项目四 LCD1602液晶显示
项目四 LCD1602液晶显示
液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在嵌入式电子产品的人机交互界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。
在嵌入式电子产品使用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：
（1）显示质量高
由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。
（2）数字式接口
液晶显示器都是数字式的，和嵌入式芯片的接口更加简单可靠，操作更加方便。
（3）体积小、重量轻
液晶显示器，是通过显示屏上的电极控制液晶分子状态，达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。
（4）功耗低
相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。
一、LCD1602液晶显示电路设计
基于Proteus的LCD1602（用LM016L仿真）液晶显示电路，如图1所示。
   
图1  LCD1602液晶显示电路
LM016L与LCD1602原理是一样的，只不过PROTEUS中LM 016没显示调亮度的那两个引脚，但并不影响。
1．液晶显示简介
（1）液晶显示原理
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
（2）液晶显示器的分类
通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。
除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩显示等。
如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。
（3）各种图形的显示方式
1）线段的显示
点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。
例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。
2）字符的显示
用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。
由于控制器内带字符发生器，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。
3）汉字的显示
汉字的显示一般采用图形的方式，事先从计算机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B（16*16），分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。
2．1602字符型LCD简介
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。一般1602字符型液晶显示器实物如图2所示：
图2  1602字符型液晶显示器实物图
（1）1602LCD的基本参数及引脚功能
1602LCD分为带背光和不带背光两种，控制驱动主电路为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。
1）1602LCD主要技术参数：
显示容量:16×2个字符
芯片工作电压:4.5—5.5V
工作电流:2.0mA(5.0V)   
模块最佳工作电压:5.0V
字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
2）引脚功能说明
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1所示:
表1  1602LCD引脚
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
第1脚：VSS为地电源。
第2脚：VDD接5V正电源。
第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：背光源正极。
第16脚：背光源负极。
二、LCD1602液晶显示程序设计
1．1602LCD的指令说明及时序
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2所示：
表2 控制命令表
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）
（1）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。
（2）指令2：光标复位，光标返回到地址00H。
（3）指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移；
S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。
（4）指令4：显示开关控制。
D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；
C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标；
B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
（5）指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
（6）指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 ；
N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示；
F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。
（7）指令7：字符发生器RAM地址设置。
（8）指令8：DDRAM地址设置。
（9）指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
（10）指令10：写数据。
（11）指令11：读数据。
2．1602LCD的指令时序
基本操作时序如表3所示如下：
表3  基本操作时序表
读状态
输入
RS=L，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=状态字
写指令
输入
RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲
输出
无
读数据
输入
RS=H，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=数据
写数据
输入
RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲
输出
无
读写操作时序如图3和4所示：
图3 读操作时序
图4 写操作时序
3．1602LCD的RAM地址映射及标准字库表
液晶显示模块是一个慢显示器件。
在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。
要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图5是1602的内部显示地址。
图5 1602LCD内部显示地址
例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？
这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。
在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，
无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图6所示。这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
图6 字符代码与图形对应图
4．1602LCD的一般初始化（复位）过程
（1）延时15mS
（2）写指令38H（不检测忙信号）
（3）延时5mS
（4）写指令38H（不检测忙信号）
（5）延时5mS
（6）写指令38H（不检测忙信号）
（7）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号
（8）写指令38H：显示模式设置
（9）写指令08H：显示关闭
（10）写指令01H：显示清屏
显示器闪烁（11）写指令06H：显示光标移动设置
（12）写指令0CH：显示开及光标设置
5．程序流程图
图7 软件流程图
6．软件代码
/********************************************************************
* File: main.c
* 功能：向LCD输出HelloWorld
********************************************************************/

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