การใช้งาน I2C LCD

   วันนี้เราจะมาพูดถึงเรื่องการต่อใช้งานจอ LCD กันนะครับ จะว่าไปแล้วก็รวมถึงอุปกรณ์อื่นๆ ด้วยที่ใช้การสื่อสารอนุกรมแบบ I2C  (Inter-Integrated Circuit) อ่านว่า "ไอสแควร์ซี"   ถ้าผู้อ่านยังไม่รู้จักกับการสื่อสารอนุกรมชนิดนี้ ผมขอเล่าให้ฟังคร่าวๆ นะครับ  แต่ถ้าต้องการรายละเอียดมากกว่านี้ ผมแนะนำให้อ่านบทความของเราที่เขียนไว้แล้วตามลิงค์นี้นะครับ

https://www.arduitronics.com/article/i2c-communication-case-study-of-gy-30-ambient-light-sensor

    เอาแบบคร่าวๆ ก็ตรงนี้นะครับ  สมมุติว่าเราต้องการออกแบบให้มีการทำงานกับโมดูล และ บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือ PC อื่นๆ ตามข้อกำหนดดังนี้

• ต้องการสื่อสารได้หลายๆโมดูล (มี Slave และ Master รวมกันได้ตั้งแต่ 1 ถึง 128 )
• สื่อสารกับอุปกรณ์ทั้งหมดโดยใช้สายเพียง 2 เส้น
• สื่อสารกับอุปกรณ์ทีละตัว โดยใช้อปุกรณ์ที่เป็น Master เป็นตัวควบคุม
• อุปกรณ์ที่เป็น Slave สามารถติดต่อกลับมาที่ Master ได้เพื่อส่งข้อมูลกลับ (สื่อสารแบบ Half Duplex)

   ถ้าดูตัวอย่างในรูปบน จะเห็นว่ามีการต่อโดยมี Arduino Board เป็น Master เพื่อเรียกและควบคุมลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ซึ่งจะเป็น Slave ได้แก่ Gy-30  Gyroscope และ I2C LCD   ขั้นตอนการสื่อสารโดย I2C มีดังนี้ครับ

• Master เรียก Slave โดยส่งข้อมูล Address ไปที่บัส SDA  (สายสัญญาณข้อมูล) ซึ่งจะเข้าจังหวะกับ SCL (สาย Clock)
• Slave ที่ถูกเรียกจะส่งสัญญาณ Acknoledge กลับไปที่ SDA โดยการ Pull Down ให้แรงดันเป็น 0 V
• เมื่อมีการตอบกลับจาก Slave แล้ว Master ก็จะสามารถส่งคำสั่งอื่นๆ เพื่อกำหนดการทำงานของ Slave เช่น สั่งให้เก็บข้อมูล หรือ แสดงค่าต่างๆ ตามที่โมดูล Slave ได้ออกแบบไว้

  เอาละครับ ถ้าคร่าวๆ ก็ประมาณนี้ อย่างไรก็ตาม อ่านครั้งแรกอาจจะดูยุ่งยากไปหน่อย แต่ Arduino ได้มี Library เพื่อจัดการกับการสื่อสารแบบ I2C ไว้ให้แล้ว โดยแต่ละโมดูลก็จะใช้ Library ที่เฉพาะตัว  

   วันนี้เราจะสาธิตการใช้งาน I2C LCD นะครับ ซึ่งก่อนอื่นผมจะขอให้ข้อมูลเกี่ยวกับ LCD และ I2C โมดูลซะก่อน   สำหรับการใช้งาน LCD ปกติที่ไม่มีการใช้งานร่วมกับ I2C โมดูลนั้น สามารถอ่านได้ที่นี่ครับ

  ซึ่งข้อมูลในบทความตามลิงค์นั้นจะเป็นการใช้งาน LCD แบบปกติ ทำให้ต้องใช้สายสัญญาณ หรือ Pin ของ Arduino เยอะมาก ทำให้เปลือง Pin ที่อาจจะต้องไปใช้งานกับอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ  ดังนั้นจะมีคนนำเอา I2C มาประยุกต์ใช้งานกับ LCD โมดูล  เพื่อที่จะลดจำนวน Pin ที่ต้องใช้จำนวนมาก เหลือเพียง 2 สาย คือ SCL และ SDA เท่านั้น  นอกจากนี้ยังคงสามารถติดต่อกับอุปกรณ์อื่นที่ใช้ I2C ได้บนสายเดียวกันด้วย

    วันนี้เราจะมาพูดกันในรายละเอียดของ I2C โมดูลกันซะหน่อยครับ  คำถามที่สำคัญคือว่า เราจะสามารถนำสัญญาณ 10 ช่องของ LCD มายัดลง SDA และ SCL ได้อย่างไร    

   หัวใจของ I2C โมดูลสำหรับ LCD ตัวนี้คือ Chip PCF8574 ของ NXP ครับ ซึ่งทำหน้าที่รับสัญญาณจาก I2C มาและกระจายของตามขาที่ LCD ต้องใช้

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PCF8574.pdf

 ทีนี้ตัว PCF8574 สามารถใช้ได้เพียง 8 Pin เท่านั้น เนื่องจากมีขนาดเท่ากับ 1 byte ตามที่ I2C ส่งไปในแต่ละ Package  แต่ LCD มีอยู่ทั้งหมดมากกว่า 16 ขา  แต่เราโชคดีครับที่ LCD ยังมีโหมด 4 Bit ให้สามารถเลือกใช้ ดังนั้น หากเลือกใช้งานในโหมดนี้ เราก็ยังเหลือข้อมูลไว้ใช้กับ RW และ ENA รวมถึง การควบคุม Back Light ได้อีกด้วย

 https://www.arduitronics.com/product/845/16x2-lcd-display-i2c-interface

ฟังดูแล้วยุ่งยากนะครับ แต่อย่างที่ว่า เรามี Library ให้หมดแล้ว ดังนั้นขั้นตอนทื่ว่านี้ก็จัดการได้ด้วย Library เลยครับ

  เหลืออีกนิดเดียวเท่านั้น ที่เราต้องแน่ใจว่าเรียก Address ของโมดูลนี้อย่างถูกต้อง  เพราะ Master ซึ่งเป็น Arduino Board เรียกไม่ตรงกับ Address  เราจะให้ทุกอย่างนิ่งเงียบ เหมือนกับมันเสียเลยนะครับ

   ที่เราต้องคิดต่อคือ แล้ว Address ของ I2C โมดูลนี้หามาอย่างไร มีค่าเท่าไหร่   ในโมดูลรุ่นที่ร้าน Arduitronics นำเข้ามาจำหน่ายนั้น มี Address  ที่เป็น Default อยู่ตามนี้นะครับ

"0011 1111" หรือ Hex "3F" ครับ

ลองสังเกตดูรูปด้านล่างครับ จะเห็นว่ามีเขียน A0  A1  A2 อยู่ หมายถึงกรณีที่ต้องการเปลี่ยนค่า Address เพื่อควบคุมจอ LCD หลายจอ ก็สามารถทำได้โดยการบัดกรีเพื่อเชื่อต่อขั้วด้านล่างเข้ากับด้านบนนะครับ  นั่นหมายความว่า เราสามารถเลือก Address "0011 1XXX" 3 บิตสุดท้าย  A0 A1 และ A2 ของ LCD ได้อีก 8 แบบ  (การไม่บัดกรีหมายถึงบิตนั้นๆ มีค่าเป็น 1)  และเมื่อไม่มีการบัดกรีใดๆ ดังนั้น 3 บิตสุดท้ายจึงมีค่า "111" ดังที่แสดงไว้ด้านบนนะครับ   

  มีข้อที่ต้องระวังนะครับ I2C โมดูลที่ใช้กับ จอ LCD นั้นมีหลายรุ่น ขึ้นกับผู้ออกแบบและผู้ผลิตนะครับ  ที่ผมเขียนไว้ด้านบน ใช้กับโมดูลที่ Arduitronics.com จำหน่ายนะครับ  รุ่นอื่นๆ อาจะะมีความแตกต่างกันในเรื่องของการกำหนด Address ได้ครับ

แต่ไม่ต้องกังวลครับ ผมก็มีวิธีหา Address ให้สำหรับโมดูลรุ่นอื่นๆ ที่อาจจะไม่มีการแสดง Adress ที่ชัดเจน  เรามีผู้เขียน Sketch ชื่อคุณ Nick Gammon เพื่อทดสอบหา Address ดังนี้ครับ

https://arduino-info.wikispaces.com/LCD-Blue-I2C

 ให้หา Address โดยการ copy Sketch นี้และต่อเข้ากับจอดังรูปครับ

จะเห็นผลการตรวจสอบ Address บนหน้าจอ Serial monitor ดังนี้

จะเห็นว่า Serial monitor รายงานว่า (0x3F) หรือ "011 1111" ครับ

จากนั้นลง Library จากที่นี่ครับ ให้ Download  จากนั้น unzip และติดตั้งใน Folder Libraray นะครับ

ซึ่งจะเห็นผลการแสดงข้อมูลบนจอ LCD ผ่านI2C โมดูลดังนี้ครับ

วันนี้เท่านี้ครับ  พบกันตอนต่อไป 

 เราให้คำปรึกษาหลังการขายกับลูกค้าด้วยนะครับ

ติดต่อผ่าน facebook โทรศัพท์ หรือ line ได้ครับ  

 ไม่ได้คิดแต่จะขายของถูกๆ อย่างเดียวครับ  

ลิงค์ที่เกี่ยวข้อง

www.arduitronics.com

https://www.arduitronics.com/product/845/16x2-lcd-display-i2c-interface

https://www.arduitronics.com/product/121/i2c-character-lcd

https://www.arduitronics.com/product/366/acrylic-stand-for-16x2-character-lcd-adafruit

 https://www.arduitronics.com/product/56/16x2-character-lcd-1602-%E0%B9%81%E0%B8%96%E0%B8%A1-pin-header-2