Arduino Shield: назначение, подключение, программирование на примере LCD Keypad shield

Многофункциональный Arduino Shield

Arduino Shields – платы расширения для ардуино.

Плата расширения Arduino – это законченное устройство, предназначенное для выполнения определенных функций и подключаемое к основному контроллеру с помощью стандартных разъемов. Такие платы, совершенно логично называемые "платами расширения", служат для выполнения самых разнообразных задач и могут существенно упростить жизнь "ардуинщика".

Плата расширения или Arduino shield?

Давайте сперва разберемся в терминах. Плата расширения Ардуино – это законченное устройство, предназначенное для выполнения определенных функций и подключаемое к основному контроллеру с помощью стандартных разъемов.  Другое популярное название платы расширения – англоязычное Arduino shield или просто "шилд". На плате расширения установлены все необходимые электронные компоненты, а взаимодействие с микроконтроллером и другими элементами основной платы происходят через стандартные пины ардуино. Чаще всего питание на шилд тоже подается с основной платы arduino, хотя во многих случаях есть возможность запитки с других источников. В любом шилде остаются несколько свободных пинов, которые вы можете использовать по своему усмотрению, подключив к ним любые другие компоненты.

Англоязычное слово Shield переводится как щит, экран, ширма. В нашем контексте его следует понимать как нечто, покрывающее плату контроллера, создающего дополнительный слой устройства, ширму, за которой скрываются различные элементы.

Подключение к Arduino на примере шилда LCD Keypad Shield

Подключение шилда очень простое – нужно попасть ножками в соответствующие разъемы платы ардуино и аккуратно совместить их. Ничего дополнительно подсоединять или припаивать не надо. Нужно помнить и учитывать тот факт, что часть пинов зарезервированы для управления дисплеем и кнопками и не может быть использована для других нужд! Для удобства подключения дополнительного оборудования на плате выведены дополнительные разъемы 5В и GND к каждой контактной площадке аналоговых пинов. Это, безусловно, упрощает работу с датчиками. Также можно подключать цифровые устройства через свободные пины 0-3 и 11-13. Подключив шилд, мы можем работать с экраном и кнопками на нем так же, как с отдельными устройствами, учитывая только номера пинов, к которым припаяны соответствующие контакты.

Распиновка LCD Shield

Контакт дисплея LCD 1602	Описание	Контакт на LCD Shield
Пины LCD экрана
GND	Земля
VDD	Питание 5В
Contrast	Управление контрастом	Потенциометр
RS	Команды/Данные	8
R/W	Чтение/Запись
Enable	Включение (активирование)	9
DB0	Не используется
DB1	Не используется
DB2	Не используется
DB3	Не используется
DB4	Дата 1	4
DB5	Дата 2	5
DB6	Дата 3	6
DB7	Дата 4	7
Back LED +	Включение подсветки	10
Back LED –	Питание подсветки
Пины для кнопок
Кнопка UP	Управляющая кнопка	A0
Кнопка DOWN	Управляющая кнопка	A0
Кнопка LEFT	Управляющая кнопка	A0
Кнопка RIGHT	Управляющая кнопка	A0
Кнопка SELECT	Управляющая кнопка	A0
Reset	Перезагрузка платы	Reset
ICSP	ICSP для перепрошивки встроенного микроконтроллера HD44780U
UART	Контакты для UART соединения	0, 1

LCD Keypad Shield

Cкетч для работы с экраном и кнопками меню LCD Keypad shield

В данном примере мы определяем текущую нажатую кнопку и выводим ее название на экран. Обратите внимание, что для удобства мы выделили операцию определения кнопки в отдельную функцию. Также в скетче мы выделили отдельный метод для вывода текста на экран. В ней мы показываем сообщение (параметр message) и очищаем его через секунду. Нужно помнить, что в течение этой секунды нажатия кнопок не обрабатываются

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);

#define BTN_UP   1
#define BTN_DOWN 2
#define BTN_LEFT 3
#define BTN_RIGHT 4
#define BTN_SELECT 5
#define BTN_NONE 10

int detectButton() {
  int keyAnalog =  analogRead(A0);
  if (keyAnalog < 100) {
    // Значение меньше 100 – нажата кнопка right
    return BTN_RIGHT;
  } else if (keyAnalog < 200) {
    // Значение больше 100 (иначе мы бы вошли в предыдущий блок результата сравнения, но меньше 200 – нажата кнопка UP
    return BTN_UP;
  } else if (keyAnalog < 400) {
    // Значение больше 200, но меньше 400 – нажата кнопка DOWN
    return BTN_DOWN;
  } else if (keyAnalog < 600) {
    // Значение больше 400, но меньше 600 – нажата кнопка LEFT
    return BTN_LEFT;
  } else if (keyAnalog < 800) {
    // Значение больше 600, но меньше 800 – нажата кнопка SELECT
    return BTN_SELECT;
  } else {
    // Все остальные значения (до 1023) будут означать, что нажатий не было
    return BTN_NONE;
  }
}
void clearLine(int line){
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("                ");
}

void printDisplay(String message){
  Serial.println(message);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(message);
  delay(1000);
  clearLine(1);
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print("Arduino Master");
  delay(3000);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Arduino Master");
  
}

void loop() {
  int button = detectButton();

  switch (button) {
    case BTN_UP:
      printDisplay("UP");
      break;
    case BTN_DOWN:
      printDisplay("DOWN");
      break;
    case BTN_LEFT:
      printDisplay("LEFT");
      break;
    case BTN_RIGHT:
      printDisplay("RIGHT");
      break;
    case BTN_SELECT:
      printDisplay("SELECT");
      break;
    default:
      //printDisplay("Press any key");
      break;
  }
}