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

Aktuelle Version vom 4. Dezember 2023, 10:25 Uhr

Abb. 2: Integrierter Temperatursensor 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

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

Was ist ein I²C-Bus?
Wie funktioniert die Kommunikation eines I²C-Busses?
Wie steuert man ein LCD-Display an?
Wie liest man den Temperatursensor TMP36 aus?
Wie schaltet man Modi im Display um?
Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
Wurde auf magic numbers verzichtet?
Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?

Tutorials

Vorbereitung

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

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

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_09.pdf

Versuchsdurchführung

Aufgabe 10.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_10.pdf

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

Tutorial: Funduino: Ein LCD Display per Arduino ansteuern

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

Lösung: Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen

Aufgabe 10.4: Anzeige via Taster umschalten

Lesen Sie einen Taster über einen Interrupt ein.
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".
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.

Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
Wurde die 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: SVN Log

Datenblätter

Literatur

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

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 [[Kategorie:Arduino]]
-[[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>
+{|
-'''Lehrveranstaltung:''' Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester
+|-
+| '''Autor:'''  || [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]
+|-
+| '''Modul:''' || Praxismodul I
+|-
+| '''Lektion 10:'''  || Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester
+|}
 == Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen ==
 === 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 ===
-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 ===
-* Nutzung der gititalen IO-Pins
+* Nutzung der dititalen IO-Pins
 == Lernziele==
 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 ==
-# 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-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?
-# Vergleichen Sie beide Motoren anhand fachlicher Kriterien.
 # Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
 # Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
 # Wurde auf <code>magic numbers</code> verzichtet?
 # Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]] eingehalten?
+== Tutorials ==
+* [[Inter-Integrated_Circuit_Bus_(I2C)|HSHL-Wiki: I<sup>2</sup>C-Bus]]
+* [[Temperatursensor_TMP36|HSHL-Wiki: Temperatursensor TMP36]]
+* [[TMP36_Temperatursensor|HSHL-Wiki: Funktion des TMP36]]
+* [https://funduino.de/nr-9-temperatur-messen Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen]
+* [https://funduino.de/nr-13-lcd-display Ein LCD Display per Arduino ansteuern]
 == Vorbereitung ==
 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 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 [[TMP36_Temperatursensor|Funktion des TMP36]].
-##[https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servomotor TowerPro SG90]
+# Setzen Sie das Beispiel [https://funduino.de/nr-9-temperatur-messen Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen] um.
-# Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Schrittmotor:
+# Setzen Sie das Beispiel [https://funduino.de/nr-13-lcd-display Ein LCD Display per Arduino ansteuern] um.
-##[[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine| HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48]]
+# Schalten Sie verschiedene Anzeigen im Display um.
-## [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine]
-# 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.
 # Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
 # Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.
-'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf</code>
+'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_09.pdf</code>
 == Versuchsdurchführung ==
-=== Aufgabe 8.1: Lernzielkontrolle ===
+=== Aufgabe 10.1: Lernzielkontrolle ===
 Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.
-'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf</code>
+'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_10.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>
 <div class="mw-collapsible mw-collapsed">
-'''Tutorial:''' [https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servo TowerPro SG90 ansteuern]
+'''Tutorial:''' [https://funduino.de/nr-13-lcd-display Funduino: Ein LCD Display per Arduino ansteuern]
 </div>
+----
-=== Aufgabe 8.3: Schrittmotor 28BYJ-48 ansteuern ===
+=== Aufgabe 10.3: Sensordaten auf LCD ausgeben ===
-Lassen Sie einen Schrittmotor eine ganze Umdrehung vor- und zurückdrehen.
+Mit den Temperatursensor TMP36 soll die Temperatur ausgelesen und auf dem LCD angezeigt werden.
 <!--
 # Folgen Sie der [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen].
@@ Zeile 81: / Zeile 84: @@
 -->
-'''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">
-'''Lösung:''' [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor ansteuern]
+'''Lösung:''' [https://funduino.de/nr-9-temperatur-messen Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen]
 </div>
+----
+=== Aufgabe 10.4: Anzeige via Taster umschalten ===
+# Lesen Sie einen Taster über einen Interrupt ein.
+# 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
-=== Aufgabe 8.4: Motorbewegung unterbrechen ===
+'''Nützliche Befehle''': <code>switch .. case</code>
-# 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.
-'''Nützliche Befehle''': <code>[https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/ attachInterrupt()]</code>
+'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>schalteAnzeige.ino</code>
+<!--
 '''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>StepperUhrNotaus.ino</code>
 <div class="mw-collapsible mw-collapsed">
@@ Zeile 101: / Zeile 110: @@
 </div>
+-->
-=== Aufgabe 8.5: Nachhaltige Doku ===
+----
+=== Aufgabe 10.5: Nachhaltige Doku ===
 Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
 * Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
@@ Zeile 113: / Zeile 123: @@
 '''Arbeitsergebnis''' in SVN: <code>SVN Log</code>
-== Bewertung ==
+== Datenblätter ==
-{| class="wikitable"
+* [[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]]
-| '''Aufgabe'''|| '''Punkte'''
-|-
-| 8.1|| 2
-|-
-| 8.2|| 2
-|-
-| 8.3|| 2
-|-
-| 8.4|| 2
-|-
-| 8.5|| 2
-|-
-|}
-== Tutorials ==
-*[[Arduino:_Interrupts|HSHL Wiki: Interrupts]]
-*[[Servomotor_SG90|HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90]]
-*[[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine| HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48]]
-*[https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servomotor TowerPro SG90]
-* [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 ==
 == Literatur ==
@@ Zeile 147: / Zeile 133: @@
 # 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/ https://hartmut-waller.info/arduinoblog/]
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