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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 8/16 > >>
Matthias, am 18.09.2013 um 12:48 Uhr
Hallo,

ich habe das Problem mit den invertierten (weißen) Kästchen beheben können. dazu habe ich einen hochohmigen Widerstand zwischen PIN2 und PIN6 engelötet, seit dem funktioniert es einwandfrei. Nur falls jemand dasselbe Problem einmal haben sollte.

Gruß
Matthias
Neuling, am 21.09.2013 um 16:58 Uhr
Hallo,
ich habe das Problem, dass das Display nur einfach blau bleibt (beleuchtet). Ich habe erst ein 2x16 Display und dann ein 4x20 (mit Poti) angeschlossen (noch ohne Datenleitungen, also nur LCD PIN 1,2,3, 15 und 16). Ich kann am Poti drehen, wie ich will, beide Displays bleiben nur blau, es sind keine Matrixfelder zu erkennen. Am Display liegen 5 V an (gemessen)
Antwort: Wenn es blau leuchtet, funktioniert schon mal die Stromversorgung der Hintergrundbeleuchtung (Kontakt 15 und 16). Die Matrix hat ihre eigene Stromversorgung (Kontakt 1 und 2). Schließ alle Leitungen an und dann schau ob es geht.
Neuling, am 21.09.2013 um 19:50 Uhr
Hallo,
ich weiß nicht wie, habe die Schaltung noch 3mal neu aufgebaut, und siehe da, es funktioniert.
Nur das 4x20 noch nicht, zeigt erst einmal nur weiße Kästchen in Zeile 1 und 3. Das kriege ich aber auch noch hin.
Echt ein tolles Tut.
Antwort: Dass bei dem vierzeiligen Display nur zwei Zeilen mit Kästchen gefüllt sind ist normal (solange noch keine Signale übertragen wurden). Siehe Video.
Simon, am 26.09.2013 um 16:13 Uhr
Hi.
Ich habe mir die 4x20 Version des Displays geholt und kriege das nicht mit den restlichen zwei Addressen für die Zeile 3 und 4 gebacken?
Gibt es da irgendeinen Trick?
Antwort:
DISPLAYROWADR = [0x80, 0xC0, 0x94, 0xD4]
Hab das im Code von meinem RSS-Reader mit beschrieben.
Gernot, am 24.10.2013 um 10:24 Uhr
@Matthias: Ich hatte auch das Problem, daß es bei mir im Geräteschrank Einkopplungen gab, wodurch ein weißer Cursor von vorn die Zeilen überschrieben hat. Habe mir aber nicht getraut, den Pin 6 auf 5 V zu ziehen und stattdessen 3.3 V (PIN1 am Raspi) genommen. Geht auch. Vielen Dank, Dein Tip war sehr hilfreich.

Ansonsten habe ich auch das Problem, daß das Display machmal komplett leer ist. Erst ab- und anstecken setzt es zurück, d.h. man sieht wieder die Zeilen 1 und 3 und es läßt sich beschreiben. Wenn noch jemand dafür eine Lösung hätte, wäre das großartig.
Antwort: Bei mir tritt dieser Fehler nicht auf - hast du alle Leitungen und Kontakte überprüft?
Anonym, am 03.11.2013 um 10:52 Uhr
Vielen Dank für den Artikel!

Super gut gemacht, mit sehr verständlichen Bildern :-)

Habe mir so ein Display bestellt.
Gernot, am 16.11.2013 um 13:04 Uhr
Mal eine Frage zur Verwendung der RPi.GPIO Library. Die erfordert die Ausführung der Scripte als root oder mit sudo. Jeder Aufruf mit sudo schreibt Einträge in die auth.log, was deren Umfang ziemlich aufbläht. Da ich das Logging aus Sicherheitsgründen nicht abstellen möchte, such ich eine Möglichkeit, das Display als normaler Benutzer ohne sudo anszusprechen. Gibt es da eine Alternative zu RPi.GPIO? Dort ist wohl so eine Modifikation vorgesehen, aber offenbar noch nicht erfolgt: http://code.google.com/p/raspberry-gpio-python/issues/detail?id=26