【PIC】LCD 1602の使い方 | 理系男子の電子工作

今回はパラレル接続のキャラクタLCDの使い方を紹介します。

タイトルに1602とついていますが、キャラクタLCDの制御ICは大抵同じものなので、文字数の違うものだったり、メーカーの違うものであっても同じように操作出来ると思います。I2C接続のLCDについてはこちらをご覧ください。https://rikeden.net/?p=81

1 使用パーツ
2 接続方法
3 通信方法
4 コマンド
5 CGRAMの使い方
6 １文字表示とprintf() による文字列表示
7 サンプルプログラム

使用パーツ

LCD 1602A
PIC16F1827

今回使用するLCDはジャンクで購入したものなので正確な型番等は不明ですが、基板裏にはQAPASS 1602Aと表記されています。ピンアサインは表に書いてあるので問題なく使用出来ました。

LCDface LCDback

今回使用したものとは違いますが、参考として秋月電子で販売されているLCDのリンクを貼っておきます。ＬＣＤキャラクタディスプレイモジュール　Ｌ１６８２Ｄ１Ｊ０００　（１６×２行　白色バックライト）

こちらのページにあるデータシートを参考にしています。

接続方法

まずは各ピンの説明です。

VDD, VSS	電源ピン：+5VとGNDに接続
V0	コントラスト調整：可変抵抗を接続
RS	Register Select：コマンドかデータを指定。マイコンに接続
RW	Read Write：読取はH、書込はL。読取の必要がない場合はGNDに接続
E	Enable signal：マイコンに接続
D0 ～ D3	データ：8bitモードのときのみ使用
D4 ～ D7	データ：8bitモードと4bitモードのどちらでも使用
A, K	バックライト電源：抵抗を介して電源に接続

LCDとマイコンの接続は8bitモードと4bitモードの２種類がありますが、今回は4bitモードで行います。4bitモードでは1byteのデータを２回に分けて送信する必要がありますが、マイコンのピンを４本節約できるメリットの方が大きいです。

回路図は次のようになります。

Schematic

通信方法

データシートにあるタイミングチャートを見てみましょう。

TimingChart

注目すべき時点は、橙色の枠で囲んだEが立ち下がる時点です。このタイミングでLCDにデータが送信されます。

すなわち、データの送信は

RSをコマンドであればHに、データであればLに設定
RWをLに設定（常にGNDに接続していれば大丈夫）
D4～D7に送信するデータを設定（4bitモードの場合）
以上の状態でEを立ち上げてから立ち下げる

というステップで行うことができます。

以下がプログラム例です。（このページの最後にライブラリとしてまとめたものを載せています）

void lcd_Send4(char c){
    E = 1;
    PORTA = (PORTA & 0xF0) | (c & 0x0F);    //RA0-3　に送信する4bitを設定 //2022/9/5追記 PICの種類によってRA3は入力専用の場合もあるので注意
    NOP();                                  //クロック周波数が高い場合に必要な遅延
    E = 0;                                  //E立ち下げで送信
}

void lcd_Send8(char c){
    lcd_Send4(c >> 4);  //上位4bit ビットマスクはlcd_Send4() の中で
    lcd_Send4(c);       //下位4bit
}

void lcd_INST(char command){
    RS = 0;
    lcd_Send8(command);
    __delay_us(40);
}

void lcd_DATA(char data){
    RS = 1;
    lcd_Send8(data);
    __delay_us(40);
}

void lcd_Send4(char c){

E = 1;

PORTA = (PORTA & 0xF0) | (c & 0x0F); //RA0-3　に送信する4bitを設定 //2022/9/5追記 PICの種類によってRA3は入力専用の場合もあるので注意

NOP(); //クロック周波数が高い場合に必要な遅延

E = 0; //E立ち下げで送信

}

void lcd_Send8(char c){

lcd_Send4(c >> 4); //上位4bit ビットマスクはlcd_Send4() の中で

lcd_Send4(c); //下位4bit

}

void lcd_INST(char command){

RS = 0;

lcd_Send8(command);

__delay_us(40);

}

void lcd_DATA(char data){

RS = 1;

lcd_Send8(data);

__delay_us(40);

}

4bitモードでは1byteのデータを送信するには上位4bitと下位4bitに分けて送信する必要があるので、上記のようにまず4bitを送信する関数を作ってそれを２回呼び出しています。RSについては、コマンドとデータでそれぞれ別の関数を用意してその中で設定しています。40usの遅延については後述のコマンド表に書いてある標準で必要な遅延時間です。

コマンド

まずコマンドの一覧表と初期化例を載せます。

InstructionTable

Initialization.

コマンドの詳しい内容はデータシートを参照してください。

これらを基に初期化関数とカーソル位置設定関数を用意しました。

void lcd_Init(){
    RS = 0;
    E = 0;
    __delay_ms(45);
    lcd_Send4(0x03);
    __delay_ms(5);
    lcd_Send4(0x03);
    __delay_us(100);
    lcd_Send4(0x03);    //ここまでで確実に8bitモードになる
    lcd_Send4(0x02);    //4bitモードに設定
    __delay_us(40);
    
    lcd_INST(0x28);     //ファンクションセット : 4bit/ 2lines/ 5*7
    lcd_INST(0x08);     //表示OFF/ カーソルOFF/ ブリンクOFF
    lcd_INST(0x01);     //ディスプレイクリア
    __delay_ms(2);
    lcd_INST(0x06);     //エントリーモード : カーソル右移動/ 表示シフトなし
    lcd_INST(0x0C);     //表示ON
}

void lcd_SetCursor(char row, char column){
    const char lcd_DDRAM[4] = {0x00, 0x40, 0x14, 0x54}; //各行の先頭アドレス
    char adrs = lcd_DDRAM[row] + column;                //指定位置のアドレス
    lcd_INST(0x80 + adrs);
}

void lcd_Init(){

RS = 0;

E = 0;

__delay_ms(45);

lcd_Send4(0x03);

__delay_ms(5);

lcd_Send4(0x03);

__delay_us(100);

lcd_Send4(0x03); //ここまでで確実に8bitモードになる

lcd_Send4(0x02); //4bitモードに設定

__delay_us(40);

lcd_INST(0x28); //ファンクションセット : 4bit/ 2lines/ 5*7

lcd_INST(0x08); //表示OFF/ カーソルOFF/ ブリンクOFF

lcd_INST(0x01); //ディスプレイクリア

__delay_ms(2);

lcd_INST(0x06); //エントリーモード : カーソル右移動/ 表示シフトなし

lcd_INST(0x0C); //表示ON

}

void lcd_SetCursor(char row, char column){

const char lcd_DDRAM[4] = {0x00, 0x40, 0x14, 0x54}; //各行の先頭アドレス

char adrs = lcd_DDRAM[row] + column; //指定位置のアドレス

lcd_INST(0x80 + adrs);

}

データシートの初期化例ではディスプレイの表示をOFFにしたままなので、初期化関数の最後に表示をONにさせています。

カーソル位置指定関数は４行のLCDにも対応できるようにしておきました。

CGRAMの使い方

LCDには英数字と半角カナのフォントが内蔵されていますが、CGRAM (Character Generation RAM) を使用すると独自のフォントを使用することができます。CGRAMは右図のように８文字分用意されていて、このRAMにフォント（5x8）のデータを書き込むことで、任意の文字や記号を表示することができます。

文字コードとCGRAMアドレス、CGRAMデータの関係は下図のようになっています。

CGRAMアドレスのbit3～bit5が文字コードの下位３bitを表し、bit0～bit2がその文字内での位置を表します。（bit6,7が無いことは前述のコマンド一覧の「CGRAMアドレスセット」を参照してください）

よって、１文字分のフォントをCGRAMに設定するためには、

指定の文字コードに対応するCGRAMアドレス（下位３bitは000）をセット
フォントのデータを送信（上から８回）

すればよいことになります。次の関数を用意しました。

void lcd_DefineCharacter(char adrs, char* pattern){
    lcd_INST(0x40 | (adrs << 3));   //CGRAMアドレス　(adrs: 0-7)
    for(char i=0; i<8; i++)
        lcd_DATA(pattern[i]);
    lcd_INST(0x80);                 //書き込み先をDDRAMに戻す
}

void lcd_DefineCharacter(char adrs, char* pattern){

lcd_INST(0x40 | (adrs << 3)); //CGRAMアドレス　(adrs: 0-7)

for(char i=0; i<8; i++)

lcd_DATA(pattern[i]);

lcd_INST(0x80); //書き込み先をDDRAMに戻す

}

１文字表示とprintf() による文字列表示

初期化が完了したら、文字データを送信することで現在のDDRAMアドレス（カーソル位置）にそのデータが書き込まれ、LCDに文字を表示することができます。

例えば、「A」と表示させたい場合は先程用意した関数を使用して

lcd_DATA('A');

とすればよいです。

文字列を表示させたい場合、ポインタを引数にしてこの関数を繰り返し実行する関数を用意すればよいのですが、printf()関数が使用出来れば変換指定子なども利用できるのでとても便利です。PICで標準出力関数のprintf()を使用するには、低レベル出力関数のputch() 関数を自分で設定する必要があります。

今回は出力先をLCDにするので、

void putch(char c){
    lcd_DATA(c);
}

void putch(char c){

lcd_DATA(c);

}

と記述します。これだけでprintf()関数が使用可能になります。CGRAMの文字を使用するには、変換指定子の %cを使用します。

ちなみにこれは出力先をUSARTにしたりすることも可能です。

サンプルプログラム

LCDの１行目に”HelloWorldﾘｹﾃﾞﾝ”と表示し、２行目には変換指定子を利用した変数の表示とCGRAMを利用した”℃”を表示させてみました。

１秒毎に１℃増えるという意味不明なプログラムですが気にしない。

OperationTest

上手くいかない場合はまずコントラストをいじってみると良いと思います。コントラストのピンに繋げた可変抵抗を回して下図のように薄すぎ/濃すぎでないか確かめてください。

TooThin TooThick

以下プログラムと回路図（再掲）です。

void lcd_Send4(char c);
void lcd_Send8(char c);
void lcd_INST(char command);
void lcd_DATA(char data);
void lcd_Init();
void lcd_SetCursor(char row,char column);
void lcd_DefineCharacter(char adrs, char* pattern);

void lcd_Send4(char c);

void lcd_Send8(char c);

void lcd_INST(char command);

void lcd_DATA(char data);

void lcd_Init();

void lcd_SetCursor(char row,char column);

void lcd_DefineCharacter(char adrs, char* pattern);

#define E  RA6
#define RS RA7
#define _XTAL_FREQ 500000

#include <xc.h>


void lcd_Send4(char c){
    E = 1;
    PORTA = (PORTA & 0xF0) | (c & 0x0F);    //RA0-3　に送信する4bitを設定  //2022/9/5追記 PICの種類によってRA3は入力専用の場合もあるので注意
    NOP();                                  //クロック周波数が高い場合に必要な遅延
    E = 0;                                  //E立ち下げで送信
}

void lcd_Send8(char c){
    lcd_Send4(c >> 4);  //上位4bit ビットマスクはlcd_Send4() の中で
    lcd_Send4(c);       //下位4bit
}

void lcd_INST(char command){
    RS = 0;
    lcd_Send8(command);
    __delay_us(40);
}

void lcd_DATA(char data){
    RS = 1;
    lcd_Send8(data);
    __delay_us(40);
}

void lcd_Init(){
    RS = 0;
    E = 0;
    __delay_ms(45);
    lcd_Send4(0x03);
    __delay_ms(5);
    lcd_Send4(0x03);
    __delay_us(100);
    lcd_Send4(0x03);    //ここまでで確実に8bitモードになる
    lcd_Send4(0x02);    //4bitモードに設定
    __delay_us(40);
    
    lcd_INST(0x28);     //ファンクションセット : 4bit/ 2lines/ 5*7
    lcd_INST(0x08);     //表示OFF/ カーソルOFF/ ブリンクOFF
    lcd_INST(0x01);     //ディスプレイクリア
    __delay_ms(2);
    lcd_INST(0x06);     //エントリーモード : カーソル右移動/ 表示シフトなし
    lcd_INST(0x0C);     //表示ON
}

void lcd_SetCursor(char row, char column){                //行、列は0番目から
    const char lcd_DDRAM[4] = {0x00, 0x40, 0x14, 0x54};   //各行の先頭アドレス
    char adrs = lcd_DDRAM[row] + column;                  //指定位置のアドレス
    lcd_INST(0x80 + adrs);
}

void lcd_DefineCharacter(char adrs, char* pattern){
    lcd_INST(0x40 | (adrs << 3));   //CGRAMアドレス　(adrs: 0-7)
    for(char i=0; i<8; i++)
        lcd_DATA(pattern[i]);
    lcd_INST(0x80);                 //書き込み先をDDRAMに戻す
}

#define E RA6

#define RS RA7

#define _XTAL_FREQ 500000

#include <xc.h>

void lcd_Send4(char c){

E = 1;

PORTA = (PORTA & 0xF0) | (c & 0x0F); //RA0-3　に送信する4bitを設定 //2022/9/5追記 PICの種類によってRA3は入力専用の場合もあるので注意

NOP(); //クロック周波数が高い場合に必要な遅延

E = 0; //E立ち下げで送信

}

void lcd_Send8(char c){

lcd_Send4(c >> 4); //上位4bit ビットマスクはlcd_Send4() の中で

lcd_Send4(c); //下位4bit

}

void lcd_INST(char command){

RS = 0;

lcd_Send8(command);

__delay_us(40);

}

void lcd_DATA(char data){

RS = 1;

lcd_Send8(data);

__delay_us(40);

}

void lcd_Init(){

RS = 0;

E = 0;

__delay_ms(45);

lcd_Send4(0x03);

__delay_ms(5);

lcd_Send4(0x03);

__delay_us(100);

lcd_Send4(0x03); //ここまでで確実に8bitモードになる

lcd_Send4(0x02); //4bitモードに設定

__delay_us(40);

lcd_INST(0x28); //ファンクションセット : 4bit/ 2lines/ 5*7

lcd_INST(0x08); //表示OFF/ カーソルOFF/ ブリンクOFF

lcd_INST(0x01); //ディスプレイクリア

__delay_ms(2);

lcd_INST(0x06); //エントリーモード : カーソル右移動/ 表示シフトなし

lcd_INST(0x0C); //表示ON

}

void lcd_SetCursor(char row, char column){ //行、列は0番目から

const char lcd_DDRAM[4] = {0x00, 0x40, 0x14, 0x54}; //各行の先頭アドレス

char adrs = lcd_DDRAM[row] + column; //指定位置のアドレス

lcd_INST(0x80 + adrs);

}

void lcd_DefineCharacter(char adrs, char* pattern){

lcd_INST(0x40 | (adrs << 3)); //CGRAMアドレス　(adrs: 0-7)

for(char i=0; i<8; i++)

lcd_DATA(pattern[i]);

lcd_INST(0x80); //書き込み先をDDRAMに戻す

}

#pragma config FOSC = INTOSC    // Oscillator Selection (INTOSC oscillator: I/O function on CLKIN pin)
#pragma config WDTE = OFF       // Watchdog Timer Enable (WDT disabled)
#pragma config PWRTE = OFF      // Power-up Timer Enable (PWRT disabled)
#pragma config MCLRE = ON       // MCLR Pin Function Select (MCLR/VPP pin function is MCLR)
#pragma config CP = OFF         // Flash Program Memory Code Protection (Program memory code protection is disabled)
#pragma config CPD = OFF        // Data Memory Code Protection (Data memory code protection is disabled)
#pragma config BOREN = ON       // Brown-out Reset Enable (Brown-out Reset enabled)
#pragma config CLKOUTEN = OFF   // Clock Out Enable (CLKOUT function is disabled. I/O or oscillator function on the CLKOUT pin)
#pragma config IESO = ON        // Internal/External Switchover (Internal/External Switchover mode is enabled)
#pragma config FCMEN = ON       // Fail-Safe Clock Monitor Enable (Fail-Safe Clock Monitor is enabled)
#pragma config WRT = OFF        // Flash Memory Self-Write Protection (Write protection off)
#pragma config PLLEN = ON       // PLL Enable (4x PLL enabled)
#pragma config STVREN = ON      // Stack Overflow/Underflow Reset Enable (Stack Overflow or Underflow will cause a Reset)
#pragma config BORV = LO        // Brown-out Reset Voltage Selection (Brown-out Reset Voltage (Vbor), low trip point selected.)
#pragma config LVP = OFF        // Low-Voltage Programming Enable (High-voltage on MCLR/VPP must be used for programming)

#include <xc.h>
#include <stdio.h>
#include "lcd.h"

#define _XTAL_FREQ 500000
#define DEGREE 0

const char degree[8] = {    //℃
    0b10000,
    0b00110,
    0b01001,
    0b01000,
    0b01000,
    0b01001,
    0b00110,
    0b00000
};

void putch(char c){
    lcd_DATA(c);
}

void Init(){
    TRISA  = 0;
    ANSELA = 0;
    TRISB  = 0;
    ANSELB = 0;
}

void main(void) {
    Init();
    lcd_Init();
    
    lcd_DefineCharacter(DEGREE, degree);    //アドレスDEGREE(0)に配列degreeのフォントデータ書込み
    
    printf("HelloWorld ﾘｹﾃﾞﾝ");
    
    char t = 0;
    while(1){
        lcd_SetCursor(1,0);
        printf("Temp : %3d%c", t, DEGREE);
        //lcd_DATA(DEGREE);                 //2022/9/5修正 不要のためコメントアウト
        
        t++;
        __delay_ms(1000);
    }
}

#pragma config FOSC = INTOSC // Oscillator Selection (INTOSC oscillator: I/O function on CLKIN pin)

#pragma config WDTE = OFF // Watchdog Timer Enable (WDT disabled)

#pragma config PWRTE = OFF // Power-up Timer Enable (PWRT disabled)

#pragma config MCLRE = ON // MCLR Pin Function Select (MCLR/VPP pin function is MCLR)

#pragma config CP = OFF // Flash Program Memory Code Protection (Program memory code protection is disabled)

#pragma config CPD = OFF // Data Memory Code Protection (Data memory code protection is disabled)

#pragma config BOREN = ON // Brown-out Reset Enable (Brown-out Reset enabled)

#pragma config CLKOUTEN = OFF // Clock Out Enable (CLKOUT function is disabled. I/O or oscillator function on the CLKOUT pin)

#pragma config IESO = ON // Internal/External Switchover (Internal/External Switchover mode is enabled)

#pragma config FCMEN = ON // Fail-Safe Clock Monitor Enable (Fail-Safe Clock Monitor is enabled)

#pragma config WRT = OFF // Flash Memory Self-Write Protection (Write protection off)

#pragma config PLLEN = ON // PLL Enable (4x PLL enabled)

#pragma config STVREN = ON // Stack Overflow/Underflow Reset Enable (Stack Overflow or Underflow will cause a Reset)

#pragma config BORV = LO // Brown-out Reset Voltage Selection (Brown-out Reset Voltage (Vbor), low trip point selected.)

#pragma config LVP = OFF // Low-Voltage Programming Enable (High-voltage on MCLR/VPP must be used for programming)

#include <xc.h>

#include <stdio.h>

#include "lcd.h"

#define _XTAL_FREQ 500000

#define DEGREE 0

const char degree[8] = { //℃

0b10000,

0b00110,

0b01001,

0b01000,

0b01001,

0b00110,

0b00000

};

void putch(char c){

lcd_DATA(c);

}

void Init(){

TRISA = 0;

ANSELA = 0;

TRISB = 0;

ANSELB = 0;

}

void main(void) {

Init();

lcd_Init();

lcd_DefineCharacter(DEGREE, degree); //アドレスDEGREE(0)に配列degreeのフォントデータ書込み

printf("HelloWorld ﾘｹﾃﾞﾝ");

char t = 0;

while(1){

lcd_SetCursor(1,0);

printf("Temp : %3d%c", t, DEGREE);

//lcd_DATA(DEGREE); //2022/9/5修正不要のためコメントアウト

t++;

__delay_ms(1000);

}

Schematic

今回の記事は以上となります。最後までご覧いただきありがとうございました。

ちなみにこちらの記事ではちゃんと温度を測定しています。https://rikeden.net/?p=614

萩原孝英より:

2022-09-05 17:48

整理されていてとても綺麗なプログラムありがとうございます。参考にさせて頂きました。
PIC16F1709にほとんどそのまま移植できたのですが、RA3が入力専用と言う事を忘れていて大分苦労しました。
貴プログラムの
printf("Temp : %3d%c", t, DEGREE);
lcd_DATA(DEGREE);
は「℃」が2度プリントされてしまうのですね。

返信
- きっちーより:
  
  2022-09-05 18:01
  
  コメントありがとうございます。
  コメントを参考に記事(プログラム)を一部編集させていただきました。
  
  返信
ザクより:

2024-06-10 22:38

当該サイトでLCDに表示が出ることを確認できました。
PicKit3を接続してプログラム書き込みでLCDに表示がでるのですが、電源のみに接続すると
何も表示されませんでした。
プログラムは、書き込まれているのに、何故電源のみでは表示（プログラム開始）されないのでしょうか。

返信
- きっちーより:
  
  2024-06-10 23:17
  
  余っているピンでLチカをさせてみるなど、PICが動いていることは確認していますか？
  PICが動いている場合、電源に接続した状態でPICをリセットしてもLCDは起動しないでしょうか？
  リセットで起動するなら、電源投入時の電圧が不安定などの原因が考えられます。
  その場合LCD初期化前にPICをしばらくスリープさせると解決するかもしれません。
  
  返信
  - ザクより:
    
    2024-06-17 08:39
    
    返信遅くなりすいません。
    PIC側のGND配線に間違いがありました。
    失礼しました。
    
    返信
I２C初心者より:

2025-03-02 11:09

こんにちは。
また教えて欲しいことがあります。

【PIC】I2CでLCDに文字を表示する
上記の記事を見ると、書き込みの際、スレーブアドレスをLCDに送信していますが、

当記事の１６０２の場合は、スケッチには、スレーブアドレスが見られないのですが、いかがでしょうか？
書き込みの際、スレーブアドレスをスケッチに入れないのでしょうか？

返信
- きっちーより:
  
  2025-03-02 12:00
  
  当記事のLCDと「【PIC】I2CでLCDに文字を表示する」で使用したLCDは通信方式が異なります。
  
  I2C通信は一組の線で複数のデバイスを接続できるので、通信相手を指定するためにスレーブアドレスが必要になります。
  
  当記事の場合はI2Cのような決まった規格ではなく、デバイス独自の通信方式です。（キャラクタLCDであれば基本的に製造元に依らず共通ではあると思います）
  
  どの通信方式を使うのかは、そのデバイスがどの通信方式に対応しているか次第です。
  
  返信
  - I２C初心者より:
    
    2025-03-02 14:14
    
    有難うございます。
    
    返信
I２C初心者より:

2025-03-03 08:45

こんにちは。

初期設定のビット代入値ですが、*のところは、0とするのでしょうか？
宜しくお願いします。

返信
- I２C初心者より:
  
  2025-03-03 14:21
  
  続けて失礼します。
  ＊は無効と突起されていたので、その旨を条件として、AIに聞いてみました。
  *は、1でも０でも構わないとのことでした。
  
  返信

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