Arduino: LCD Display mit I2C Schnittstelle: Unterschied zwischen den Versionen

Aus HSHL Mechatronik
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[[Kategorie:Arduino]]
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[[Datei:Lernset - Einsteiger Kit für Arduino.jpg|thumb|rigth|450px|Abb. 1: Lernset - Einsteiger Kit für Arduino]]
[[Datei:LCD HD44780.jpg|400px|thumb||right|Abb. 1: I<sup>2</sup>C LCD Modul]]
'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]<br>
[[Datei:TMP36.png|thumb|rigth|200px|Abb. 2: Integrierter Temperatursensor TMP36 von Analog Devices]]
'''Modul:''' Praxismodul I<br>
[[Datei:TMP36-comes-in-both-a-three-pin-package.jpg|thumb|rigth|200px|Abb. 3: Pinbelegung des TMP36 von Analog Devices]]
'''Lehrveranstaltung:''' Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester
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| '''Autor:''' || [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]
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| '''Modul:''' || Praxismodul I
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| '''Lektion 10:''' || Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester
|}


== Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen ==
== Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen ==


=== Fragestellungen ===
=== Fragestellungen ===
In dieser Lektion Steuern wir Aktoren (Servomotor und Schrittmotor) an.
In dieser Lektion wird ein LCD-Display angesteuert Die Schnittstelle ist der I<sup>2</sup>C-Bus.


=== Eingeführte Begriffe und Konzepte ===
=== Eingeführte Begriffe und Konzepte ===
Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung und Ansteuerung gängiger Aktoren am Arduino:
Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung des I<sup>2</sup>C-Busses und Ansteuerung eines LCD-Displays via I<sup>2</sup>C.
* Servonotor und
* Schrittmotor.


=== Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen ===
=== Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen ===
* Nutzung der gititalen IO-Pins
* Nutzung der dititalen IO-Pins
 
== Achtung ==
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| [[Datei:Warnung2.png|rahmenlos|60px|links]] || Beachten Sie die Pinbelegung des Temperatursensors in Abb. 3.
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== Lernziele==
== Lernziele==
Nach Durchführung dieser Lektion
Nach Durchführung dieser Lektion
* können die Funktion eines Servomotors, Schrittmotors und Relais erläutern.
* können die Funktion eines I<sup>2</sup>C-Busses erläutern.
* können Sie die Unterschiede und Anwendungsfelder der Motoren beschreiben
* können Sie das LCD-Display ansteuern.
* können Sie beide Motoren gezielt ansteuern.
* können Sie Daten auf dem LCD-Display anzeigen.
* können Sie das Hauptprogramm mit einem Interrupt unterbrechen.
* können Sie die Anzeige via Taster umschalten.


== Lernzielkontrolle ==
== Lernzielkontrolle ==
# Wie funktioniert ein Servomotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Servo?
# Was ist ein [[Inter-Integrated Circuit Bus (I2C)|I<sup>2</sup>C-Bus]]?
# Was ist eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Pulsdauermodulation Pulsweitenmodulation] und wie lässt sich ein Servo damit ansteuern?
# Wie funktioniert die Kommunikation eines I<sup>2</sup>C-Busses?
# Was muss beim Umgang mit einem Servo beachtet werden?
# Wie steuert man ein [[LCD_Modul_16x02_I2C|LCD-Display]] an?
# Wie steuert man einen Servomotor an?
# Wie liest man den Temperatursensor TMP36 aus?
# Wie funktioniert ein Schrittmotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Schrittmotor?
# Wie schaltet man Modi im Display um?
# Was muss beim Umgang mit einem Schrittmotor beachtet werden?
 
# Wie steuert man einen Schrittmotor an?
== Tutorials ==
# Vergleichen Sie beide Motoren anhand fachlicher Kriterien.
* [[Inter-Integrated_Circuit_Bus_(I2C)| I<sup>2</sup>C-Bus]] [[Datei:WikiLink.png|16px]]
# Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
* [[Temperatursensor_TMP36|Temperatursensor TMP36]] [[Datei:WikiLink.png|16px]]
# Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
* [[TMP36_Temperatursensor|Funktion des TMP36]] [[Datei:WikiLink.png|16px]]
# Wurde auf <code>magic numbers</code> verzichtet?
* [[LCD_Modul_16x02_I2C |I²C LCD-Modul]] [[Datei:WikiLink.png|16px]]  
# Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]] eingehalten?
* [https://funduino.de/nr-9-temperatur-messen Funduino: Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen]
* [https://funduino.de/nr-13-lcd-display Funduino: Ein LCD Display per Arduino ansteuern]


== Vorbereitung ==
== Vorbereitung ==
Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.
Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.
# Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Servomotor:
# Recherchieren Sie die Funktion des [[Inter-Integrated_Circuit_Bus_(I2C)|I<sup>2</sup>C-Busses]]: [https://de.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C Wiki: I2C], [1, S.112ff., 240ff.]
##[[Servomotor_SG90|HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90]]
# Recherchieren Sie die Funktion des [[LCD_Modul_16x02_I2C|LCD-Displays]].
##[https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servomotor TowerPro SG90]
# Recherchieren Sie die [[TMP36_Temperatursensor|Funktion des TMP36]].
# Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Schrittmotor:
# Setzen Sie das Beispiel [https://funduino.de/nr-9-temperatur-messen Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen] um.
##[[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine| HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48]]
# Setzen Sie das Beispiel [https://funduino.de/nr-13-lcd-display Ein LCD Display per Arduino ansteuern] um.
## [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine]
# Schalten Sie verschiedene Anzeigen im Display um.
# Studieren Sie diesesn Artikel: [https://www.mikrocontroller.net/articles/Verwendung_von_Interrupts_mit_Arduino Verwendung von Interrupts mit Arduino]  
# Planen Sie die Software via PAP.
# Planen Sie die Software via PAP.
# Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
# Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
# Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.
# Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_10.pdf</code>


== Versuchsdurchführung ==
== Versuchsdurchführung ==
=== Aufgabe 8.1: Lernzielkontrolle ===
=== Aufgabe 10.1: Besprechung der Versuchsvorbereitung ===
Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.
Diskutieren Sie mit Prof. Schneider die Ergebnis Ihrer Vorbereitung.
----


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf</code>
=== Aufgabe 10.2: Ein LCD Display per Arduino ansteuern ===
Ein LCD Display soll mit einem Arduino Mikrocontroller angesteuert werden. Danach soll auf dem Display ein vorher festgelegter Text wie auf folgendem Beispielfoto erscheinen.


=== Aufgabe 8.2: Servo ansteuern ===
'''Nützliche Befehle''': <code>#include, init, backlight, setCursor, print</code>
Ein Servo soll von einem Arduino-Mikrocontroller angesteuert werden. Der Servo soll dazu in diesem Beispiel drei verschiedene Positionen ansteuern und zwischen den Positionen eine kurze Zeit warten.
Zeichnen Sie die PWM beim Ansteuern mit einem Oszilloskop auf.


'''Nützliche Befehle''': <code>#include, Servo, attach, write</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>AusgabeTextAufLCD.ino</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>steureServo.ino</code>
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Tutorial LCD&thinsp;</strong>
|-
|
[https://funduino.de/nr-13-lcd-display Funduino: Ein LCD Display per Arduino ansteuern]
|-
|}
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Tutorial I²C&thinsp;</strong>
|-
|
[https://funduino.de/nr-19-i%c2%b2c-display: Ein LCD-I²C Display per Arduino ansteuern]
|-
|}
----


<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
=== Aufgabe 10.3: Sensordaten auf LCD ausgeben ===
 
Mit den Temperatursensor TMP36 soll die Temperatur ausgelesen und auf dem LCD angezeigt werden.
'''Tutorial:''' [https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servo TowerPro SG90 ansteuern]
</div>
 
=== Aufgabe 8.3: Schrittmotor 28BYJ-48 ansteuern ===
Lassen Sie einen Schrittmotor eine ganze Umdrehung vor- und zurückdrehen.
<!--
<!--
# Folgen Sie der [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen].
# Folgen Sie der [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen].
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-->
-->


'''Nützliche Befehle''': <code>#include<Stepper.h>, Stepper, step(), setSpeed()</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>analogRead(), map()</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>steureSchrittmotor.ino</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>messeTemperatur.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
 
| <strong>Tutorial&thinsp;</strong>
'''Lösung:''' [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor ansteuern]
|-
</div>
|
 
[https://funduino.de/nr-9-temperatur-messen Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen]
=== Aufgabe 8.4: Motorbewegung unterbrechen ===
|-
# Befestigen Sie einen Zeiger an Ihrem Schrittmotor. Dieser Zeiger bildet den Sekundenzeiger einer Uhr und soll sich in 60&thinsp;s um 360&thinsp;° drehen.
|}
# Lesen Sie einen Taster ein. Dieser soll beim Drücken einen Interrupt als "Notaus" auslösen.
----
# Stoppen Sie in einer Interrupt-Service-Routine sofort den Motor.
=== Aufgabe 10.4: Anzeige via Taster umschalten ===
 
# Lesen Sie einen Taster über einen Interrupt ein.
'''Nützliche Befehle''': <code>[https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/ attachInterrupt()]</code>
# Beim Drücken sollen 4 Modi durchgeschaltet werden
## 1: Text aus Aufgabe 10.2.
## 2: Sensorwert aus Aufgabe 10.3.
## 3: Text "Modus 3".
## 4: Text "Modus 4".
# Nach Modus 4 soll wieder Modus 1 angezeigt werden


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>StepperUhrNotaus.ino</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>switch .. case</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>schalteAnzeige.ino</code>


</div>
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
 
| <strong>Tipp&thinsp;</strong>
=== Aufgabe 8.5: Nachhaltige Doku ===
Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
* Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
* Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]]  eingehalten?
* Wurde nachhaltig dokumentiert?
* Haben die Programme einen Header?
* Wurden der Quelltext umfangreich kommentiert?
* Wurden die PAPs erstellt und abgelegt? Passen die PAPs 100% zum Programm?
 
'''Arbeitsergebnis''' in SVN: <code>SVN Log</code>
 
== Bewertung ==
{| class="wikitable"
|-
|-
| '''Aufgabe'''|| '''Punkte'''
|  
|-
Innerhalb einer switch .. case Anweisung dürfen keine Variablen deklariert werden.
| 8.1|| 2
|-
| 8.2|| 2
|-
| 8.3|| 2
|-
| 8.4|| 2
|-
| 8.5|| 2
|-
|-
|}
|}
----


== Tutorials ==
=== Aufgabe 10.5: Nachhaltige Doku ===
*[[Arduino:_Interrupts|HSHL Wiki: Interrupts]]
* Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
*[[Servomotor_SG90|HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90]]
* Beachten Sie dabei die [[Software_Anforderungen|Software Anforderungen]].
*[[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine| HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48]]
 
*[https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servomotor TowerPro SG90]
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>SVN Log</code>, <code>Lernzielkontrolle_Termin_10.pdf</code>
* [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine]
* [https://www.mikrocontroller.net/articles/Verwendung_von_Interrupts_mit_Arduino Verwendung von Interrupts mit Arduino]


== Demos ==
== Datenblätter ==
* [[Medium:TMP35 36 37.pdf|Analog Devices: Low Voltage Temperature Sensor TMP35]]
* [[Medium:I2C-LCD-interface.pdf|1602 I<sup>2</sup>C LCD Modul]]


== [[Datei:Lektionen.jpg|60px]] Ausblick zur nächsten Lektion ==
In der nächsten Lektion wird der Ultraschallsensor HC-SR04 angesteuert und seine Messwerte analysiert.


== Literatur ==
== Literatur ==
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# Snieders, R.: ''ARDUINO lernen''. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: [https://funduino.de/vorwort https://funduino.de/vorwort]
# Snieders, R.: ''ARDUINO lernen''. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: [https://funduino.de/vorwort https://funduino.de/vorwort]
# Schneider, U.: ''Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C.'' Lippstadt: 1. Auflage 2022. [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|PDF-Dokument (212&thinsp;kb)]]
# Schneider, U.: ''Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C.'' Lippstadt: 1. Auflage 2022. [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|PDF-Dokument (212&thinsp;kb)]]
# Waller, H.: ''Arduino Blog.'' URL: [https://hartmut-waller.info/arduinoblog/]
# Waller, H.: ''Arduino Blog.'' URL: [https://hartmut-waller.info/arduinoblog/ https://hartmut-waller.info/arduinoblog/]
 
 
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→ zurück zum Hauptartikel: [[Arduino_Praxiseinstieg|Arduino Praxiseinstieg]]
→ Termine [[Einführungsveranstaltung Informatikpraktikum 1|0]] [[Einarbeitung_in_die_Versionsverwaltung_SVN|1]] [[Einstieg_in_die_Welt_des_Arduino|2]]  [[Arduino: Taster auswerten und LEDs ansteuern|3]] [[Arduino:_Sensoren_einlesen|4]]  [[Arduino:_Infrarotsensor_einlesen|5]] [[Arduino:_Infrarotsensor_entstören|6]] [[Arduino:_Programmier-Challenge_I_WS_WS_25/26|7]] [[Arduino:_IR-Theremin|8]] [[Arduino:_Aktoren|9]] [[Arduino:_LCD_Display_mit_I2C_Schnittstelle|10]] [[Arduino:_Ultraschall_Entfernungsmessung|11]] [[Arduino:_Ultraschallsensor_entstören|12]] [[Arduino:_Temperaturmessung_mit_NTC_und_PTC|13]] [[Arduino:_Programmier-Challenge_II_WS_25/26|14]]<br>
→ zurück zum Hauptartikel: [[Arduino_Praxiseinstieg_WS_25/26|Arduino Praxiseinstieg]]<br>
→ Haben Sie Fragen? [[Informatik Praktikum FAQ]]<br>

Aktuelle Version vom 19. März 2026, 11:16 Uhr

Abb. 1: I2C LCD Modul
Abb. 2: Integrierter Temperatursensor TMP36 von Analog Devices
Abb. 3: Pinbelegung des TMP36 von Analog Devices
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lektion 10: Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester

Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen

Fragestellungen

In dieser Lektion wird ein LCD-Display angesteuert Die Schnittstelle ist der I2C-Bus.

Eingeführte Begriffe und Konzepte

Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung des I2C-Busses und Ansteuerung eines LCD-Displays via I2C.

Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen

  • Nutzung der dititalen IO-Pins

Achtung

 Beachten Sie die Pinbelegung des Temperatursensors in Abb. 3.

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

  • können die Funktion eines I2C-Busses erläutern.
  • können Sie das LCD-Display ansteuern.
  • können Sie Daten auf dem LCD-Display anzeigen.
  • können Sie die Anzeige via Taster umschalten.

Lernzielkontrolle

  1. Was ist ein I2C-Bus?
  2. Wie funktioniert die Kommunikation eines I2C-Busses?
  3. Wie steuert man ein LCD-Display an?
  4. Wie liest man den Temperatursensor TMP36 aus?
  5. Wie schaltet man Modi im Display um?

Tutorials

Vorbereitung

Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.

  1. Recherchieren Sie die Funktion des I2C-Busses: Wiki: I2C, [1, S.112ff., 240ff.]
  2. Recherchieren Sie die Funktion des LCD-Displays.
  3. Recherchieren Sie die Funktion des TMP36.
  4. Setzen Sie das Beispiel Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen um.
  5. Setzen Sie das Beispiel Ein LCD Display per Arduino ansteuern um.
  6. Schalten Sie verschiedene Anzeigen im Display um.
  7. Planen Sie die Software via PAP.
  8. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
  9. Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_10.pdf

Versuchsdurchführung

Aufgabe 10.1: Besprechung der Versuchsvorbereitung

Diskutieren Sie mit Prof. Schneider die Ergebnis Ihrer Vorbereitung.

Aufgabe 10.2: Ein LCD Display per Arduino ansteuern

Ein LCD Display soll mit einem Arduino Mikrocontroller angesteuert werden. Danach soll auf dem Display ein vorher festgelegter Text wie auf folgendem Beispielfoto erscheinen.

Nützliche Befehle: #include, init, backlight, setCursor, print

Arbeitsergebnisse in SVN: AusgabeTextAufLCD.ino

Aufgabe 10.3: Sensordaten auf LCD ausgeben

Mit den Temperatursensor TMP36 soll die Temperatur ausgelesen und auf dem LCD angezeigt werden.

Nützliche Befehle: analogRead(), map()

Arbeitsergebnisse in SVN: messeTemperatur.ino

Aufgabe 10.4: Anzeige via Taster umschalten

  1. Lesen Sie einen Taster über einen Interrupt ein.
  2. Beim Drücken sollen 4 Modi durchgeschaltet werden
    1. 1: Text aus Aufgabe 10.2.
    2. 2: Sensorwert aus Aufgabe 10.3.
    3. 3: Text "Modus 3".
    4. 4: Text "Modus 4".
  3. Nach Modus 4 soll wieder Modus 1 angezeigt werden

Nützliche Befehle: switch .. case

Arbeitsergebnisse in SVN: schalteAnzeige.ino

Aufgabe 10.5: Nachhaltige Doku

  • Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.
  • Beachten Sie dabei die Software Anforderungen.

Arbeitsergebnisse in SVN: SVN Log, Lernzielkontrolle_Termin_10.pdf

Datenblätter

Ausblick zur nächsten Lektion

In der nächsten Lektion wird der Ultraschallsensor HC-SR04 angesteuert und seine Messwerte analysiert.

Literatur

  1. Brühlmann, T.: Arduino Praxiseinstieg. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: HSHL-Bib, O'Reilly-URL
  2. Brühlmann, T.: Sensoren im Einsatz mit Arduino. Frechen: mitp Verlag, 1. Auflage 2017. ISBN: 9783958451520. URL: HSHL-Bib, O'Reilly
  3. Snieders, R.: ARDUINO lernen. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: https://funduino.de/vorwort
  4. Schneider, U.: Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C. Lippstadt: 1. Auflage 2022. PDF-Dokument (212 kb)
  5. Waller, H.: Arduino Blog. URL: https://hartmut-waller.info/arduinoblog/


→ Termine 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
→ zurück zum Hauptartikel: Arduino Praxiseinstieg
→ Haben Sie Fragen? Informatik Praktikum FAQ

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