2021年2月26日星期五

Raspberry Pi Pico - 使用 MicroPython 驅動整合型 LCD 顯示 Pico 內部溫度感測器值

網頁最後修改時間：2021/02/27

Raspberry Pi Pico（下面簡稱 Pico）主晶片 RP2040 裡有 5 個 ADC 通道，其中通道 4 是與晶片內部的溫度感測器連接，所以可以在不接任何外部裝置的情況下讀出溫度值，雖然它會受到晶片執行負荷量的影響，讀值會有所偏移，但用於本篇的例子已經足夠！

本篇將會說明：怎麼撰寫 Pico 的 MicroPython 程式驅動（賣場的）整合型 LCD，用來顯示讀取 Pico ADC[4] 後的溫度值。

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若須購買 Pico，可參考：Raspberry Pi Pico RP2040 開發板分類賣場

Raspberry Pi Pico MicroPython 入門學習套件 v1.0

有賣場布拉格網頁可參考，可用於 MicroPython 的週邊裝置：

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【參考接線圖】

整合型 LCD 的接線，以 3V3 版本與 Pico 的接法最簡潔，沒有外接調節螢幕亮度的可變電阻，和電壓準位轉換模組；但 5V 版本的就需要。

{3V3} 整合型 LCD 與 Pico 的接線圖

因為手邊現有存貨的關係，所以在本文使用的是 5V 版本的整合型 LCD 的接線方式，同時也能看到怎麼使用電壓準位模組在 3V3 和 5V 系統之間接線的方式。

{5V} 整合型 LCD 與 Pico 的接線圖

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撰寫程式前，Pico 要已經燒錄了 MicroPython；若還沒有且不知怎麼做，看這一篇的說明。

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【掃描 I2C 裝置】

照著上面接好線後，首先必須要檢查一下是不是能正確通訊？下面這個程式碼可以幫助您來做檢查。

import machine
i2c = machine.I2C(0, scl=machine.Pin(1), sda=machine.Pin(0))

print('Scan i2c bus...')
devices = i2c.scan()

if len(devices) == 0:
  print("No i2c device !")
else:
  print('i2c devices found:',len(devices))
  for device in devices:  
    print("Decimal address: ",device," | Hexa address: ",hex(device))

將上面程式碼輸入到 Thonny 中後儲存為檔名 i2c_scan.py ，然後執行它。

執行之後的結果應該如下面所示，也可以看到整合型 LCD 的 I2C 地址：0x3C

i2c_scan.py 執行輸出

【整合型 LCD 的 MicroPython 驅動程式】

下面這個程式，可以直接在電腦端的 Thonny 執行，不需要先上傳到 Pico，執行後會在 LCD 的第一行印出 Hello World! 的字元。但是，如果想要自訂字元輸出，那麼就要先把這個程式（i2c_jlxlcd.py）先上傳到 Pico 的 / 目錄中，要用的時候再 import 進來就可以。

程式碼下載

** 關於程式碼裡所傳送的 16進位值，只要對照整合型 LCD 商品所附的範例程式碼，就會知道 MicroPython 裡所用的這些值的意思，所以如果之前有購買此商品的用戶，那麼就不需要再贅述；其他的，請使用手邊的 LCD 來完成下面的範例程式。

如下圖所示，Pico 配有兩個 I2C 通道，但接腳搭配有多種配對組合可用，程式裡面選擇的是 <GP0> 和 <GP1> 這兩隻接腳，它所代表的是 I2C 通道 0。

Raspberry Pi Pico 接腳配置圖

MicroPython 整合型 LCD 驅動程式裡，現在只有三個函式可用，分別是：

lcd_init()：LCD 初始化；
lcd_clear()：清除 LCD 螢幕上所有的東西；
lcd_display(line, column, dp)：將 dp 字串顯示在第 line 列、第 column 行；
lcd_begin()：印出 I2C 地址與相關資訊，和 LCD 初始化和清除螢幕，使用 LCD 時至少要執行這一行一次；

單獨執行整合型 LCD 驅動程式的輸出，如下圖所示。

i2c_jlxlcd.py 執行輸出

【MicroPython 取得和轉換 Pico 內部溫度感測器的值】

Pico 有 5 個 ADC 通道，扣掉一個（ADC[4]）給溫度感測器用、一個（ADC[3]）給 Pico 硬體偵測電壓用，只剩三個給外部裝置連接用，如下圖所示。

圖片來源 / Picture Source：RP2040 資料手冊 / RP2040 Datasheet

不管是讀取哪一個 ADC 通道，MicroPython 的程式碼都一樣，只不過因為需要讀取的是 Pico 內部溫度感測器的值，因此讀取後必須再經過公式才能轉換成溫度值，然後再由整合型 LCD 做顯示，下面就是完整的程式碼。

from machine import ADC
from utime import sleep
from i2c_jlxlcd import *

sensor_temperature = ADC(4)
conversion_factor = 3.3 / (65535)

lcd_begin()
     
while True:
	reading = sensor_temperature.read_u16() * conversion_factor
	temperature = 25 - (reading - 0.706) / 0.001721
	output_string = 'Temp: ' + str(temperature)
	lcd_clear()
	sleep_ms(10)
	lcd_display(0, 0, output_string)
	sleep(2)

在 Thonny 執行程式後，每隔兩秒程式會讀取一次 Pico 溫度值，該溫度值會直接顯示在整合型 LCD 上；方便佈線起見，麵包板上的螢幕顯示是上下相反的，如下圖所示。

您可以試著把手指輕觸 Pico 上面的 RP2040 晶片，看看溫度值的變化。

i2c_jlxlcd.py 執行結果

【結論】

使用 MicroPython 來熟悉 Pico 的運作是一個不錯的方式，近期賣場也會推出一個 Pico 的 MicroPython 入門學習套件，裡面的電子零件，除了可用來學習樹莓派官方出的 "Get Started with MicroPython on Raspberry Pi Pico" 這份文件中的程式碼和電路之外，多餘的也可以自己再發揮創意，有興趣的記得關注喔！

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