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Raspberry Pi: 32 Zeichen Hitachi HD44780 Display

erschienen in der Kategorie Technik, am 10.10.2012
Schnatterente
Wie in meinem ersten Blogeintrag zum Thema Raspberry Pi schon angesprochen, ist es mein Ziel, dem kleinen Rechner ein Display zu verpassen, auf dem RSS Feeds und Termine als Laufschrift angezeigt werden.

Heute habe ich mich an den hardwareseitigen Teil dieses kleinen Projekts gesetzt, und das Ergebnis sieht so aus:

ein 2x 16 Zeichen Display (Hitachi HD44780) an den GPIO-Ports des Raspberry Pi

Sieht fast aus, als würde es funktionieren, nicht wahr? Tut's auch. Für alle, die sich das auch basteln wollen, werde ich nun ein paar Worte zum Aufbau verlieren.

Verwendet habe ich ein Display, das im Aufbau Hitachis LCD Controller HD44780 entspricht. Es hat zwei Zeilen mit je 16 Zeichen. Die Dinger gibt es zuhauf bei Amazon und eBay. Die Materialkosten belaufen sich in meinem Fall auf 1,79 Euro. Es gibt das Display auch in einer Ausführung mit 4 Zeilen à 20 Zeichen. Dieses kostet aber so um die 9 Euro.

(Wer sich selbst ein Display zulegen will, kann sich hier mal umsehen.)

Ansonsten braucht man noch ein Breadboard, einige Kabel und einen Lötkolben mit dem nötigen Zubehör. Es kann auch nicht schaden, wenn man ein paar wenige E-Technik Grundlagen mitbringt und sich vorher noch mal ins Gedächtnis ruft, dass die GPIO-Pins des Raspberry Pi direkt an dessen Bus angeschlossen sind. Anders formuliert: Wenn man einen Kurzschluss fabriziert oder eine Überspannung auf die Pins loslässt, ist es wahrscheinlich recht schnell vorbei, mit dem Pi (nicht alles, was sich reimt ist gut).

Das HD44780 Display

Das Display verfügt über 16 Kontakte. Es kann sowohl über 4 Bit als auch über 8 Bit gesteuert werden. Um GPIO-Pins zu sparen, habe ich mich für die 4-Bit-Variante entschieden. Somit müssen auch 4 Kabel weniger angelötet werden. Die Belegung der 16 Kontakte lautet wie folgt:
  • 1. Vss: Versorgungsspannung GND (Masse).
  • 2. Vcc: Versorgungsspannung +5V.
  • 3. V0: Kontrastspannung. Hier kann eine Spannung zwischen 0 und 5 Volt angelegt werden, um den Kontrast festzulegen.
  • 4. RS: Register. Hierüber erfolgt die Wahl des Registers. 0: Befehlsregister, 1: Datenregister.
  • 5. R/W: Read/Write. Das Display kann auch Daten ausgeben. Dies ist für unsere Zwecke nicht nötig und sogar gefährlich. Die GPIO-Pins des Pis vertragen nur 3,3 Volt, der Output des LCD-Moduls liegt aber bei 5 Volt, also eine gute Quelle für einen Überspannungsschaden.
  • 6. E: Enable (Takt).
  • 7. Datenleitung 0. Brauchen wir nicht, weil wir im 4-Bit-Modus arbeiten.
  • 8. Datenleitung 1. Brauchen wir nicht, weil wir im 4-Bit-Modus arbeiten.
  • 9. Datenleitung 2. Brauchen wir nicht, weil wir im 4-Bit-Modus arbeiten.
  • 10. Datenleitung 3. Brauchen wir nicht, weil wir im 4-Bit-Modus arbeiten.
  • 11. Datenleitung 4.
  • 12. Datenleitung 5.
  • 13. Datenleitung 6.
  • 14. Datenleitung 7.
  • 15. A: Anode der LED-Hintergrundbeleuchtung.
  • 16. K: Kathode der LED-Hintergrundbeleuchtung.

Die Belegung der GPIO-Pins am Raspberry Pi

Die 26 GPIO-Pins sind am rechten Ende jener Seite des Raspberry Pi zu finden, an der auch die Status-LEDs, der Audio-Ausgang und der Composite Video-Ausgang zu finden sind. Ihre genaue Belegung ist von der Revision des Gerätes abhängig. Diese kann man mithilfe des Befehls - cat /proc/cpuinfo - ermitteln. Die Grafiken zeigen die Pin-Belegungen für die beiden derzeit verfügbaren Versionen des Raspberry Pi. Es gilt die Blickrichtung zu beachten! Damit die Darstellung mit der Realität übereinstimmt, muss man den Pi so vor sich halten, dass die Ecke mit den GPIO-Pins links oben ist. Hält man sie verkehrt herum, kann das fatale Folgen haben.
GPIO Pins Revision 1.0


GPIO Pins Revision 2.0


Unterschiede treten nur in der zweiten Zeile der Übersicht auf, also der inneren Reihe von Pins auf dem Board. Die erste Zeile ist bei beiden Revisionen gleich belegt. Um Verwechslungen gänzlich zu vermeiden, habe ich daher auch nur mit dieser (also der äußeren Reihe von GPIO-Pins) gearbeitet.

Insgesamt brauchen wir acht Leitungen: zwei für die Stromversorgung und sechs GPIO-Leitungen für den Datenaustausch (vier Datenleitungen sowie Takt (E) und Registerauswahl (RS)).

Raspberry Pi trifft HD44780 Display

Hier eine Übersicht der Verdrahtung als Tabelle und Bild.

LCD Kontaktan GPIO-Pin
1 (GND)6 (GND)
2 (+5V)2 (+5V)
3 (Kontrast)6 (GND)
4 (RS)26 (GPIO7)
5 (R/W)6 (GND)
6 (E)24 (GPIO8)
11 (Daten 4)22 (GPIO25)
12 (Daten 5)18 (GPIO24)
13 (Daten 6)16 (GPIO23)
14 (Daten 7)12 (GPIO18)
15 (LED +5V)2 (+5V)
16 (LED GND)6 (GND)


Verkabelung des HD44780 Displays mit den GPIO-Pins des Raspberry Pi



Das sollte eigentlich an Informationen ausreichen, um es nachzubauen. Die Drähte am Display habe ich festgelötet, alles andere ist nur gesteckt. Damit das gut geht, habe ich die Kabelenden verzinnt. Für die GPIO-Pins hatte ich leider kein Flachbandkabel zur Hand. Daher habe ich herkömmliche Jumperkabel (an beiden Enden weiblich) verwendet und von diesen jeweils ein Ende abgeschnitten. Leider musste ich dabei feststellen, dass die Jumper zur hoch waren, sodass ich mein Gehäuse nicht mehr verschließen konnte. Ich habe die Plastikummantelung der Stecker daher um 1 bis 2 Millimeter gekürzt, jetzt passt es. Dennoch bietet sich hier der Hinweis an: Wer vor hat sich ein Gehäuse für seinen Raspberry Pi zu kaufen, sollte darauf achten, dass dieses genügend Raum bietet, um an die GPIO-Pins zu kommen.

Hinweise und Problembehandlung

Um Kurzschlüsse zu vermeiden, sollte man, bevor man den Aufbau das erste Mal unter Strom setzt, noch mal prüfen, ob alles richtig verkabelt ist und ob kein Draht aus dem Breadboard gerutscht ist. Am Display dürfen sich keine Lötstellen oder Drähte berühren!

Noch ein wichtiges Thema ist die LED-Hintergrundbeleuchtung des Displays. Aus meinem Datenblatt des HD44780 LCD Moduls geht hervor, dass diese mit 5 Volt betrieben werden kann. Für einige, auch oft in Displays verbaute, LEDs wäre dies jedoch zu viel des Guten! Ich weiß nicht, ob es bei der HD44780 Reihe generell so ist, das man 5 Volt anschließen kann oder ob dies je nach Hersteller variiert. Wer sich unsicher ist, sollte (bei einer blauen Hintergrundbeleuchtung) noch einen 430 (oder 560) Ohm Widerstand zwischen die Anode der LED-Beleuchtung (Kontakt 15) und die +5V Leitung stecken.

Wenn alles aufgebaut ist, spricht nichts dagegen den Pi anzuschließen. Das Display sollte sofort aufleuchten. In der ersten Zeile des Displays sind alle Pixel angeschaltet, in der zweiten Zeile bleiben alle dunkel. Ausgegeben wird natürlich noch nichts, dazu komme ich gleich noch.

Bei mir trat am Anfang ein seltsamer Fehler auf. Das Display ging an, aber es färbten sich alle Pixel weiß. Wenn ich einen Text auf dem Display ausgeben wollte, wurden die zum Text gehörenden Pixel einen Hauch heller, aber es blieben auch die anderen aktiv, sodass man kaum etwas lesen konnte, bzw. nur dann, wenn man schräg auf das Display schaute. Nach längerer Suche fand ich die Ursache beim Messen der Spannung. Mein Netzteil (ein Handyladegerät von Nokia, das ich extra für den Pi gekauft habe) sorgt dafür, dass ich eine (Über-)Spannung von ca. 5,5 Volt anliegen habe. Schließe ich den Pi hingegen an den USB-Port meines Rechners an, funktioniert alles einwandfrei. Die Überspannung des scheinbar doch zu billigen Netzteils sorgt also für eine Fehlfunktion des Displays. Falls also mal jemand mit einem ähnlichen Problem kämpfen sollte: Netzteil checken und gegebenenfalls. einen Widerstand einbauen.

Das Display testen

Schön, wenn man ein Display hat das leuchtet. Noch schöner, wenn es auch etwas anzeigen kann. Hierfür ist nur ein kleines Python Skript von Nöten, dass ihr hier herunterladen und direkt auf dem Raspberry Pi ausführen könnt. Das Downloaden und Starten des Skriptes kann der Einfachheit halber auch gleich über SSH oder eine Kommandozeile auf dem Gerät erfolgen:
# wget http://raspberry-gpio-python.googlecode.com/files/python-rpi.gpio_0.3.1a-1_armhf.deb
# dpkg -i python-rpi.gpio_0.3.1a-1_armhf.deb

# wget http://www.schnatterente.net/code/raspberrypi/displaytest.py
# chmod +x displaytest.py
# python displaytest.py

Soweit zur Hardware. Als nächstes werde ich mich mit dem Code beschäftigen, der nötig ist, um RSS-Feeds und Kalendertermine anzeigen zu lassen. Sobald die Sache läuft erfahrt ihr es hier.

Update 12.10.2012: Der RSS Reader läuft. :)


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Geschnatter

109 Kommentare, selbst mitschnattern << < Seite 10/16 > >>
David, am 11.01.2014 um 20:55 Uhr
Ich baue den Script auf 4x20 um, allerdings die Adressen der 4 Zeilen schein nicht zu stimmen (auch Zellen manchmal voll weiß.

Laut ..
http://web.alfredstate.edu/weimandn/lcd/lcd_addressing/lcd_addressing_index.html

...sind die Adressen für 2x16 in Deinem Script nicht richtig, die Adressen laut o.g. Dok. sind 00/40/14/54 (Interlacing) und nicht 80/C0 usw.

Aber danke für die Mühe, es hat mir sehr geholfen.

Übrigens: RPI GPIO ist jetzt serienmässig, die neueste Version ist 0.5.4. In diese Version soll das cleanup(0)-Problem beseitigt sein, ist aber nicht
Antwort: Wenn du ein HD44780 Display benutzt und es so angeschlossen hast wie oben gezeigt, sollen die Adressen stimmen. Dass es funktioniert, siehst du auch in den Videos zum RSS-Reader (sowohl für 2 als auch für 4 Zeilen).
Anonym, am 18.01.2014 um 11:13 Uhr
Danke für die Anleitung!
Konstantin, am 02.02.2014 um 03:37 Uhr
Hi,
erst einmal vielen vielen Dank für die wirklich gute Anleitung, hab heute angefangen mit meinem neuen Disply zu spielen und das hier war der perfekte Einstieg.
Ich hatte anfangs auch das Problem der komplett weißen Blöcke mit kaum erkennbarer Schrift. Versorgungsspannung lag bei 4,8 Volt (ich brauch wohl noch ein anderes Netzteil bei Gelegenheit).
Auch erst mit einem Poti probiert den Kontrast zu regeln, aber es war eigentlich nur alles Dunkel oder eben weiße Blöcke möglich.
Poti etwas genauer betrachtet, war ein 200k Poti. Also mit normalen Widerständen probiert und den optimalen Wert bei 1500Ohm zwischen Kontrast (Pin 3) und Ground gefunden. Bei mehr als 5k Ohm war nichts mehr zu erkennen. Also wenn man ein Poti verwendet, dann auf den Bereich achten.
Was mir im PythonCode noch aufgefallen ist, gibt es einen bestimmten Grund warum du als GPIOmode "BCM" verwendest?
Ich finde "BOARD" deutlich weniger Fehleranfällig und vorallem Revisions übergreifend gültig für den RPi.
Anfangs hatte ich die Pins noch falsch nummeriert weil ich das übersehen hatte.
Antwort: Nein, einen bestimmten Grund für den BCM-Modus gibt es nicht. Ich denke es sollte mit BOARD ebenfalls funktionieren.
Simon, am 05.02.2014 um 19:49 Uhr
Hallo, habe jetzt die Schaltung schon 10x aufgebaut, ein Poti um den Kontrast einzustellen eingebaut, und den Code auf diverse Fehler hin geprüft und herumpronbiert, aber ich komme einfach nicht drauf. Bei mir startet das script ganz normal und wird ausgeführt. Nur auf dem Display leuchtet nur die erste Zeile, und sonst ändert sich nichts, ich bekomme auch keine Fehlermeldung oder so?

Was könnte noch sein?
Ich weis leider nicht die Modellbezeichnung meines LCD s, da ich es bei diesem Set gekauft habe und keinerlei Beschreibung dabei war: Raspberry Pi Starter Kit.

Antwort: Wenn du alles mehrmals geprüft hast, könnte es natürlich auch sein, dass dein Display kaputt ist.

Du kannst mal ein paar LEDs mit aufs Breakout-Board stecken, um zu überprüfen ob auf den Datenleitungen was ankommt. Ich habe das zu Testzwecken anfangs auch so gemacht (sieht man auch hier im Video).
Johannes, am 06.02.2014 um 16:24 Uhr
Hallo Schnatterente ;)
ich hab eine Frage, und zwar will ich an mein RPI ein 4x16 Display anschließen und da muss ich für mein Skript DISPLAY_LINE_3 und DISPLAY_LINE_4 einen Wert angeben, aber welchen? Ich würde mich sehr über eine schnelle Antwort freuen ;)
Johannes
Antwort: Hallo,
für 4x16: [0x80, 0xC0, 0x90, 0xD0]
für 4x20: [0x80, 0xC0, 0x94, 0xD4]
bl4ckOut, am 01.03.2014 um 17:55 Uhr
Hallo, erstmal danke für den Beitrag! Ich habe den gleichen Fehler mit den weißen Pixeln. Du schreibst dazu folgendes: "Netzteil checken und gegebenenfalls. einen Widerstand einbauen."

Was meinst du damit genau ?
Ich habe 4 verschiedene Netzteile ausprobiert, jedesmal das Gleiche Phänomen. Wo müsste man einen Widerstand einbauen ? Bei anderen schein es ja auch so zu klappen.
Antwort: Der Widerstand müsste müsste direkt hinter die Stromquelle (also den Raspberry Pi) geklemmt werden. Ich hatte das damals, wie oben geschrieben, eine Überspannung anliegen. Am besten du nimmst mal ein Multimeter und schaust, was da bei dir anliegt.
Ralf, am 07.03.2014 um 16:32 Uhr
Vielen Dank für diesen tollen Beitrag. So hab sogar ich der keine Ahnung von Elektrotechnik hat es geschafft mein Display in Betrieb zu nehmen!
Danke auch für´s Troubleshooting hier in den Kommentaren, ich hab auch das Überspannungsproblem. Welches Netzeil verwendest Du jetzt? Ich würde den Pi nur ungerne am USB-Port des Rechners betreiben, oder wo muss der Widerstand genau hin um das Problem zu lösen???
Antwort: Mein Netzteil heißt "Nokia AC-10E".Den Widerstand müsstest du zwischen die Stromversorgung und die Abnehmer bringen - also zwischen den +5V Pin des Raspberry Pi und den Abnehmern.