第27章 LCD1602显示

第二十七章 LCD1602液晶显示

1. 导入

在前面章节，我们已经学习过几种显示装置，例如静态数码管、动态数码管、8*8LED 点阵、串口通信。使用它们可以直观显示一些字符数据，但是它们也有各种局限性，比如显示字符数据太少，硬件设计复杂、代码编写难度大等。

这一章就来介绍一种非常简单且常用的显示装置--LCD1602 液晶显示器，使用它可以显示更多的字符数字。我们开发板上集成了一个 LCD1602 液晶显示器接口，将LCD1602 液晶对应插入即可。本章要实现的功能是：系统运行时，在 LCD1602 液晶上显示字符信息。

2. LCD1602介绍

2.1 LCD1602简介

1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它能显示 2 行字符信息，每行又能显示 16个字符。

它是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它是由若干个 5x7 或者 5x10 的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以它不能很好的显示图片。其实物图如下所示：

在上图中可以看到有 16 个管脚孔，从左至右管脚编号顺序是 1-16，其功能定义如下所示：

屏幕截图 2024 06 14 103338

有几个重要的管脚需要我们分析

3脚：VL，液晶显示偏压信号，用于调整 LCD1602 的显示对比度，一般会外接电位器用以调整偏压信号，注意此脚电压为 0 时可以得到最强的对比度。
4脚：RS，数据/命令选择端，当此脚为高电平时，可以对 1602 进行数据字节的传输操作，而为低电平时，则是进行命令字节的传输操作。命令字节，即是用对 LCD1602 的一些工作方式作设置的字节；数据字节，即使用以在 1602 上显示的字节。值得一提的是， LCD1602 的数据是 8 位的。
5脚：R/W，读写选择端。当此脚为高电平可对 LCD1602 进行读数据操作，反之进行写数据操作。
6脚：E，使能信号，其实是 LCD1602 的数据控制时钟信号，利用该信号的上升沿实现对 LCD1602 的数据传输。
7~14脚：8 位并行数据口，而 51 单片机一组 IO 也是 8 位，使得对 LCD1602的数据读写大为方便。

在LCD1602内部含有80个字节的DDRAM，他是用来寄存显示字符的。其地址和屏幕的对应关系如下：

屏幕截图 2024 06 14 103803

从上图可知，不是所有的地址都可以直接用来显示字符数据，只有第一行中的 00-0F，第二行中的 40-4F 才能显示，其他地址只能用于存储。

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，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 1602 中我们就用前 16 个就行了。第二行也一样用前 16 个地址。

2.2 LCD1602常用指令

清屏指令

屏幕截图 2024 06 14 103955

功能：

清除液晶显示器，即将 DDRAM 的内容全部填入"空白"的 ASCII 码 20H;
光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方。
将地址计数器(AC)的值设为 0。

模式设置指令

屏幕截图 2024 06 14 104738

功能：

设定每次写入 1 位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。
0=写入新数据后光标左移 1=写入新数据后光标右移
0=写入新数据后显示屏不移动 1=写入新数据后显示屏整体右移1个字符

显示开关控制指令

屏幕截图 2024 06 14 105344

功能：

控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。

D：0=显示功能关 1=显示功能开
C：0=无光标 1=有光标
B：0=光标闪烁 1=光标不闪烁

功能设定指令

屏幕截图 2024 06 14 110016

功能：

设定数据总线位数、显示的行数及字符

DL：0=数据总线为4位 1=数据总线为8位
N：0=显示1行 1=显示2行
0=5 x 7 点阵/每字符 1=5 x 10 点阵/每字符

2.3 LCD1602使用

要使用 LCD1602，首先需要对其初始化，即通过写入一些特定的指令实现。然后选择要在 LCD1602 的哪个位置显示并将所要显示的数据发送到 LCD 的DDRAM。使用 LCD1602 通常都是用于写数据进去，很少使用读功能。 LCD1602 操作步骤如下所示：

初始化
写命令（RS=L），设置显示坐标
写数据（RS=H）

在此，不需要读出它的数据的状态或者数据本身。所以只需要看两个写时序：

当要写指令字，设置 LCD1602 的工作方式时：需要把 RS 置为低电平， RW置为低电平，然后将数据送到数据口 D0~D7，最后 E 引脚一个高脉冲将数据写入。
当要写入数据字，在 1602 上实现显示时：需要把 RS 置为高电平， RW 置为低电平，然后将数据送到数据口 D0~D7，最后 E 引脚一个高脉冲将数据写入。

写指令和写数据，差别仅仅在于 RS 的电平不一样而已。以下是 LCD1602 的时序图：

屏幕截图 2024 06 14 113029

从上图可以看到，以上给的时间参数全部是 ns 级别的，而 51 单片机的机器周期是 1us，指令周期是 2-4 个机器周期，所以即便在程序里不加延时程序，也可以很好的配合 LCD1602 的时序要求了。

当要写命令字节的时候，时间由左往右， RS 变为低电平， R/W 变为低电平，注意看是 RS 的状态先变化完成。然后这时， DB0~DB7 上数据进入有效阶段，接着 E 引脚有一个整脉冲的跳变，接着要维持时间最小值为 tpw=400ns 的 E 脉冲宽度。然后 E 引脚负跳变， RS 电平变化， R/W 电平变化。这样便是一个完整的 LCD1602写命令的时序。

透彻理解液晶显示模组LCD1602指令集与驱动编程（1） - 阳光&技术 - 博客园

3. 硬件设计

本实验使用到硬件资源如下：

LCD1602 液晶

开发板上集成了一个 LCD1602 液晶接口，下面来看下开发板上 LCD1602 液晶接口电路，如下图所示：

屏幕截图 2024 06 14 124719

从上图中可知， LCD1602 的 8 位数据口 DB0-DB7 与单片机的 P0.0-P0.7 管脚连接， LCD1602 的 RS、 RW、 E 脚与单片机的 P2.6、 P2.5、 P2.7 管脚连接。 RJ1是一个电位器，用来调节 LCD1602 对比度即显示亮度。

4. 软件设计

本章所要实现的功能是：在LCD1602上显示字符信息

LCD1602驱动函数

#ifndef _lcd1602_H
#define _lcd1602_H

#include "public.h"

//LCD1602数据口4位和8位定义，若为1，则为LCD1602四位数据口驱动，反之为8位
#define LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE    0 // 默认使用8位数据口LCD1602

//管脚定义
sbit LCD1602_RS = P2^6; // 数据命令选择
sbit LCD1602_RW = P2^5; // 读写选择
sbit LCD1602_E  = P2^7; // 使能信号
#define LCD1602_DATAPORT P0    // 宏定义LCD1602数据端口


//函数声明
void lcd1602_init(void); // 初始化
void lcd1602_clear(void); // 清屏指令
void lcd1602_show_string(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str); // 字符显示函数

#endif

#include "lcd1602.h"

// 1602写入函数
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE == 0) // 8位LCD
void lcd1602_write_cmd(unsigned char cmd)
{
    LCD1602_RS = 0; // 选择命令
    LCD1602_RW = 0; // 选择写
    LCD1602_E = 0;  // 使能
    LCD1602_DATAPORT = cmd; // 准备命令
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 1; // 使能脚E先上升沿写入
    delay_ms(1);

    LCD1602_E=0; // 使能脚E后负跳变完成写入    
}
#else    // 4位LCD
void lcd1602_write_cmd(unsigned char cmd)
{
    LCD1602_RS = 0;//选择命令
    LCD1602_RW = 0;//选择写
    LCD1602_E = 0;
    LCD1602_DATAPORT = cmd;//准备命令
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 1;//使能脚E先上升沿写入
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 0;//使能脚E后负跳变完成写入

    LCD1602_DATAPORT=cmd<<4; // 准备命令
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 1; // 使能脚E先上升沿写入
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 0;//使能脚E后负跳变完成写入    
}
#endif

// 写入数据函数
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE == 0) // 8位LCD
void lcd1602_write_data(unsigned char dat) 
{
    LCD1602_RS = 1; // 选择数据
    LCD1602_RW = 0; // 选择写
    LCD1602_E = 0;

    LCD1602_DATAPORT = dat; // 准备数据
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 1; // 使能脚E先上升沿写入
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 0; // 使能脚E后负跳变完成写入        
}
#else
void lcd1602_write_data(unsigned char dat) // 4位
{
    LCD1602_RS = 1; // 选择数据
    LCD1602_RW = 0; // 选择写
    LCD1602_E = 0;

    LCD1602_DATAPORT = dat;//准备数据
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 1; // 使能脚E先上升沿写入
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 0; // 使能脚E后负跳变完成写入

    LCD1602_DATAPORT=dat<<4; // 准备数据
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 1; // 使能脚E先上升沿写入
    delay_ms(1);

    LCD1602_E = 0; // 使能脚E后负跳变完成写入        
}
#endif

// 1602初始化函数
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE == 0) // 8位LCD
void lcd1602_init(void)
{
    lcd1602_write_cmd(0x38); // 数据总线8位，显示2行，5*7点阵/字符
    lcd1602_write_cmd(0x0c); // 显示功能开，无光标，光标闪烁
    lcd1602_write_cmd(0x06); // 写入新数据后光标右移，显示屏不移动
    lcd1602_write_cmd(0x01); // 清屏    
}
#else
void lcd1602_init(void) // 4位
{
    lcd1602_write_cmd(0x28); // 数据总线4位，显示2行，5*7点阵/字符
    lcd1602_write_cmd(0x0c); // 显示功能开，无光标，光标闪烁
    lcd1602_write_cmd(0x06); // 写入新数据后光标右移，显示屏不移动
    lcd1602_write_cmd(0x01); // 清屏    
}
#endif

// 1602清屏函数
void lcd1602_clear(void)
{
    lcd1602_write_cmd(0x01);    
}

// 1602显示字符串函数（xy代表坐标，str代表字符串）
void lcd1602_show_string(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str)
{
    unsigned char i=0;

    if(y>1 || x>15)
        return; // 行列参数不对则强制退出

    if(y < 1) // 第1行显示
    {    
        while(*str != '\0')//字符串是以'\0'结尾，只要前面有内容就显示
        {
            if(i <16 - x)//如果字符长度超过第一行显示范围，则在第二行继续显示
            {
                lcd1602_write_cmd(0x80+i+x); // 第一行显示地址设置    
            }
            else
            {
                lcd1602_write_cmd(0x40+0x80+i+x-16); // 第二行显示地址设置    
            }
            lcd1602_write_data(*str); // 显示内容

            str++; // 指针递增
            i++;    
        }    
    }
    else // 第2行显示
    {
        while(*str != '\0')
        {
            if(i < 16 - x) //如果字符长度超过第二行显示范围，则在第一行继续显示
            {
                lcd1602_write_cmd(0x80+0x40+i+x);    
            }
            else
            {
                lcd1602_write_cmd(0x80+i+x-16);    
            }
            lcd1602_write_data(*str);

            str++;
            i++;    
        }    
    }                
}

主函数

#include "public.h"
#include "lcd1602.h"

void main()
{    
    lcd1602_init();//LCD1602初始化

    lcd1602_show_string(0,0,"Hello hazy1k"); // 第一行显示字符
    lcd1602_show_string(0,1,"0123456789"); // 第二行显示数字

    while(1)
    {

    }    
}

与前面一样，难点在于配置，可以看到主函数倒是很简单，这个代码可以不用很深理解，但是还是要理解一些重要部分：

在代码中可以看到有如下格式：

#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE==0)
...（ 省略内容 1）
#else
...（ 省略内容 2）
#endif

当初学习C语言基础的时候应该没有遇到过，这是 C 语言中的条件编译，如果 LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE 值等于 0，则执行省略内容 1 部分，否则执行省略内容 2 部分，这个和 if...else 是类似的。而 LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE 是在 lcd1602.h 中定义好的宏，用于选择使用的 LCD1602 是 8 位数据口还是 4 位数据口，通过这个宏就可以兼容 8 位和 4 位 2款 LCD1602 驱动，非常方便。如果大家觉得代码过长，可以将兼容的一块去掉，这样代码就简短明了。

lcd1602_write_cmd 函数是 LCD1602 写命令， lcd1602_write_data 函数是LCD1602 写数据，它们之间的区别仅在于控制脚 RS 的值，如果为 0 则写命令，为 1 则写数据。对于 8 位数据和 4 位数据口的驱动，不同之处在于 8 位数据是一次性传输到端口，而 4 位数据口需要将一个字节数据分两次传输，高 4 位和低 4位

lcd1602_init 函数是 LCD1602 初始化函数，根据其命令设置相应的值，开启LCD1602 显示。
lcd1602_clear 函数是 LCD1602 清屏函数，实际上也是调用lcd1602_write_cmd 函数写 0X01 命令。

cd1602_show_string 函数是 LCD1602 显示字符函数，该函数有 3 个入口参数， x 和 y 用来确定显示的坐标， x 范围是 0-15， y 范围是 0-1。 str 参数是一个指针类型变量，用于传递显示的内容。函数内首先判断 xy 坐标是否有效，无效则强制退出，然后根据 xy 值在对应的坐标位置显示内容。

5. 小结

这一章看起来赶紧难，但是我们完全可以只简单了解一下，后面要用到这个1602显示就只需要封装起来就行了，直接使用不用理解，但是主函数中的内容还是要理解哈

总得来说，就是一个配置的事，网上都有现成的copy，或者直接复制我的也行，如果学有余力可以尝试自己编写配置函数。

2024.7.24 第一次修订

2024.8.24 第二次修订，后期不再维护

posted @ 2024-08-24 10:04 hazy1k 阅读(11) 评论(0) 编辑收藏举报

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