Character LCD 제어 — HD44780·4-bit Mode·Custom Char
#한 줄 요약
“30년 된 표준이 아직도 살아있습니다.” 16×2 character LCD = HD44780 chip. 4-bit mode 6 wire로 충분합니다.
#어떤 상황에서 쓰나
문자만 표시하면 되는 간단한 status display — 전압계, 온도계, vending machine UI, 산업 제어 panel. SSD1306 OLED나 TFT가 더 예쁘지만 HD44780은 가격 1-2달러, 직관적 textual display, 전원 OFF에도 마지막 문자 잔상이 없는 장점이 있습니다.
이 글은 HD44780 4-bit interface로 STM32와 16×2 LCD를 연결하고, character 출력, custom character 정의까지 다룹니다.
#핵심 개념
#HD44780 핀
| LCD 핀 | 역할 |
|---|---|
| 1 VSS | GND |
| 2 VDD | +5V |
| 3 VO | contrast (10k pot) |
| 4 RS | 0=command, 1=data |
| 5 RW | 0=write, 1=read (보통 GND로 묶음) |
| 6 E | enable (rising edge에서 latch) |
| 7-14 DB0-7 | data bus |
| 15 LED+ | backlight + (220Ω 직렬) |
| 16 LED- | backlight GND |
4-bit mode에서는 DB4-7만 사용. DB0-3은 floating으로 두거나 GND.
#4-bit mode wiring
MCU GPIO LCD───────── ────PA0 ────────────► RSGND ────────────► RW (write only)PA1 ────────────► EPB0-3 ──────────► DB4-7GND ────────────► DB0-3+5V + 10k pot ──► VO (contrast)총 6 wire (RS, E, DB4-7).
#Command vs Data
| RS | RW | 의미 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | command write (clear, cursor move, …) |
| 1 | 0 | character data write |
| 0 | 1 | busy flag read |
| 1 | 1 | data read (거의 안 씀) |
#Timing
E low → high → low cycle:
- E high ≥ 230 ns
- E low ≥ 500 ns
- data valid 80 ns before E falling
Command execution:
- Clear / Return Home: 1.52 ms
- Other commands: 37 µs
대부분의 command 후 37 µs 대기가 필요합니다. clear만 1.52 ms.
#DDRAM address layout (16×2)
Line 1: 0x00 ~ 0x0F (16 chars)Line 2: 0x40 ~ 0x4F
Cursor → row R, col C: addr = (R ? 0x40 : 0x00) + C command: 0x80 | addr#CGRAM — custom character
8 custom character (code 0x00~0x07)을 정의 가능. 각 character는 8 byte (5×8 pixel).
’♥’ character (code 0x01):
- Row 0: 0b00000 (top)
- Row 1: 0b01010
- Row 2: 0b11111
- Row 3: 0b11111
- Row 4: 0b11111
- Row 5: 0b01110
- Row 6: 0b00100
- Row 7: 0b00000 (bottom)
CGRAM address 0x00~0x3F. character N의 byte M = address (N*8 + M).
#코드 예제
#1. 4-bit interface driver
// PA0=RS, PA1=E, PB0-3=D4-D7#define LCD_RS_PORT GPIOA#define LCD_RS_PIN 0#define LCD_E_PORT GPIOA#define LCD_E_PIN 1#define LCD_D_PORT GPIOB#define LCD_D_SHIFT 0 // D4 = PB0
static void lcd_write4(uint8_t nibble) { LCD_D_PORT->BSRR = (0xFu << (LCD_D_SHIFT + 16)) // clear | ((nibble & 0xF) << LCD_D_SHIFT); // set
LCD_E_PORT->BSRR = (1u << LCD_E_PIN); // E high delay_us(1); // ≥ 230 ns LCD_E_PORT->BSRR = (1u << (LCD_E_PIN + 16)); // E low delay_us(1); // ≥ 500 ns}
static void lcd_send(uint8_t byte, int rs) { if (rs) LCD_RS_PORT->BSRR = (1u << LCD_RS_PIN); else LCD_RS_PORT->BSRR = (1u << (LCD_RS_PIN + 16));
lcd_write4(byte >> 4); lcd_write4(byte & 0xF);
delay_us(40); // command execution time}
void lcd_cmd(uint8_t cmd) { lcd_send(cmd, 0); }void lcd_data(uint8_t data) { lcd_send(data, 1); }#2. Init sequence
datasheet에 정확한 sequence가 있습니다. 따르지 않으면 4-bit mode로 들어가지 않습니다.
void lcd_init(void) { // GPIO init (RS, E, D4-D7) gpio_init(GPIOA, 0, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_OUTPUT}); gpio_init(GPIOA, 1, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_OUTPUT}); for (int i = 0; i < 4; i++) gpio_init(GPIOB, i, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_OUTPUT});
delay_ms(50); // power-on wait > 40 ms
// Function set sequence (8-bit mode first, then switch to 4-bit) lcd_write4(0x3); delay_ms(5); lcd_write4(0x3); delay_us(100); lcd_write4(0x3); delay_us(100); lcd_write4(0x2); // switch to 4-bit
lcd_cmd(0x28); // 4-bit, 2 line, 5x8 font lcd_cmd(0x0C); // display ON, cursor OFF lcd_cmd(0x01); delay_ms(2); // clear lcd_cmd(0x06); // entry mode: cursor++, no shift}
void lcd_clear(void) { lcd_cmd(0x01); delay_ms(2);}
void lcd_goto(uint8_t row, uint8_t col) { uint8_t addr = (row ? 0x40 : 0x00) + col; lcd_cmd(0x80 | addr);}
void lcd_print(const char *s) { while (*s) lcd_data(*s++);}#3. Custom character
void lcd_define_char(uint8_t code, const uint8_t pattern[8]) { lcd_cmd(0x40 | (code * 8)); // CGRAM address for (int i = 0; i < 8; i++) lcd_data(pattern[i]);}
const uint8_t heart[8] = { 0b00000, 0b01010, 0b11111, 0b11111, 0b11111, 0b01110, 0b00100, 0b00000,};
void demo(void) { lcd_define_char(0, heart); lcd_clear(); lcd_goto(0, 0); lcd_print("Hello LCD "); lcd_data(0); // ♥}#4. PCF8574 I2C backpack
요즘은 I2C backpack PCB를 LCD에 붙여 2 wire만 사용합니다.
PCF8574 mapping (common):
- P0 = RS
- P1 = RW (GND)
- P2 = E
- P3 = backlight
- P4-7 = D4-D7
// I2C address 0x27 (typical)#define LCD_I2C_ADDR 0x27
static uint8_t bl = 0x08; // backlight bit (P3)
static void lcd_i2c_write(uint8_t nibble, int rs) { uint8_t v = (nibble & 0xF0) | bl | (rs ? 0x01 : 0) | 0x04; // E high i2c_write(LCD_I2C_ADDR, &v, 1); delay_us(1); v &= ~0x04; // E low i2c_write(LCD_I2C_ADDR, &v, 1); delay_us(50);}
void lcd_send_i2c(uint8_t byte, int rs) { lcd_i2c_write(byte & 0xF0, rs); lcd_i2c_write((byte << 4) & 0xF0, rs);}I2C는 delay가 자동으로 ms 단위라 timing이 더 여유롭습니다.
#측정 / 동작 확인
LCD에 *“HELLO WORLD”*가 표시되면 success. 안 보이면 다음 순서로 확인:
- Contrast (VO) — pot을 끝까지 돌려보기. 너무 어두우면 글자 안 보임.
- Backlight — LED+/- 연결 확인.
- Init sequence — 50ms power-on wait 누락 의심.
- Wire 순서 — D4-D7과 PB0-3 매칭.
스코프로 E 핀과 D4-D7을 보면 byte 단위 transaction이 보입니다.
E 핀은 명령마다 두 번 펄스를 만듭니다 — 상위 nibble 한 번 + 하위 nibble 한 번. 각 펄스의 high 구간 동안 D4–D7이 안정되어 있어야 LCD가 올바르게 latch 합니다.
#자주 보는 함정
⚠️ 50ms power-on wait 누락
HD44780은 power-on에 40 ms 이상의 self-init이 필요. 너무 빨리 command 보내면 무시.
⚠️ 4-bit init sequence 잘못
8-bit 모드 3회 → 4-bit 모드 1회 → 4-bit function set. 한 단계라도 빼면 random garbage.
⚠️ Contrast pot 안 돌림
새 LCD는 VO가 default로 너무 밝거나 어두워 글자가 안 보입니다. 항상 10k pot으로 조정.
⚠️ RW를 안 묶음
floating RW가 read mode로 떠 write가 안 됨. GND에 연결.
⚠️ 5V LCD를 3.3V signal로 구동
데이터 핀 high threshold가 ~3.5V. 3.3V signal이면 high가 인식 안 될 수 있음. level shifter 또는 I2C backpack (3.3V tolerant) 사용.
⚠️ 한글·한자 표시 시도
HD44780 ROM은 ASCII + 일부 일본 katakana만. 한글은 CGRAM 8개로 부족 — graphic LCD나 OLED가 필요.
#정리
- HD44780 = 16×2 char LCD 표준. 4-bit mode 6 wire로 충분.
- Init은 정확한 sequence (8-bit 3회 → 4-bit switch → function set).
- Custom character 8개 (CGRAM), 8 byte each.
- PCF8574 I2C backpack으로 2 wire 사용 가능.
- Contrast (VO) 조정이 첫 디버깅.
다음 편은 **SPI OLED (SSD1306)**입니다. 128×64 graphic display, framebuffer, page mode를 다룹니다.
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