单片机显示原理(LCD1602)

一．接口

LCD1602是很多单片机爱好者较早接触的字符型液晶显示器，它的主控芯片是HD44780或者其它兼容芯片。与此相仿的是LCD12864液晶显示器，它是一种图形点阵显示器，能显示的内容比LCD1602要丰富得多，除了普通字符外，还可以显示点阵图案，带有汉字库的还可以显示汉字，它的并行驱动方式与LCD1602相差无几，所以，在这里花点时间是值得的。

一般来说，LCD1602有16条引脚，据说还有14条引脚的，与16脚的相比缺少了背光电源A(15脚)和地线K(16脚)。这块LCD1602的型号是HJ1602A，是绘晶科技公司的产品，它有16条引脚。如图1所示：

图1

再来一张它的背面的，如图2所示：

图2

它的16条引脚定义如下：

对这个表的说明：

1.    VSS接电源地。

2.    VDD接+5V。

3.    VO是液晶显示的偏压信号，可接10K的3296精密电位器。或同样阻值的RM065/RM063蓝白可调电阻。见图3。

图3

4.    RS是命令/数据选择引脚，接单片机的一个I/O，当RS为低电平时，选择命令；当RS为高电平时，选择数据。

5.    RW是读/写选择引脚，接单片机的一个I/O，当RW为低电平时，向LCD1602写入命令或数据；当RW为高电平时，从LCD1602读取状态或数据。如果不需要进行读取操作，可以直接将其接VSS。

6.    E，执行命令的使能引脚，接单片机的一个I/O。

7.    D0—D7，并行数据输入/输出引脚，可接单片机的P0—P3任意的8个I/O口。如果接P0口，P0口应该接4.7K—10K的上拉电阻。如果是4线并行驱动，只须接4个I/O口。

8.    A背光正极，可接一个10—47欧的限流电阻到VDD。

9.    K背光负极，接VSS。见图4所示。

图4

二．基本操作

LCD1602的基本操作分为四种：

1.    读状态：输入RS=0，RW=1，E=高脉冲。输出：D0—D7为状态字。

2.    读数据：输入RS=1，RW=1，E=高脉冲。输出：D0—D7为数据。

3.    写命令：输入RS=0，RW=0，E=高脉冲。输出：无。

4.    写数据：输入RS=1，RW=0，E=高脉冲。输出：无。

读操作时序图(如图5)：

 图5

写操作时序图(如图6)：

图6

时序时间参数(如图7)：

图7

三．DDRAM、CGROM和CGRAM

DDRAM(Display Data RAM)就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下(如图8)：

 图8

DDRAM相当于计算机的显存，我们为了在屏幕上显示字符，就把字符代码送入显存，这样该字符就可以显示在屏幕上了。同样LCD1602共有80个字节的显存，即DDRAM。但LCD1602的显示屏幕只有16×2大小，因此，并不是所有写入DDRAM的字符代码都能在屏幕上显示出来，只有写在上图所示范围内的字符才可以显示出来，写在范围外的字符不能显示出来。这样，我们在程序中可以利用下面的“光标或显示移动指令”使字符慢慢移动到可见的显示范围内，看到字符的移动效果。

前面说了，为了在液晶屏幕上显示字符，就把字符代码送入DDRAM。例如，如果想在屏幕左上角显示字符‘A’，那么就把字符‘A’的字符代码41H写入DDRAM的00H地址处即可。至于怎么写入，后面会有说明。那么为什么把字符代码写入DDRAM，就可以在相应位置显示这个代码的字符呢？我们知道，LCD1602是一种字符点阵显示器，为了显示一种字符的字形，必须要有这个字符的字模数据，什么叫字符的字模数据，看看下面的这个图就明白了(如图9)。

图9

上图的左边就是字符‘A’的字模数据，右边就是将左边数据用“○”代表0，用“■”代表1。从而显示出‘A’这个字形。从下面的图可以看出，字符‘A’的高4位是0100，低4位是0001，合在一起就是01000001b，即41H。它恰好与该字符的ASCII码一致，这样就给了我们很大的方便，我们可以在PC上使用P2=‘A’这样的语法。编译后，正好是这个字符的字符代码。

在LCD1602模块上固化了字模存储器，就是CGROM和CGRAM，HD44780内置了192个常用字符的字模，存于字符产生器CGROM(Character Generator ROM)中，另外还有8个允许用户自定义的字符产生RAM，称为CGRAM(Character Generator RAM)。下图(如图12)说明了CGROM和CGRAM与字符的对应关系。从ROM和RAM的名字我们也可以知道，ROM是早已固化在LCD1602模块中的，只能读取；而RAM是可读写的。也就是说，如果只需要在屏幕上显示已存在于CGROM中的字符，那么只须在DDRAM中写入它的字符代码就可以了；但如果要显示CGROM中没有的字符，比如摄氏温标的符号，那么就只有先在CGRAM中定义，然后再在DDRAM中写入这个自定义字符的字符代码即可。和CGROM中固化的字符不同，CGRAM中本身没有字符，所以要在DDRAM中写入某个CGROM不存在的字符，必须在CGRAM中先定义后使用。程序退出后CGRAM中定义的字符也不复存在，下次使用时，必须重新定义。

图10

上面这个图(如图10)说明的是5×8点阵和5×10点阵字符的字形和光标的位置。先来说5×8点阵，它有8行5列。那么定义这样一个字符需要8个字节，每个字节的前3个位没有被使用。例如，定义摄氏温标的符号{0x10,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06,0x00}。

 图11

上面这个图(如图11)说明的是设置CGRAM地址指令。从这个指令的格式中我们可以看出，它共有aaaaaa这6位，一共可以表示64个地址，即64个字节。一个5×8点阵字符共占用8个字节，那么这64个字节一共可以自定义8个字符。也就是说，上面这个图的6位地址中的DB5DB4DB3用来表示8个自定义的字符，DB2DB1DB0用来表示每个字符的8个字节。这DB5DB4DB3所表示的8个自定义字符(0--7)就是要写入DDRAM中的字符代码。我们知道，在CGRAM中只能定义8个自定义字符，也就是只有0—7这8个字符代码，但在下面的这个表(如图12)中一共有16个字符代码(××××0000b--××××1111b)。实际上，如图所示，它只能表示8个自定义字符 (××××0000b=××××1000b, ××××0001b=××××1001b……依次类推)。也就是说，写入DDRAM中的字符代码0和字符代码8是同一个自定义字符。 5×10点阵每个字符共占用16个字节的空间，所以CGRAM中只能定义4个这样的自定义字符。

那么如何在CGRAM中自定义字符呢？在上面的介绍中，我们知道有一个设置CGRAM地址指令，同写DDRAM指令相似，只须设置好某个自定义字符的字模数据，然后按照上面介绍的方法，设置好CGRAM地址，依次写入这个字模数据即可。我们在后面的例子中再进行说明。

 图12

四．LCD1602指令

1．工作方式设置指令(如图13)

 图13

×：不关心，也就是说这个位是0或1都可以，一般取0。

DL：设置数据接口位数。

DL=1：8位数据接口(D7—D0)。

DL=0：4位数据接口(D7—D4)。

N=0：一行显示。

N=1：两行显示。

F=0：5×8点阵字符。

F=1：5×10点阵字符。

说明：因为是写指令字，所以RS和RW都是0。LCD1602只能用并行方式驱动，不能用串行方式驱动。而并行方式又可以选择8位数据接口或4位数据接口。这里我们选择8位数据接口(D7—D0)。我们的设置是8位数据接口，两行显示，5×8点阵，即0b00111000也就是0x38。(注意：NF是10或11的效果是一样的，都是两行5×8点阵。因为它不能以两行5×10点阵方式进行显示，换句话说，这里用0x38或0x3c是一样的)。

2．显示开关控制指令(如图14)

图14

D=1：显示开，D=0：显示关。

C=1：光标显示，C=0：光标不显示。

B=1：光标闪烁，B=0：光标不闪烁。

说明：这里的设置是显示开，不显示光标，光标不闪烁，设置字为0x0c。

3．进入模式设置指令(如图15、16)

图15

I/D=1：写入新数据后光标右移。

I/D=0：写入新数据后光标左移。

S=1：显示移动。

S=0：显示不移动。

 图16

说明：这里的设置是0x06。

4．光标或显示移动指令(如图17、18)

图17

 图18

说明：在需要进行整屏移动时，这个指令非常有用，可以实现屏幕的滚动显示效果。初始化时不使用这个指令。

5．清屏指令(如图19)

图19

说明：清除屏幕显示内容。光标返回屏幕左上角。执行这个指令时需要一定时间。

6．光标归位指令(如图20)

图20

说明：光标返回屏幕左上角，它不改变屏幕显示内容。

7．设置CGRAM地址指令(如图21)

图21

说明：这个指令在上面已经介绍过。用法在后面例子中说明。

8．设置DDRAM地址指令(如图22)

图22

说明：这个指令用于设置DDRAM地址。在对DDRAM进行读写之前，首先要设置DDRAM地址，然后才能进行读写。前面我们说过，DDRAM就是LCD1602的显示存储器。我们要在它上面进行显示，就要把要显示的字符写入DDRAM。同样，我们想知道DDRAM某个地址上有什么字符，也要先设置DDRAM地址，然后将它读出到单片机。

9．读忙信号和地址计数器AC(如图23)

图23

说明：这个指令用来读取LCD1602状态。对于单片机来说，LCD1602属于慢速设备。当单片机向其发送一个指令后，它将去执行这个指令。这时如果单片机再次发送下一条指令，由于LCD1602速度较慢，前一条指令还未执行完毕，它将不接受这新的指令，导致新的指令丢失。因此这条读忙指令可以用来判断LCD1602是否忙，能否接收单片机发来的指令。当BF=1，表示LCD1602正忙，不能接受单片机的指令；当BF=0，表示LCD1602空闲，可以接收单片机的指令。RS=0，表示是指令；RW=1，表示是读取。这条指令还有一个副产品：即可以得到地址记数器AC的值(address counter)。LCD1602维护了一个地址计数器AC，用来记录下一次读写CGRAM或DDRAM的位置。需要强调的是：这条指令我一次也没有执行成功。很多网友似乎也是这样。好在我们有另外的办法，也就是延时。通过查看每条指令的执行时间，再经过一些试验，可以确定指令的延时。这样就可以在上一条指令执行完毕后再执行下一条指令了。

10．写数据到CGRAM或DDRAM指令(如图24)

图24

说明：RS=1，数据；RW=0，写。指令执行时，要在DB7—DB0上先设置好要写入的数据，然后执行写命令。

11．从CGRAM或DDRAM读数据指令(如图25)

图25

说明：RS=1，数据；RW=1，读。先设置好CGRAM或DDRAM的地址，然后执行读取命令。数据就被读入后DB7—DB0。

五．实例

下面我们就以一个实例来结束这篇文章。先介绍一下背景：单片机最小系统(扩充了外部RAM 62256)。采用STC89C52RC，晶振22.1184MHZ。以5×8点阵，16×2行，8位数据端口。首先在第一行显示“I love MCU!”,第二行显示“LCD1602 Test!”。延时一段时间，清屏。然后在第一行显示自定义字符：摄氏温标标志。第二行显示圆周率(pai)标志。再延时一段时间，清屏。最后在第一行显示“Welcome to my blog!”，显示方式是从屏幕右面移入，左面移出。周而复始(如图26)。

图26

  1 #ifndef __ZHANGTYPE_H__
  2 #define __ZHANGTYPE_H__
  3
  4 #define uint8    unsigned char
  5 #define uint16   unsigned short int
  6 #define uint32   unsigned long int
  7 #define int8     signed char
  8 #define int16    signed short int
  9 #define int32    signed long int
 10 #define uint64   unsigned long long int
 11 #define int64    signed long long int
 12
 13 #endif
 14 //File2
 15
 16 #ifndef __FUN_H__
 17 #define __FUN_H__
 18 #include "ZhangType.h"
 19 #include
 20 void Delay(uint16 time);
 21 #endif
 22 //File3
 23
 24 #include "fun.h"
 25 void Delay(uint16 time)
 26 {
 27     while(time--);
 28 }
 29 //File4
 30
 31 #ifndef __1602_H__
 32 #define __1602_H__
 33
 34 #include
 35 #include "ZhangType.h"          //变量类型
 36 #include "fun.h"            //常用函数
 37
 38 #define    SETMODE    0x38          //16*2显示,5*7点阵,8位数据接口
 39 #define DISOPEN   0x0C          //显示开,不显示光标,光标不闪烁
 40 #define DISMODE   0x06          //读写字符后地址加1,屏显不移动
 41 #define    SETADDR    0x80          //设置数据地址指针初始值
 42 #define CLEAR 0x01          //清屏,数据指针清零
 43 #define RET       0x02          //回车,数据指针清零
 44 #define PORT  P2            //I/O口
 45
 46 sbit RS = P1^0;
 47 sbit RW = P1^1;
 48 sbit E = P1^2;
 49
 50 void Init1602(void);        //初始化1602
 51 void Write1602_Com(uint8 com);  //写命令
 52 void Write1602_Dat(uint8 dat);  //写数据
 53 void CheckBusy(void);           //检查忙
 54 void Write1602_One_Dat(uint8 X,uint8 Y,uint8 dat);          //写一个数据
 55 void Write1602_Str(uint8 addr,uint8 length,uint8 *pbuf);    //写一个数据串
 56 #endif//
 57 //File5
 58
 59 #include "1602.h"
 60
 61 void Write1602_Com(uint8 com)
 62 {
 63     E=0;
 64     RS=0;                    //命令
 65     Delay(50);               //延时
 66     RW=0;                    //写
 67     Delay(50);
 68     PORT=com;                //端口赋值
 69     Delay(50);
 70     E=1;                     //高脉冲
 71     Delay(50);
 72     E=0;
 73 }
 74
 75 void Write1602_Dat(uint8 dat)
 76 {
 77     E=0;
 78     RS=1;                    //数据
 79     Delay(50);               //延时
 80     RW=0;                    //写
 81     Delay(50);
 82     PORT=dat;                //端口赋值
 83     Delay(50);
 84     E=1;                     //高脉冲
 85     Delay(50);
 86     E=0;
 87 }
 88
 89 void CheckBusy(void)
 90 {
 91     uint8 temp;
 92     RS=0;                    //命令
 93     RW=1;                    //读
 94     E=0;
 95     while(1)
 96     {
 97        PORT=0xFF;           //端口为输入
 98        E=1;                 //高脉冲
 99        temp=PORT;
100        E=0;
101        if ((temp&0x80)==0)      //检查BF位是否为0
102            break;
103     }
104 }
105
106 void Init1602(void)
107 {
108     Write1602_Com(SETMODE);     //模式设置
109     Delay(500);
110     Write1602_Com(DISOPEN);     //显示设置
111     Delay(500);
112     Write1602_Com(DISMODE);     //显示模式
113     Delay(500);
114     Write1602_Com(CLEAR);       //清屏
115     Delay(500);
116 }
117
118 void Write1602_One_Dat(uint8 x,uint8 y,uint8 dat)
119 {
120     x&=0x0f;
121     y&=0x01;
122     if(y)
123        x|=0x40;
124     x|=0x80;
125     Write1602_Com(x);
126     Write1602_Dat(dat);
127 }
128
129 void Write1602_Str(uint8 addr,uint8 length,uint8 *pbuf)
130 {
131     uint8 i;
132     Write1602_Com(addr);
133     for(i=0;i
134     {
135        Write1602_Dat(pbuf[i]);
136     }
137 }
138 //File6
139 *******************************************************
140 *名称:主文件(_main.c)
141 *功能:测试
142 *日期:2014/09/09
143 *******************************************************/
144 #include "1602.h"
145 #include "fun.h"
146 uint8 code hot[8]={                                  //摄氏温度字模
147 0x10,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06,0x00
148 };
149 uint8 code pi[8]={
150 0x00,0x1f,0x0a,0x0a,0x0a,0x13,0x00,0x00                 //pai
151 };
152 uint8 code strMCU[]="I love MCU!";
153 uint8 code strTest[]="LCD1602 Test!";
154 uint8 code blog[]="Welcome to my blog!";
155 uint8 i;
156 void main()
157 {
158     Init1602();                                      //初始化1602
159     //自定义CGRAM
160     Write1602_Str(0x40,8,hot);                       //摄氏温标
161     Write1602_Str(0x48,8,pi);                        //pai
162
163     Write1602_Str(0x80,strlen(strMCU),strMCU);           //"I love MCU!"
164     Write1602_Str(0x80+0x40,strlen(strTest),strTest);    //"LCD1602 Test!"
165
166     for(i=0;i<50;i++)                             //延时一段时间
167        Delay(10000);
168
169     Write1602_Com(CLEAR);                            //指令执行时间较长
170     Delay(500);                                      //多加一些延时
171     for(i=0;i<16;i++)
172        Write1602_Dat(0);
173
174     Write1602_Com(0xc0);                          //设置DDRAM地址
175     for(i=0;i<16;i++)
176        Write1602_Dat(1);
177     for(i=0;i<50;i++)                             //延时一段时间
178        Delay(10000);
179
180     Write1602_Com(CLEAR);                            //指令执行时间较长
181     Delay(500);                                      //多加一些延时
182     Write1602_Str(0x80+0x10,strlen(blog),blog);          //写在显示之外
183     while(1)
184     {
185        Write1602_Com(0x18);                      //左移
186        for(i=0;i<20;i++)                         //延时
187            Delay(10000);
188     }
189 }
190 //############################# THE END#############################