使用Python控制1602液晶屏实时显示时间(附PyCharm远程调试)
2017-01-31 18:47
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前言
原创文章,转载引用务必注明链接。水平有限,如有疏漏,欢迎指正。本文介绍一下UP板的GPIO资源使用,以及一个使用Python演示一个简单的demo。
本文使用Markdown写成,为获得更好的阅读体验和正常的图片、链接,请访问我的博客:
http://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/up_1602.html
本文环境:ublinux 3.0;Win7_x64
通过阅读本文你可以学到:
UP Board GPIO 接口的介绍以及使用
PyCharm 远程调试 UP上的Python代码
Lemaker LN IO 拓展板的使用
使用RPi.GPIO这个Python库控制1602液晶屏
UP板载GPIO接口介绍
UP板的GPIO接口兼容树莓派40 Pin。实现起来比较复杂,部分从Intel Atom Z8350引出(需要电平转换),部分由板载CPLD实现。板载GPIO简介及存在的问题
GPIO引脚定义和功能简单示例
树莓派交互式引脚说明
操作GPIO
官方提供了三种方式:用户空间sysfs (shell)、RPi.GPIO库(Python)和libMRAA(多种编程语言)。Lemaker LN IO拓展板介绍
之前在云汉社区试用Lemaker Guitar开发板时一并入手的。兼容树莓派引脚。个人非常喜欢乐美客公司的产品,包括BananaPi、BananaPi Pro、Lemaker Guitar、96boards Hikey (Lemaker Version),以及包括LN IO在内的三款拓展板,做工优良,可以在官方微店买到。LN IO 介绍页面,电路原理图 。【下面是Lemaker Guitar开发板,上面就是LN IO 拓展板】我们下面将会利用板载的4个按键、LED灯以及1602接口。
Python控制LN IO 扩展板按键和LED
最近在学习Python,恰巧ubilinux移植了RPi.GPIO库,让我们可以非常方便地操作GPIO资源。吐槽一下,由于被动散热片的存在,使用转接线等会卡到无法完全贴合。Blink!——控制发光二极管闪烁
我们以点亮LN IO上的led2为例:【LED电路原理图】LCD和LED是切换显示的。可以看到LED2连接到GPIO0,那么GPIO0是对应树莓派是哪个引脚呢?
【底板对应引脚】GPIO0对应物理引脚11。
【UP Board 引脚定义图】为了方便起见,我们统一使用BOARD物理引脚编号而非BCM引脚编号。
关于树莓派GPIO的操作可以参考芒果爱吃胡萝卜这个博客,写的非常不错,由浅入深。本文部分以他的博文为基础进行演示。
ubilinux移植的RPi.GPIO库仅兼容Python 2.x版本
为方便转换,我们以BOARD编码GPIO引脚顺序(物理顺序)
LN IO Board的LED和LCD可以切换显示,连接帽导通不同引脚即可。
下面创建一个文件lcd.py,内容如下,然后运行看看:
sudo python lcd.py
#!/usr/bin/env python # encoding: utf-8 import RPi.GPIO as GPIO import time # 为保持兼容性,选择GPIO引脚主板编号模式,也就是物理引脚编号 GPIO.setmode(GPIO.BOARD) LedPin = 11 # 指定11引脚(就是LED长针连接的GPIO针脚)的模式为输出模式 # LN IO 的GPIO0,主板编号是11,对应BCM模式引脚为17 GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT) # 循环10次 for i in range(0, 10): # 让11引脚输出高电平(LED灯亮) GPIO.output(LedPin, True) # 持续一段时间 time.sleep(0.5) # 让11引脚输出低电平(LED灯灭) GPIO.output(LedPin, False) # 持续一段时间 time.sleep(0.5) # 最后清理GPIO口(不做也可以,建议每次程序结束时清理一下,好习惯) GPIO.cleanup()
效果如图所示:
按键控制LED开关
有了上面的我们再来试试用按键控制LED,很多用过Arduino的应该轻车熟路啦。#!/usr/bin/env python # encoding: utf-8 import RPi.GPIO as GPIO import time # 为保持兼容性,选择GPIO引脚主板编号模式,也就是物理引脚编号 GPIO.setmode(GPIO.BOARD) GPIO.setwarnings(False) LedPin = 11 BtnPin = 13 # 11引脚(LED2)为输出模式,13引脚(Key1)为输入模式 GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT) GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN) try: GPIO.output(LedPin, True) while True: time.sleep(0.01) if (GPIO.input(BtnPin)) == False: GPIO.output(LedPin, False) else: GPIO.output(LedPin, True) except KeyboardInterrupt: pass # 最后清理GPIO口(不做也可以,建议每次程序结束时清理一下,好习惯) GPIO.cleanup()
有兴趣的可以做一个防按键抖动(Debounce)版本。
Python控制1602液晶屏显示当前时间
感谢Hugo Zhu的这篇《如何使用Raspberry Pi在1602液晶屏上显示当前时间--电子钟》博文,他的博客非常棒,受益匪浅。以下仍然以BOARD编码为例。硬件包括LN IO 拓展板;1602液晶屏;USB无线网卡;UPBoard。注意LN IO拓展板将连接帽切换到LCD引脚。
1602液晶屏的引脚定义:
VSS,接地
VDD,接3.3V电源
VO,液晶对比度调节,接电位器中间的引脚(板载R2)
RS,寄存器选择,接PB 03,Pin 29
RW,读写选择,接地,表示写模式
EN,使能信号,接PB 13,Pin 33
D0,数据位0,4位工作模式下不用,不接
D1,数据位1,4位工作模式下不用,不接
D2,数据位2,4位工作模式下不用,不接
D3,数据位3,4位工作模式下不用,不接
D4,数据位4,接GPIO 4,Pin 16
D5,数据位5,接GPIO 5,PIN 18
D6,数据位6,接GPIO 6,PIN 22
D7,数据位7,接GPIO 7,PIN 7
A,液晶屏背光+,接3.3v
K,液晶屏背光-,接地
源代码可以从github页面下载,修改相关引脚序号,如下:
#!/usr/bin/python # # based on code from lrvick and LiquidCrystal # lrvic - https://github.com/lrvick/raspi-hd44780/blob/master/hd44780.py # LiquidCrystal - https://github.com/arduino/Arduino/blob/master/libraries/LiquidCrystal/LiquidCrystal.cpp # from time import sleep from datetime import datetime from time import sleep class Adafruit_CharLCD: # commands LCD_CLEARDISPLAY = 0x01 LCD_RETURNHOME = 0x02 LCD_ENTRYMODESET = 0x04 LCD_DISPLAYCONTROL = 0x08 LCD_CURSORSHIFT = 0x10 LCD_FUNCTIONSET = 0x20 LCD_SETCGRAMADDR = 0x40 LCD_SETDDRAMADDR = 0x80 # flags for display entry mode LCD_ENTRYRIGHT = 0x00 LCD_ENTRYLEFT = 0x02 LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT = 0x01 LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT = 0x00 # flags for display on/off control LCD_DISPLAYON = 0x04 LCD_DISPLAYOFF = 0x00 LCD_CURSORON = 0x02 LCD_CURSOROFF = 0x00 LCD_BLINKON = 0x01 LCD_BLINKOFF = 0x00 # flags for display/cursor shift LCD_DISPLAYMOVE = 0x08 LCD_CURSORMOVE = 0x00 # flags for display/cursor shift LCD_DISPLAYMOVE = 0x08 LCD_CURSORMOVE = 0x00 LCD_MOVERIGHT = 0x04 LCD_MOVELEFT = 0x00 # flags for function set LCD_8BITMODE = 0x10 LCD_4BITMODE = 0x00 LCD_2LINE = 0x08 LCD_1LINE = 0x00 LCD_5x10DOTS = 0x04 LCD_5x8DOTS = 0x00 # LN IO Board: RS=PB03=29, EN=PB13=33; DB4-7=GPIO4-7=16,18,22,7 def __init__(self, pin_rs=29, pin_e=33, pins_db=[16,18,22,7], GPIO = None): # Emulate the old behavior of using RPi.GPIO if we haven't been given # an explicit GPIO interface to use if not GPIO: import RPi.GPIO as GPIO GPIO.setwarnings(False) self.GPIO = GPIO self.pin_rs = pin_rs self.pin_e = pin_e self.pins_db = pins_db self.GPIO.setmode(GPIO.BOARD) self.GPIO.setup(self.pin_e, GPIO.OUT) self.GPIO.setup(self.pin_rs, GPIO.OUT) for pin in self.pins_db: self.GPIO.setup(pin, GPIO.OUT) self.write4bits(0x33) # initialization self.write4bits(0x32) # initialization self.write4bits(0x28) # 2 line 5x7 matrix self.write4bits(0x0C) # turn cursor off 0x0E to enable cursor self.write4bits(0x06) # shift cursor right self.displaycontrol = self.LCD_DISPLAYON | self.LCD_CURSOROFF | self.LCD_BLINKOFF self.displayfunction = self.LCD_4BITMODE | self.LCD_1LINE | self.LCD_5x8DOTS self.displayfunction |= self.LCD_2LINE """ Initialize to default text direction (for romance languages) """ self.displaymode = self.LCD_ENTRYLEFT | self.LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode) # set the entry mode self.clear() def begin(self, cols, lines): if (lines > 1): self.numlines = lines self.displayfunction |= self.LCD_2LINE self.currline = 0 def home(self): self.write4bits(self.LCD_RETURNHOME) # set cursor position to zero self.delayMicroseconds(3000) # this command takes a long time! def clear(self): self.write4bits(self.LCD_CLEARDISPLAY) # command to clear display self.delayMicroseconds(3000) # 3000 microsecond sleep, clearing the display takes a long time def setCursor(self, col, row): self.row_offsets = [ 0x00, 0x40, 0x14, 0x54 ] if ( row > self.numlines ): row = self.numlines - 1 # we count rows starting w/0 self.write4bits(self.LCD_SETDDRAMADDR | (col + self.row_offsets[row])) def noDisplay(self): """ Turn the display off (quickly) """ self.displaycontrol &= ~self.LCD_DISPLAYON self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol) def display(self): """ Turn the display on (quickly) """ self.displaycontrol |= self.LCD_DISPLAYON self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol) def noCursor(self): """ Turns the underline cursor on/off """ self.displaycontrol &= ~self.LCD_CURSORON self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol) def cursor(self): """ Cursor On """ self.displaycontrol |= self.LCD_CURSORON self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol) def noBlink(self): """ Turn on and off the blinking cursor """ self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol) def noBlink(self): """ Turn on and off the blinking cursor """ self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol) def DisplayLeft(self): """ These commands scroll the display without changing the RAM """ self.write4bits(self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVELEFT) def scrollDisplayRight(self): """ These commands scroll the display without changing the RAM """ self.write4bits(self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVERIGHT); def leftToRight(self): """ This is for text that flows Left to Right """ self.displaymode |= self.LCD_ENTRYLEFT self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode); def rightToLeft(self): """ This is for text that flows Right to Left """ self.displaymode &= ~self.LCD_ENTRYLEFT self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode) def autoscroll(self): """ This will 'right justify' text from the cursor """ self.displaymode |= self.LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode) def noAutoscroll(self): """ This will 'left justify' text from the cursor """ self.displaymode &= ~self.LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode) def write4bits(self, bits, char_mode=False): """ Send command to LCD """ self.delayMicroseconds(1000) # 1000 microsecond sleep bits=bin(bits)[2:].zfill(8) self.GPIO.output(self.pin_rs, char_mode) for pin in self.pins_db: self.GPIO.output(pin, False) for i in range(4): if bits[i] == "1": self.GPIO.output(self.pins_db[::-1][i], True) self.pulseEnable() for pin in self.pins_db: self.GPIO.output(pin, False) for i in range(4,8): if bits[i] == "1": self.GPIO.output(self.pins_db[::-1][i-4], True) self.pulseEnable() def delayMicroseconds(self, microseconds): seconds = microseconds / float(1000000) # divide microseconds by 1 million for seconds sleep(seconds) def pulseEnable(self): self.GPIO.output(self.pin_e, False) self.delayMicroseconds(1) # 1 microsecond pause - enable pulse must be > 450ns self.GPIO.output(self.pin_e, True) self.delayMicroseconds(1) # 1 microsecond pause - enable pulse must be > 450ns self.GPIO.output(self.pin_e, False) self.delayMicroseconds(1) # commands need > 37us to settle def message(self, text): """ Send string to LCD. Newline wraps to second line""" for char in text: if char == '\n': self.write4bits(0xC0) # next line else: self.write4bits(ord(char),True) if __name__ == '__main__': lcd = Adafruit_CharLCD() lcd.noBlink() # lcd.clear() # lcd.message("Hello, Jessica!\nHow are you? .....abcdefghijg ") # lcd.scrollDisplayRight() while True: sleep(1) lcd.clear() lcd.message(datetime.now().strftime(' %I : %M : %S \n%a %b %d %Y'))
每秒更新,显示当前时间,效果如图所示:
进阶
分析代码可知,该代码段可作为1602驱动库,支持1602的基本显示控制。后面可以自定义显示自己的信息,例如做一个小闹钟。PyCharm远程调试UP Board上的Python程序
由于在UP Board上使用终端界面调试Python确实不很方便(其实是PyCharm用起来太爽了),所以使用Windows 上的PyCharm调试UP Board上的程序,可以直接使用UP的GPIO硬件资源,并且可以非常方便地安装各种库,简直停不下来,当然前文提到的cloud9也不错。远程调试功能只有专业版(Professional)可用,免费的社区版(Community)无此功能。通过edu邮箱验证可以免费使用专业版。参考这篇文章pycharm 远程调试进行设置即可,注意点如下:
因为我们使用ubilinux移植的RPi.GPIO库,所以解释器只能选择python2
需要启用root账户并更改ssh设置允许root登录
可以通过PyCharm更新UP板上的Python库
sudo passwd root #启用root账户 sudo nano /etc/ssh/sshd_config # 添加 PermitRootLogin yes,Ctrl+O保存,Ctrl+X退出 sudo systemctl restart sshd # 重启SSH服务,使更改生效
效果如图所示:
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