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Der Arduino ist ein universeller Mikrocontroller (einsatzbereites Runtime-Kit), der auf einer kreditkartengroßen Platine montiert und mit ausgewählten LCD-Displays kompatibel ist.
Was sind Arduino LCD-Displays?
Displays, die mit Arduino-Minicomputern kompatibel sind, sind einsatzbereite Plug-and-Play-Geräte. Die am häufigsten verwendete Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Displaymodul und dem Hostgerät ist SPI (engl. Serial Peripheral Interface). Die verschiedenen LCDs unterscheiden sich in der Größe, genauer gesagt in der Diagonale, der Auflösung, der maximalen Helligkeit, der Farbtiefe und zusätzlichen Funktionen in Form von Touch. Ausgewählte Module mit LCD-Bildschirm sind mit einem microSD-Speicherkartensteckplatz ausgestattet.
Die Versorgungsspannung der Module und die Betriebsspannung der Leitungen liegen im Allgemeinen zwischen 3 V und 5,5 V. Die Hintergrundbeleuchtung des LCD-Displays des Arduino erfolgt über energiesparende LEDs. Die Displaymodule sind auf kleinen Platinen mit Befestigungslöchern montiert. Es gibt auch einen Controller (z.B. ST7735R) mit einem integrierten Puffer auf dem Board. Eine weitere feste Komponente ist der Spannungsregler. Hersteller von LCDs, die mit dem Arduino-Mikrocontroller kompatibel sind, fügen dem Modul oft Goldpin-Anschlüsse zum Selbstlöten hinzu. Bei diesen kann das Display in eine Kontaktplatte eingesteckt oder über Kabel angeschlossen werden.
Verwendung von Arduino-kompatiblen LCD-Displays
LCD-Displays, die mit dem Arduino-Mikrocontroller kompatibel sind, werden unter anderem in Projekten verwendet, die eine interaktive Benutzeroberfläche erfordern. Darüber hinaus sind sie ideal für Anwendungen, bei denen die Anzeige von Daten, z. B. von angeschlossenen Sensoren, entscheidend ist.
- LCD-Displays können verwendet werden, um Daten in Form von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und atmosphärischem Druck in Arduino-basierten Wetterstationen anzuzeigen.
- Eine weitere Anwendung sind DIY-Digitaluhrprojekte mit zusätzlichen Funktionen in Form einer Datumsanzeige und eines Alarms.
- Ein Arduino mit einem LCD-Display wird zur Überwachung von Daten verwendet, z.B. in Systemen des Internets der Dinge.
- Eine weitere Anwendung ist die Erstellung von Benutzeroberflächen und Menüs für die Navigation in verschiedenen elektronischen Geräten.
Aufbau des LCD-Displays
Flüssigkristallbildschirme (LCDs ) zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, eine hohe Bildqualität bei geringem Stromverbrauch darzustellen. LCD-Bildschirme bestehen u. a. aus Flüssigkristallen, die nicht in der Lage sind, Licht auszusenden, sondern nur zu verändern. Die nächsten Komponenten sind die Elektroden. Das sind transparente Leiter, die es ermöglichen, die elektrische Spannung an die Flüssigkristalle zu leiten.
Das Variieren der Spannung verändert die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und beeinflusst somit die Menge des durchgelassenen Lichts. Farbdisplays haben zusätzlich eine Farbschicht, die aus sogenannten Subpixeln in Blau, Grün und Rot besteht. Durch die Kombination dieser Elemente kann die gesamte Farbpalette dargestellt werden. Weitere Komponenten sind Hintergrundbeleuchtung, Farbfilter, Controller und Polarisatoren.
Arduino Shield Overlays mit Display
Overlays für den Arduino sind Erweiterungsmodule, die für eine schnelle Verbindung und Trennung vom Minicomputer konzipiert sind. Overlays, auch Shields genannt, erweitern die Funktionalität des Arduino, wie z. B. drahtlose Verbindungen oder die Möglichkeit, Daten darzustellen.
Overlays für Arduino mit LCD-Display können in Form von standardmäßigen alphanumerischen Displays sein, die Text und einfache Grafiken anzeigen. Sie dienen unter anderem dazu, aktuelle Daten von angeschlossenen Sensoren darzustellen. Ausgewählte Overlay-Modelle sind nicht nur mit einem Display, sondern auch mit physischen Tasten ausgestattet, die nach Wunsch programmiert werden können.
Neben einfachen alphanumerischen Bildschirmen gibt es auch Overlays mit grafischen Displays, z.B. 2,8”. Diese Module sind ideal für Projekte, die Farbgrafiken oder eine umfangreiche Benutzeroberfläche erfordern. Die ausgewählten LCD-Displays zeichnen sich durch eine Farbtiefe von 65.000 Farben aus. Im täglichen Gebrauch bedeutet dies, dass praktisch jedes Bild angezeigt werden kann.
Resistive LCD-Anzeigen für Arduino
Ein resistiver LCD-Bildschirm ist eine Art Touchscreen, der zwei leitende Schichten verwendet. Diese Komponenten sind durch eine Isolierschicht getrennt oder mit Luft gefüllt. Die Schichten bestehen normalerweise aus einem transparenten Material (z.B. Indium-Zinn-Oxid). Wenn der Benutzer den Bildschirm berührt, werden die beiden Schichten zusammengeführt. An der Berührungsstelle ändert sich der elektrische Widerstand. Der Schaltkreis, der für die Steuerung verantwortlich ist, erkennt dann den Ort der Berührung und misst und verarbeitet die Informationen über die Veränderung des Widerstands.
Die Arduino-kompatiblen resistiven LCD-Displays sind ideal für interaktive Lernprojekte, z.B. zum Erlernen von Programmierung und Elektronik. Eine weitere Verwendung für einen mit einem Mikrocontroller verbundenen Touchscreen ist die Steuerung von DIY-Spielen.
Beispiel für die Beschreibung der Arduino LCD-Display-Anschlüsse
LCD-Anzeigen die auf Leiterplatten montiert sind, sind mit einer unterschiedlichen Anzahl und Art von Leitungen ausgestattet. Die Pins können wie folgt beschriftet werden: VCC (Versorgungsspannung, z.B. 3,3 V bis 5 V), GND ist die Schaltungsmasse und DIN ist der SPI-Bus-Dateneingang. Die anderen Pins sind CLK, der Eingang für den SPI-Bustakt, RST (Chip-Reset-Pin), BL (Hintergrundbeleuchtung), CS (Chip Select, der durch einen niedrigen Status aktiviert wird) und DC, der Command Select. Module mit LCD-Displays können auch mit anderen Anschlüssen ausgestattet werden. Bestimmte Hersteller legen den Modulen auch ein Verbindungskabel bei, z.B. ein 8-poliges Kabel mit einem 2 mm Raster.
