
3. //educ8s.tv
   
4. #include <Wire.h>
   
5. #include <LiquidCrystal_I2C.h>
   
6. LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);  // Set the LCD I2C address
   
7. void setup()  
   
8. {
   
9.   lcd.begin(20,4); // Initialize LCD
   
10.   lcd.setCursor(3,0); // Set the cursor at the 4th column and 1st row
    
11.   lcd.print("Hello YouTube!");
    
12.   lcd.setCursor(8,1);  // Set the cursor at the 9th column and 2nd row
    
13.   lcd.print("****");
    
14.   lcd.setCursor(0,2);  // Set the cursor at the 1st column and 3rd row
    
15.   lcd.print("This is a demo text");
    
16.   lcd.setCursor(8,3);  // Set the cursor at the 9th column and 4th row
    
17.   lcd.print("****");
    
18. }
    
19. void loop()
    
20. {
    
21.   
    
22. }

复制代码

在液晶显示屏上打印日期和时间

现在，我们将使用带有LCD的RTC模块来打印当前日期和时间，每个日期和时间都排成一行，并在其周围带有虚线边框。

电路

在这里，我们将使用一块小面包板连接RTC模块，并通过Arduino的I2C引脚（A4和A5）进行显示。 SCL引脚与模拟5引脚相连，SDA引脚与模拟6引脚相连。面包板的顶部导轨用作I2C总线，而底部的导轨则是电源总线，将显示器和RTC模块都连接到5 V和GND引脚，现在电路已准备就绪。

代码

在开始之前，我们必须下载RTC库并设置其时间。所需的库可在github上找到。下载它并将其解压缩到Arduino库文件夹，然后打开Arduino IDE，然后从示例中从DS1307库中选择“ setTime”。最后在RTC模块与Arduino连接时上传它，并将其时间设置为计算机时间。

除了setup和loop函数外，我们还将创建其他四个函数来组织代码。由于框架的角和垂直线是特殊字符，因此我们必须手动创建它们。因此，我们将使用一个函数来创建它们，并使用另一个函数在LCD上打印它们。在loop函数中，将从实时时钟模块读取时间，并使用自定义函数针对时间和日期将其打印到LCD。现在，让我们描述一下代码的每个部分。

首先，我们必须包括三个库：I2C、LCD和RTC，然后设置LCD地址。 在setup函数中，将初始化显示，然后我们将调用createCustomCharacters()函数并进行打印。

1. #include <Wire.h>
   
2. #include <LiquidCrystal_I2C.h>
   
3. #include <DS1307RTC.h>
   
4. LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);  // Set the LCD I2C address
   
5. void setup()  
   
6. {
   
7.   lcd.begin(20,4);
   
8.   
   
9.   createCustomCharacters();
   
10. 
    
11.   printFrame();
    
12. }

复制代码

每个字符的宽度可以是5像素长，高度可以是8像素。 因此，要创建自定义字符，我们需要创建一个新的字节。 我们需要5个字符，垂直线和四个角。 黄色图案显示了如何在LCD上显示字符。

在createCustomCharacters()函数内部，我们调用了lcd.createChar(＃,byte array)函数。 LCD最多支持8个自定义字符，编号从0到7。它将在第一个参数中将索引分配给字节数组给定的字符。 要打印此字符，我们可以使用lcd.write(byte(＃))函数。

1. byte verticalLine[8] = {
   
2.   B00100,
   
3.   B00100,
   
4.   B00100,
   
5.   B00100,
   
6.   B00100,
   
7.   B00100,
   
8.   B00100,
   
9.   B00100
   
10. };  
    
11. byte char2[8] = {
    
12.   B00000,
    
13.   B00000,
    
14.   B00000,
    
15.   B11100,
    
16.   B00100,
    
17.   B00100,
    
18.   B00100,
    
19.   B00100
    
20. };
    
21. byte char1[8] = {
    
22.   B00000,
    
23.   B00000,
    
24.   B00000,
    
25.   B00111,
    
26.   B00100,
    
27.   B00100,
    
28.   B00100,
    
29.   B00100
    
30. };
    
31. byte char3[8] = {
    
32.   B00100,
    
33.   B00100,
    
34.   B00100,
    
35.   B00111,
    
36.   B00000,
    
37.   B00000,
    
38.   B00000,
    
39.   B00000
    
40. };
    
41. byte char4[8] = {
    
42.   B00100,
    
43.   B00100,
    
44.   B00100,
    
45.   B11100,
    
46.   B00000,
    
47.   B00000,
    
48.   B00000,
    
49.   B00000
    
50. };
    
51. void createCustomCharacters()
    
52. {
    
53.   lcd.createChar(0, verticalLine);
    
54.   lcd.createChar(1, char1);
    
55.   lcd.createChar(2, char2);
    
56.   lcd.createChar(3, char3);
    
57.   lcd.createChar(4, char4);
    
58. }

复制代码

现在，准备好字符后，我们就可以打印框架了。

此函数非常简单，它使用lcd.setCursor(＃,＃)移动光标，并使用lcd.print(“”)打印给定的字符串。 该函数将打印顶部和底部水平线，然后打印其他自定义字符。

1. void printFrame()
   
2. {
   
3.   lcd.setCursor(1,0);
   
4.   lcd.print("------------------");
   
5.   lcd.setCursor(1,3);
   
6.   lcd.print("------------------");
   
7.   lcd.setCursor(0,1);
   
8.   lcd.write(byte(0));
   
9.   lcd.setCursor(0,2);
   
10.   lcd.write(byte(0));
    
11.   lcd.setCursor(19,1);
    
12.   lcd.write(byte(0));
    
13.   lcd.setCursor(19,2);
    
14.   lcd.write(byte(0));
    
15.   lcd.setCursor(0,0);
    
16.   lcd.write(byte(1));
    
17.   lcd.setCursor(19,0);
    
18.   lcd.write(byte(2));
    
19.   lcd.setCursor(0,3);
    
20.   lcd.write(byte(3));
    
21.   lcd.setCursor(19,3);
    
22.   lcd.write(byte(4));
    
23. }

复制代码

如前所述，loop函数将每秒获取当前时间和日期，并在显示屏上刷新它们。 首先，我们定义一个具有当前时间数据的时间元素“ tm”，然后，如果时间正确并且RTC模块可以正常工作，则将打印时间和日期。

我们可以添加一些说明，以便在DS1307停止或出现故障时，我们可以点亮LED来指示问题。 循环将等待1秒钟，然后再开始下一次迭代。

1. void loop()
   
2. {
   
3.    tmElements_t tm;
   
4.   if (RTC.read(tm)) {
   
5.     printDate(5,1,tm);
   
6.     printTime(6,2,tm);  
   
7.    
   
8.   } else {
   
9.     if (RTC.chipPresent()) {
   
10.       //The DS1307 is stopped. Please run the SetTime
    
11.     } else {
    
12.       //DS1307 read error! Please check the circuitry
    
13.     }
    
14.     delay(9000);
    
15.   }
    
16.   delay(1000);
    
17. }

复制代码

PrintTime函数使用三个参数，列和行将在其中打印时间，以及time元素。 lcd.print(tm.Hour)将打印小时，然后如果分钟和秒小于10，我们将在左侧添加0。 并且使用相同的方法来打印日期。

1. void printTime(int character,int line, tmElements_t tm)
   
2. {
   
3.   String seconds,minutes;
   
4.   lcd.setCursor(character,line);
   
5.   lcd.print(tm.Hour);
   
6.   lcd.print(":");
   
7.   if(tm.Minute<10)
   
8.   {
   
9.     minutes = "0"+String(tm.Minute);
   
10.     lcd.print(minutes);
    
11.   }else
    
12.   {
    
13.     lcd.print(tm.Minute);
    
14.   }
    
15.   lcd.print(":");
    
16.   if(tm.Second<10)
    
17.   {
    
18.     seconds = "0"+String(tm.Second);
    
19.     lcd.print(seconds);
    
20.   }else
    
21.   {
    
22.     lcd.print(tm.Second);
    
23.   }
    
24. }
    
25. void printDate(int character,int line, tmElements_t tm)
    
26. {
    
27.   lcd.setCursor(character,line);
    
28.   lcd.print(tm.Month);
    
29.   lcd.print("/");
    
30.   lcd.print(tm.Day);
    
31.   lcd.print("/");
    
32.   lcd.print(tmYearToCalendar(tm.Year));
    
33. }

复制代码

现在一切准备就绪，将代码上传到Arduino，然后可以欣赏新时钟了。 您可以在下面的附件中找到完整的Arduino草图和库。 RTC.zip (946 Bytes, 下载次数: 19)

2020-10-3 12:48 上传

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