前言

树莓派素有吃灰神器之称，与Kindle齐名（Kindle：我怎么中枪的来着）。虽然树莓派很便宜，但一直把它晾着也不是事儿，正好各种实验材料也到了，是时候弄点小玩意儿出来了。

认识GPIO

树莓派主板上方有两排共40 pin引脚。

在终端执行pinout命令，就可以打印出一个简易的主板布局图，其中包含引脚定义图示。

详细版本的布局图如下。

来自https://pinout.xyz/

图中一共有26个名称为“BCMx”或者“GPIOx”的引脚，它们就是GPIO（General Purpose I/O，通用输入输出）引脚。顾名思义，所有GPIO引脚都可以通过编程来实现自定义的输入输出逻辑，用途非常灵活，也是树莓派好吃的精华所在。

GPIO引脚也可以被复用来实现其他特定的功能（图中括号所示），如PWM、I2C、SPI等，之后用到了再说咯。

除去GPIO之外，剩下的就是一些最基本的：

• 2个3.3V电源（1、17）；
• 2个5V电源（2、4）；
• 8个接地（6、9、14、20、25、30、34、39）。

LCD1602简介及接线

LCD1602是一个点阵液晶屏模块，支持ASCII字符、日文假名和希腊字母的显示，最多能同时显示16*2=32个字符（所以叫1602）。

它一共有16个引脚，定义如下表。

由此可以确定出LCD1602与树莓派之间的接线方案：

• Vss和Vdd是供电，前者接地，后者接5V；
• V0用于调整屏幕的对比度，接10kΩ电位器中间引脚，另外的两侧引脚之一要接地；
• RS是寄存器选择，控制数据输入和指令输入。选择GPIO引脚即可，这里接GPIO7（26号pin），并且记住这些对应关系，后面写程序要用；
• R/W是读写选择，接地，表示写模式；
• E是使能信号，接GPIO8（24号pin）；
• DB0~DB7是数据总线，其中DB0~DB3只在8位传输模式下用，这次用简单的4位传输模式，于是空着。DB4~DB7分别接GPIO 25/24/23/18（对应的是22/18/16/12号pin）；
• BLA、BLK是背光的阳极和阴极，阳极接5V，阴极接地。

以下几点要注意：

• 接线时必须断电。注意GPIO引脚编号和pinout编号的区别；
• 树莓派不能用于LCD1602的读模式，因为GPIO引脚的标准工作电压是3.3V，而LCD1602输出电压是5V，会烧掉树莓派；
• 如果LCD1602是无背光版本，就不用接BLA、BLK。为了保护背光，也可以给阳极串一个小电阻（1kΩ以下的），不过我就省略了。

写代码，跑起来

由于LCD1602基本都基于日立HD44780主控，所以资料也通用。关于其时序、内存、指令等信息，有大把说明文档可以参考，比如https://wenku.baidu.com/view/a517e38903020740be1e650e52ea551810a6c9ef.html，不再赘述。

LCD1602上电后，应该会等待初始化，背光亮并且第一排显示16个黑方块。如果没有任何显示，就旋转V0引脚上接的电位器，调整一下对比度。

编写如下Python程序，让它以3秒为周期循环显示几条信息。

#!/usr/bin/python

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# GPIO to LCD mapping
LCD_RS = 7   # Pi pin 26
LCD_E = 8    # Pi pin 24
LCD_D4 = 25  # Pi pin 22
LCD_D5 = 24  # Pi pin 18
LCD_D6 = 23  # Pi pin 16
LCD_D7 = 18  # Pi pin 12

# Device constants
LCD_CHR = True    # Character mode
LCD_CMD = False   # Command mode
LCD_CHARS = 16    # Characters per line (16 max)
LCD_LINE_1 = 0x80  # LCD memory location for 1st line
LCD_LINE_2 = 0xC0  # LCD memory location 2nd line


def main():
    GPIO.setwarnings(False)
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)       # Use BCM GPIO numbers
    GPIO.setup(LCD_E, GPIO.OUT)  # Set GPIO's to output mode
    GPIO.setup(LCD_RS, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(LCD_D4, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(LCD_D5, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(LCD_D6, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(LCD_D7, GPIO.OUT)

    # Initialize display
    lcd_init()

    # Loop - send text and sleep 3 seconds between texts
    while True:
        lcd_text('Hello World!', LCD_LINE_1)
        lcd_text('', LCD_LINE_2)
        time.sleep(3)  # 3 second delay

        lcd_text('Raspberry Pi 3B+', LCD_LINE_1)
        lcd_text('LCD 1602', LCD_LINE_2)
        time.sleep(3)

        lcd_text('ABCDEFGHIJKLMNOP', LCD_LINE_1)
        lcd_text('qrstuvwxyz345789', LCD_LINE_2)
        time.sleep(3)

        lcd_text('No tengo dinero', LCD_LINE_1)
        lcd_text('Ni nada que dar', LCD_LINE_2)
        time.sleep(3)


# Initialize and clear display
def lcd_init():
    lcd_write(0x33, LCD_CMD)  # Initialize
    lcd_write(0x32, LCD_CMD)  # Set to 4-bit mode
    lcd_write(0x06, LCD_CMD)  # Cursor move direction
    lcd_write(0x0C, LCD_CMD)  # Turn cursor off
    lcd_write(0x28, LCD_CMD)  # 2 line display
    lcd_write(0x01, LCD_CMD)  # Clear display
    time.sleep(0.0005)        # Delay to allow commands to process


def lcd_write(bits, mode):
    GPIO.output(LCD_RS, mode)  # RS
    # High bits
    GPIO.output(LCD_D4, False)
    GPIO.output(LCD_D5, False)
    GPIO.output(LCD_D6, False)
    GPIO.output(LCD_D7, False)

    if bits & 0x10 == 0x10:
        GPIO.output(LCD_D4, True)
    if bits & 0x20 == 0x20:
        GPIO.output(LCD_D5, True)
    if bits & 0x40 == 0x40:
        GPIO.output(LCD_D6, True)
    if bits & 0x80 == 0x80:
        GPIO.output(LCD_D7, True)

    # Toggle 'Enable' pin
    lcd_toggle_enable()

    # Low bits
    GPIO.output(LCD_D4, False)
    GPIO.output(LCD_D5, False)
    GPIO.output(LCD_D6, False)
    GPIO.output(LCD_D7, False)

    if bits & 0x01 == 0x01:
        GPIO.output(LCD_D4, True)
    if bits & 0x02 == 0x02:
        GPIO.output(LCD_D5, True)
    if bits & 0x04 == 0x04:
        GPIO.output(LCD_D6, True)
    if bits & 0x08 == 0x08:
        GPIO.output(LCD_D7, True)

    # Toggle 'Enable' pin
    lcd_toggle_enable()


def lcd_toggle_enable():
    time.sleep(0.0005)
    GPIO.output(LCD_E, True)
    time.sleep(0.0005)
    GPIO.output(LCD_E, False)
    time.sleep(0.0005)


def lcd_text(message, line):
    # Send text to display
    message = message.ljust(LCD_CHARS, ' ')
    lcd_write(line, LCD_CMD)
    for i in range(LCD_CHARS):
        lcd_write(ord(message[i]), LCD_CHR)


# Begin program
try:
    main()
except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    lcd_write(0x01, LCD_CMD)
    GPIO.cleanup()

如果对比度过大出现虚影的话，就再调节一下电位器；如果仍然停在待初始化的状态，就需要检查接线了。正确的效果如下图。

感觉不是很喜欢绿色背光（有蓝色背光的版本），并且没用面包板，看起来乱糟糟的。毕竟第一次搞，就酱紫吧。当然，也可以让它输出一些有意义的字符串，比如系统监控信息。对应的Python代码如下。

# CPU温度
with open('/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp', 'r') as cpu_temp:
    lcd_text('{:.2f}'.format(float(cpu_temp.read()) / 1000) + ' C', LCD_LINE_1)

# GPU温度
gpu_temp = commands.getoutput('vcgencmd measure_temp | awk -F= \'{print $2}\'').replace('\'C','')
lcd_text('{:.2f}'.format(float(gpu_temp)) + ' C', LCD_LINE_1)

# 当前IP
ip = commands.getoutput('ifconfig wlan0 | grep inet | awk -Faddr: \'{print $2}\' | awk \'{print $1}\'')
lcd_text(ip, LCD_LINE_1)

# 内存
total_mem = commands.getoutput('free -m | grep Mem: | awk \'{print $2}\'')  
free_mem = commands.getoutput('free -m | grep Mem: | awk \'{print $4}\'')
lcd_text(free_mem + ' / ' + total_mem + ' M', LCD_LINE_1)

晚安。