(单片机/FPGA)LCD1602基础理论

说明

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一、LCD1602显示屏的具体引脚与基本配置

        一般来说，LCD1602显示屏共有16个引脚，各个厂家的LCD1602可能略有不同，但基本上一样，其16个引脚具体如下所示：

LCD1602引脚

引脚号	引脚名	电压等级	功能
1	VSS	0V	电源地
2	VDD	+5V	电源正极
3	V0	0V	电压偏置
4	RS	H/L	命令/数据
5	R/W	H/L	读/写
6	E	H/L	使能
7~14	DB0~DB7	H/L	数据端口
15	LEDA	+5V	背光正极
16	LEDK	0V	背光负极

 说明：

第1脚: VSS， 为电源地。
第2脚: VDD，接5V正电源。
第3脚: VO，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，为命令/数据选择引脚，接一个I/O，当RS为低电平时，选择命令；当RS为高电平时，选择数据。
第5脚: R/W，为读写信号线，接一个I/O，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
第6脚: E，为使能端，接一个I/O，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:  DB0—DB7，并行数据输入/输出引脚（双向），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。
第15脚:A，背光正极，可接一个10—47欧的限流电阻到VDD。

第16脚:K,背光源负极，接VSS。   如图所示：

                                          

二、基本操作与读写时序图：

LCD1602的基本操作，根据RS和RW引脚的0/1搭配，具体分为四种：

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

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

3.    写入命令：输入RS=0，RW=0，E=高脉冲。输出：无。

4.    写入数据：输入RS=1，RW=0，E=高脉冲。输出：无。

读操作时序图

 写操作时序图：

 

时序时间参数：

 三、3个重要的寄存器DDRAM、CGROM和CGRAM

（一）DDRAM

        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

（二）CGROM和CGRAM

        在LCD1602模块上固化了两个字模存储器——CGROM和CGRAM。

        在字符产生器CGROM(Character Generator ROM)中，内置了192个常用字符的字模；

        在CGRAM(Character Generator RAM)中，还有8个允许用户自定义的字符产生RAM。

        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。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。

        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。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。

四、具体字符显示的实现

        上图可知DDRAM一共有40个地址，但是对应于1602显示，只能有32个地址有效。这是因为1602可以显示上下两行，每一行显示16符号，一共显示32个符号，每个显示对应于DDRAM一个地址。例如，我需要在1602的第一行最左边显示一个字母A。首先找到第一行最左边对应DDRAM的地址是什么，查看上图可知是：00H，然后大写字母A对应于ASCII中为41H，此时我们只需要给DDRAM的00H地址写个数据41H即可显示了。

问题1：为何写个41H，就可以显示为"A"呢？

  对于这个问题，就需要理解CGROM和CGRAM的作用。在芯片HD44780中内置了192个常用字符的字模，存于CGROM（character generate ROM）中，还有8个允许用户自定义字符（也就是可以显示八个中文字）的RAM，也就是CGRAM。具体描述为下图

        可以从上图分析A在字模中代码：高4位为0100，低4位为0001.所以组成8位就变成了41H，这就说明了为何写入41H就可以显示“A”。

        上图红框里面表示为CGRAM，字模代码为：00H-0FH；ASCII的字模代码为：20H-7FH；日文和希腊字符的字模代码为：A0H-FFH；10H-1FH和80H-9FH没有使用。

问题2：如何任意显示一个字母，数字？

       这个问题是接着上面一个问题而言，具体就是：在1602中我要在某一行某个位置显示我想要的数字或是字母，我应该对应DDRAM地址写个什么样的八位数据？例如，我想显示“1”，那不是就写个01H呢？此时就需要一个思维转换，我们要显示的“1”不再是一个数据，而是需要转换为一个图案，可以看到上图有1的图案，该图案对应了31H，所以需要显示一个“1”，我们就需要给1602的数据总线（DB7--DB0）输入31H。

        以此类推，例如我们需要输入kb129 is a good man，于是就需要给1602顺序输入：6BH，62H，31H，32H，39H ，20H（空格），69H，73H，20H，61H，20H，67H，6FH，6FH，64H，20H，6DH，61H，6EH。

问题3：如何显示汉字？

        问题2中解决了显示任意一个字母和数字，但是汉字在图中找不到汉字，怎么办？这时候需要使用CGRAM了，先用字模软件，将对应汉字的变为二进制数。

        例如我想要显示一个“电”字，由于1602中显示的图案为5*7或是5*10,所以在8*8中左边三列不能使用。得到8列八位数据：04, 1F, 15，1F, 15，1F, 04，07.

        然后就需要将这8个8bit数据写入CGRAM中，写CGRAM需要使用指令：

        可以设置地址指针自加一模式，所以如果我们想把“电”这个字方在第1个CGRAM中，也就是对应DDRAM中的00H，就需要将地址写为DB7--DB0：0100_0000.然后将数据04, 1F, 15，1F, 15，1F, 04，07依次写进CGRAM中。这样在CGROM字符的字模中00H就代表了“电”。

        最后就是显示，也就是如果需要将“电”显示在1602中，就讲地址指针指向DDRAM，然后写数据为00H。

                     

五、LCD1602指令

（1）．工作方式设置指令

×：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

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

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。

说明：这里的设置是0x06。

（4）．光标或显示移动指令

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

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

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

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

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

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

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

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。

六、LCD1602一般初始换步骤（在FPGA里边必须初始化）

1.延时15mS
2.写指令38H（不检测忙信号）
3.延时15mS
4.写指令38H（不检测忙信号）
5.延时15mS
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
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
注意：11和12 两个顺序不能互换

链接1：https://blog.csdn.net/weixin_42168194/article/details/90277703
链接2：https://blog.csdn.net/qq_33231534/article/details/108484995