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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. :)


Weitere Artikel in Sachen Raspberry Pi und HD44780-Display:

Geschnatter

109 Kommentare, selbst mitschnattern << < Seite 14/16 > >>
Roman, am 14.02.2015 um 23:44 Uhr
Hey super Tutorial. Ich würde aber gerne wissen wie man den Inhalt einer z.B. txt Datei anzeigen lassen kann. Oder wenn es einfacher ist wie man die Uhrzeit anzeigt. Ich komme echt nicht weiter. Ich hoffe mal du kannst mir weiterhelfen.
Danke :)
Antwort:
Uhrzeit auslesen:
from time import gmtime, strftime
strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", gmtime())

(Ausgabe: '2015-01-16 09:14:39')

Text-Dateien lesen:
with open ("data.txt", "r") as myfile:
data=myfile.read().replace('\n', ' ')

(Du erhälst einen String, der das komplette Text-File enthält. Zeilenumbrüche wurden durch Leerzeichen ersetzt.)
Moho, am 12.03.2015 um 11:47 Uhr
Hallo,
ich habe den Aufruf der "main" Funktion angepasst, damit beim Abbruch CRTL-C, die GPIO Ports wieder freigegeben werden.

try:
if __name__ == '__main__':
main()
except KeyboardInterrupt:
GPIO.cleanup()

Christian, am 26.03.2015 um 01:15 Uhr
Hallo,

Zuerst danke für diese deailierte Beschreibung!
Ich habe folgendes Problem: wenn ich die Kabels in die GPIOs stecke, kommt ein blinkendes Kursor auf dem LCD aber wenn ich das Program laufen lasse passiert nichts.
Könntest Du mir vielleicht helfen. Vielen Dank im Voraus!
(Entschuldigung für die Rechtschreibsfehler, ich bin nicht Deutsch)
Marcus, am 05.05.2015 um 10:51 Uhr
Ist die Installation noch zeitgemäß?

wget http://raspberry-gpio-python.googlecode.com/files/python-rpi.gpio_0.3.1a-1_armhf.deb

Ist das Projekt nicht auf sourceforge umgezogen und gibt es nicht neue Versionen?

Marcus
Antwort: Ich denke es sollte noch alles so funktionieren, wie oben beschrieben. :)
Jan, am 09.05.2015 um 13:08 Uhr
Hallo Community!

Ich habe vorgestern endlich mein LCD-Modul für erhalten, das ich gerne
mit meinem Raspberry Pi verwenden würde. Doch als ich es gestern
angeschlossen habe und einen Code hochgelden hatte, passierte nichts.
Alles was blieb waren die 16 Kontrastblöcke in der ersten Reihe. Die 2.
Reihe blieb komplett leer. Seitem habe ich fast jede anleitung im
Internet und Youtube ausprobiert. Doch bisher ohne Erfolg.

Ich benutze dieses Display:
http://t1p.de/4qot

Ich benutze gerade folgende Verkabelung und Programm:
http://t1p.de/b36w

Das Display hat laut Pollin Electronic den Controller SPLC780D1, welcher
aber dem "normalen" Controller HD44780 meines Wissens nach absoult
gleich sein sollte.


Hat jmd. von euch dieses Display bereits zum Laufen gebracht?
Was mache ich falsch?


LG und Danke im Vorraus


P.S. Ich bin ein absouluter neuling in Sachen LCD-Module. Mit den
Raspberry's habe ich beriets Erfahrung. Ich benutze für das LCD-Modul
keinen Porti sondern einen Widerstand.
Antwort: Der Zustand, dass die obere Reihe des Displays leuchtet und die untere nicht, ist normal, wenn Strom anliegt. Da du das unterscheiden kannst, sollte der Kontrast auch schon stimmen, also passt der Widerstand wohl ganz gut für dein Display.
Ich kenne dieses SPLC780D1-Display nicht. Wenn du dir sicher bist, dass es den Spezifikationen des HD44780 entspricht, kann eigentlich nur noch etwas an deiner Verkabelung nicht stimmen. Ich würde noch mal jede Leitung einzeln überprüfen. Nach der Sichtkontrolle mal den Durchgang messen und generell kannst du natürlich auch mal schauen, was an Spannung anliegt. Manchmal sind die Displays auch schlicht und ergreifend defekt.
Ralf, am 11.05.2015 um 21:26 Uhr
Hallo,

1. Welche Pins müsste ich wo an das LCD anlöten, wenn ich es im 8-Bit-Modus betreiben möchte?

2. Wie und wo genau verlötet man einen Poti für die Kontrastspannung?

3. Mir wurde empfohlen, einen 220-Ohm-Widerstand zu verlöten, wo gehört dieser hin?

Vielen Dank!
Antwort:
1. Die Datenleitungen sind am Display die Pins 7 bis 14 (siehe oben).
2. An den Pin Nummer 3. (Bei manchen Displays ist das aber nicht nötig.)
3. Das bezog sich vermutlich auch auf die Kontrastspannung als Alternative zum Poti.
Ralf, am 12.05.2015 um 21:39 Uhr
Mir wurde folgendes geraten:

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"Für die Kontrastspannung ist ein 10-K -Ohm-Poti erforderlich (am Pin 3 mit GND verbinden). Wenn das Display am Raspberry betrieben werden soll, muss der R\W Anschluss des Displays (Pin 5) auf Pin 1 (GND) gelegt werden. Für die Display-Beleuchtung zur Strombegrenzung einfach einen 220 Ohm Widerstand am Pin 16 gegen GND legen und Pin 15 mit Pin 2 (5V) verbinden, nie ohne Widerstand betreiben, sonst brennt die LED durch."

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Mein Display ist eine 4x20-Variante.
Mit "Pin 15 mit Pin 2 (5V) verbinden" sind wohl die LCD-Kontakte am Display gemeint, oder?

Das Poti hat drei "Beine", wo genau sollen da die Lötstellen hin?

Vielen Dank!
Antwort: Achso, der Widerstand für die Beleuchtung war gemeint. Das habe ich doch oben beschrieben, einfach vor die +5V-Leitung klemmen.

Zwecks Poti: Die Seite, an der nur ein Kontakt ist verbindest du mit dem Display (Kontrast) und die anderen zwei Kontakte mit der Stromquelle (GND und +5V).