【Arduino進階教學】LCD 2004 I2C 顯示器模組：20×4 大螢幕 4 線接線、LiquidCrystal_I2C 庫與自訂符號繪製實作

一、 實驗說明：為什麼選擇 LCD 2004 I2C 顯示器？

當 Arduino 專題需要同時顯示多組感測器數據、菜單選單或系統狀態時，傳統 16×2 的 LCD 1602 螢幕往往顯得空間不足。此時 LCD 2004 I2C 顯示模組 就是最佳首選！它提供每行 20 個字元、共 4 行（總計 80 個字元）的大容量顯示空間。

核心技術與軟體架構

1. 硬體規格： 採用背光 LCD 面板，解析度為 $20\times 4$ 字元，搭配 PCF8574 I2C 轉接板 後，只需 4 根線即可完成控制。

2. 預設 I2C 位址： 市售模組預設位址通常為 0x27 或 0x3F。

3. 龐大生態系相容性： 使用標準 LiquidCrystal_I2C 程式庫，語法與 LCD 1602 完全通用，無縫升級大螢幕！

二、 實驗所需材料與電路接線圖 (Hardware Setup)

請依照下表將 LCD 2004 I2C 模組正確連接至 Arduino Uno。

💡 省線關鍵： 傳統 LCD 2004 需佔用高達 16 根 Pin 腳，焊上 I2C 轉接板後僅需 VCC、GND、SDA、SCL 4 根線，大大節省開發板腳位！

🛒 準備材料

• Arduino Uno R3 開發板 x 1

• USB 傳輸線 x 1

• LCD 2004 I2C 顯示器模組 x 1

• 杜邦線 若干

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⚡ 腳位對接說明 (Pin Mapping)

三、 必備函式庫下載與安裝步驟

要順利驅動 LCD 2004 I2C 模組，必須安裝專用的 LiquidCrystal_I2C 函式庫。

📥 函式庫下載連結

• LiquidCrystal_I2C 函式庫檔（ZIP 格式）：載點

⚙️ 兩種安裝方式說明

• 方法 A：透過 Arduino IDE 管理器安裝（推薦）

  1. 開啟 Arduino IDE，點選上方選單 草稿碼 (Sketch) > 匯入程式庫 (Include Library) > 管理程式庫 (Manage Libraries)。

  2. 在上方搜尋欄位輸入 「LiquidCrystal_I2C」。

  3. 找到由 Frank de Brabander / johnrickman 維護的版本，點擊 「安裝 (Install)」 即可。

• 方法 B：匯入 ZIP 壓縮檔安裝

  1. 點選上方 [載點] 下載 LiquidCrystal_I2C-master.zip 檔案。

  2. 開啟 Arduino IDE，點選 草稿碼 (Sketch) > 匯入程式庫 (Include Library) > 加載 .ZIP 程式庫 (.ZIP Library…)。

  3. 選擇剛剛下載的 .zip 檔案，系統即會自動完成解壓與安裝。

圖一： 開啟 Arduino IDE，點選上方選單 草稿碼 (Sketch) > 匯入程式庫 (Include Library) > 加入 .ZIP 程式庫…，準備匯入下載好的 LiquidCrystal_I2C 壓縮檔。

圖二： 在彈出的檔案選擇視窗中，點選已下載的 LiquidCrystal_I2C-master.zip 檔案並點擊「選擇」，系統將自動完成 LCD 2004 函式庫的安裝。

四、 程式碼實作範例

🔹 程式範例一：20×4 四行文字與動態數據顯示 (4-Line Text & Data Display)

本範例示範如何在 LCD 2004 的 4 行空間內進行精準排版，並透過 loop() 動態更新數值。

#include <LiquidCrystal_I2C.h> 
#include <Wire.h> 

// 宣告 LCD 物件：位址通常為 0x27 或 0x3F，規格為 20 個字元 x 4 行
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

int uptimeSeconds = 0;

void setup() {
  lcd.init();          // 初始化 LCD
  lcd.backlight();     // 開啟 LCD 背光

  // 第一行：標題
  lcd.setCursor(0, 0); // 游標移至 (第0欄, 第0行)
  lcd.print("=== Mirotek Demo ===");

  // 第二行：固定文字
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("LCD 2004 I2C Display");

  // 第三行：規格標示
  lcd.setCursor(0, 2);
  lcd.print("Resolution: 20x4 Chars");
}

void loop() {
  // 第四行：動態更新運作時間
  lcd.setCursor(0, 3);
  lcd.print("System Time: ");
  lcd.print(uptimeSeconds);
  lcd.print("s   "); // 空格用於蓋掉舊數字殘影

  uptimeSeconds++;
  delay(1000);
}

🔹 程式範例二：自訂特殊符號圖案 (Custom Characters Drawing)

LCD 2004 內建 CGRAM 支援自訂 $5\times 8$ 點陣符號，本範例示範如何繪製「愛心」圖案並顯示在螢幕上。

#include <LiquidCrystal_I2C.h> 
#include <Wire.h> 

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

// 定義 $5 \times 8$ 點陣愛心圖案 (1代表發光，0代表不亮)
byte heartIcon[8] = {
  B00000,
  B01010,
  B11111,
  B11111,
  B01110,
  B00100,
  B00000,
  B00000
};

void setup() {
  lcd.init();
  lcd.backlight();

  // 將自訂圖案寫入 CGRAM 位置 0
  lcd.createChar(0, heartIcon);

  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Custom Icon Demo:");

  // 顯示自訂愛心符號
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("I ");
  lcd.write(0); // 呼叫 0 號自訂符號
  lcd.print(" Arduino!");
}

void loop() {
  // 主迴圈保留
}