LCD1602液晶显示模块在单片机系统中的应用

LCD （Liquid Crystal Display，液晶显示器），构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

液晶显示器具有功耗低、体积小、质量轻等优点，自问世以来就得到了广泛应用。用LCD显示屏显示图像或文字，不但需要LCD驱动器，还需要有相应的控制器。通常LCD驱动器会与LCD玻璃基板制作在一起，称为“液晶显示模块”或“LCD”；而控制器常常由外部电路来实现，如单片机、ARM处理器、DSP（数字信号处理）等。

液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式，字符式（内部含有字库，字符、汉字的显示依赖字库实现），点阵式（内部没有字库，所有显示数据依赖用户自己写入）等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度及彩色显示等。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。

下面以LCD1602为例介绍点阵字符型液晶显示模块在单片机系统中的应用。

1.LCD1602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。下面以某公司的1602字符型液晶显示器为例介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物图如图5.10所示。

图5.10　1602字符型液晶显示器实物图

1）LCD1602的基本参数及引脚功能

LCD1602分为带背光和不带背光两种，基本控制器大部分为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，两者尺寸差别如图5.11所示。

图5.11　LCD1602尺寸图

（1）LCD1602主要技术参数如下。

显示容量：16×2个字符。

芯片工作电压：4.5～5.5 V。

工作电流：2.0 mA（5.0 V）。

模块最佳工作电压：5.0 V。

字符尺寸：2.95 mm×4.35 mm （W×H）。

（2）引脚功能说明。

LCD1602采用标准14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，其引脚接口说明见表5.2。

表5.2　LCD1602引脚接口说明

第1脚：VSS为电源地。

第2脚：VDD接5 V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10 kΩ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。

2） LCD1602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，见表5.3。

表5.3　控制命令表

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）。基本操作时序见表5.4。

表5.4　基本操作时序

指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。

指令2：光标复位，光标返回到地址00H。

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。

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。(www.xing528.com)

指令5：光标或字符移位。S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

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5×7的点阵字符，高电平时显示5×10的点阵字符。

指令7：字符发生器RAM地址设置。

指令8：DDRAM地址设置。

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。

指令10：写数据。

指令11：读数据。

读写操作时序分别如图5.12和图5.13所示。

图5.12　读操作时序

图5.13　写操作时序

3）LCD1602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，所以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5.14所示为LCD1602内部显示地址。

图5.14　LCD1602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，无须人工干预。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5.15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，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”。

4） LCD1602的一般初始化（复位）过程

延时15 ms

写指令38H（不检测忙信号）

延时5 ms

写指令38H（不检测忙信号）

延时5ms

写指令38H（不检测忙信号）

以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号。

写指令38H：显示模式设置

写指令08H：显示关闭

写指令01H：显示清屏

写指令06H：显示光标移动设置

写指令0CH：显示开及光标设置

2.LCD1602与单片机的接口电路

LCD1602在AT89C51的控制下显示演示程序，在第一行显示“welcome”，在第二行显示“MCS-51 danpianji”。

图5.15　字符代码与图形对应图

如图5.16所示，P0.0～P0.7接LCD1602的DB0～DB7，P0口要接上拉电阻，阻值4K7；AT89C51的P2.5、P2.6、P2.7分别与LCD1602的RS、RW、E对应连接。LCD1602的总线接口和51系列单片机采用的总线接口不兼容，没有/WR、/RD、ALE之类的控制引脚，可以使用P2.5、P2.6、P2.7来模拟LCD1602的接口时序，通常称为间接控制方式；还可以增加组合逻辑电路来凑出Intel总线接口，称为直接控制方式。图5.16所示为LCD1602间接控制方式原理图。

图5.16　LCD1602间接控制方式原理图

C语言源程序如下：