51单片机 | LCD1602 液晶显示实验
文章目录
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- 一、LCD1602 介绍
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- 1.LCD1602 简介
- 2.LCD1602 常用指令
- 3.LCD1602 使用
- 二、硬件设计
- 三、软件设计
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- 1.LCD1602 驱动函数
- 2.主函数
- 四、实验现象
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。
一、LCD1602 介绍
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：
下面对几个管脚做下说明：
- 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，即是用来对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，它是用来寄存显示字符的。其地址和屏幕的对应关系如下表：
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.LCD1602 常用指令
在使用 LCD1602 时，我们需要掌握一些常用的指令，这些指令对于 LCD1602初始化是必须的。
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清屏指令：
0x01
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。
- 清除液晶显示器，即将
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模式设置指令:
0x06
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。I/D：0=写入新数据后光标左移； 1=写入新数据后光标右移，这里选择1S：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，这里选择0
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显示开关控制指令：
0x0c
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，这里选择1C：0=无光标 ；1=有光标，这里选择0B：0=光标闪烁； 1=光标不闪烁，这里选择0
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功能设定指令：
0x38
功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。DL：0=数据总线为 4 位 ；1=数据总线为 8 位，这里设置为1N：0=显示 1 行； 1=显示 2 行，这里设置为1F：0=5×7 点阵/每字符 ；1=5×10 点阵/每字符，这里设置为0X：表示任意值，这里选择0
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：
（1）初始化
（2）写命令（RS=L），设置显示坐标
（3）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：
- 当要写入指令字，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：
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。
二、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：
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。
注意：这里原理图是使用的 8 位LCD1602接口设计，是可以兼容 4 位LCD1602的。对于非标准接口的LCD1602，我们也会通过转接板将其转接为对应开发板接口的。对于 4 位LCD1602在传输数据的时候需要将 8 位的数据截成两段，先发送高四位，在发送低四位。其它引脚操作方法不变。
三、软件设计
本节所要实现的功能是：在 LCD1602 液晶上显示字符信息。
程序框架如下：
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编写公共文件
打开public.c，代码如下：#include "public.h" /* 函 数 名 : delay_10us 函数功能 : 延时函数，ten_us=1 时，大约延时 10us 输 入 : ten_us 输 出 : 无 */ void delay_10us(u16 ten_us) { while(ten_us--); } /* 函 数 名 : delay_ms 函数功能 : ms 延时函数，ms=1 时，大约延时 1ms 输 入 : ten_us 输 出 : 无 */ void delay_ms(u16 ms) { u16 i,j; for (i=ms;i>0;i--) { for (j=110;j>0;j--); } }其头文件
public.h为/* 头文件作用如下：包含头文件，定义全局变量，声明函数 */ #ifndef _public_H #define _public_H #include "reg52.h" //对系统默认数据类型进行重定义 typedef unsigned char u8; typedef unsigned int u16; //函数声明 void delay_10us(u16 ten_us); void delay_ms(u16 ms); #endif -
编写 LCD1602 显示函数
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编写主函数
1.LCD1602 驱动函数
打开 lcd1602.c 文件，代码如下：
#include "lcd1602.h"
/*
* 函 数 名 : lcd1602_write_cmd
* 函数功能 : LCD1602 写命令
* 输 入 : cmd：指令
* 输 出 : 无
*/
void lcd1602_write_cmd(u8 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
}
/*
* 函 数 名 : lcd1602_write_data
* 函数功能 : LCD1602 写数据
* 输 入 : dat：数据
* 输 出 : 无
*/
void lcd1602_write_data(u8 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
}
/*
* 函 数 名 : lcd1602_init
* 函数功能 : LCD1602 初始化
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*/
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
}
/*
* 函 数 名 : lcd1602_clear
* 函数功能 : LCD1602 清屏
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*/
void lcd1602_clear(void)
{
lcd1602_write_cmd(0x01);
}
/*
* 函 数 名 : lcd1602_show_string
* 函数功能 : LCD1602 显示字符
* 输 入 : x,y：显示坐标，x=0~15，y=0~1;
str：显示字符串
* 输 出 : 无
*/
void lcd1602_show_string(u8 x,u8 y,u8 *str) //lcd1602_show_string(0,0,"123456789")
{
u8 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
{
//设置显示坐标
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,0x40为第二行的首地址，0x80是固定的，写入显示地址时要求最高位 `D7` 恒定为高电平 1
}
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);//显示内容
str++;//指针递增
i++;
}
}
}
lcd1602_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。
2.主函数
打开 main.c 文件，代码如下：
/*
实验名称：LCD1602 液晶显示实验
接线说明：
实验现象：下载程序后，LCD1602 上显示字符信息
注意事项：
*/
#include "public.h"
#include "lcd1602.h"
/*
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*/
void main(void)
{
lcd1602_init(); //LCD1602初始化
lcd1602_show_string(0,0,"Hello World!");//第一行显示
lcd1602_show_string(0,1,"0123456789");//第二行显示
while (1)
{
}
}
主函数代码非常简单，首先调用外设驱动头文件，然后进入 main 函数初始化 LCD1602，并调用 LCD1602 显示函数让第一行显示"Hello World!"，第二行显示"0123456789"。
这里说明下，在开发中通常会显示数值，比如温度数据，程序中我们获取的温度数据通常存储在 float 变量中，并非字符串，此时需要想办法将 float 变量中的值转换为字符串，比如 float temp=31.2，那么我们可以再定义一个数组temp_buf[]用于保存 temp 中的每一个位，操作如下：
float temp=31.2;
u8 temp_buf[5];
u16 temp_value=temp*10;
temp_buf[0]=temp_value/100+0x30;
temp_buf[1]=temp_value%100/10+0x30;
temp_buf[2]='.';
temp_buf[3]=temp_value%100%10+0x30;
temp_buf[4]='\0';
lcd1602_show_string(0,0,temp_buf);
将浮点数转换为整型变量，然后将整型值的每一个位取出来存储在数组temp_buf 中，可以发现取出的每一位后面加了 0X30，这个值是将数字0-9 转换为 ASCII 码，因为液晶是以 ASCII 码显示的。最后一个数组元素赋值了’\0’，这是为了让 LCD1602 显示函数知道数组内结束位置。
根据 C 语言指针的特点，此时调用 LCD1602 显示函数时，只需要将数组名传递进去即可，因为数组名即为该数组的起始地址，然后显示函数内部通过指针访问数组的每一位。
四、实验现象
使用 USB 线将开发板和电脑连接成功后（电脑能识别开发板上 CH340 串口），把编译后产生的.hex 文件烧入到芯片内，实现现象如下：在 LCD1602 液晶上显示字符信息。
注意：LCD1602 液晶要正确插入到 LCD1602 接口 J2 位置，插反或差错都会导致显示不正常。如果出现显示看不清，可调节板子 LCD1602 接口下的 RJ1 电位器。如果 LCD1602 无法显示，可重启电源或复位。
