【51单片机系列】LCD1602液晶模块

本文是关于液晶显示屏的相关介绍。相对于静态数码管、动态数码管、LED点阵等，LCD1602液晶显示器能够显示更多的字符数字信息，并且也是常用的一种显示装置。

一、LCD1602介绍

1.1、LCD1602简介

1602液晶，也叫做1602字符型液晶，可以显示2行字符信息，每行可以显示16个字符，是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。

LCD1602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显示一个字符，每位之间有一个点距地间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

LCD1602实物如下：

从实物图中可以看到16个管脚孔，从左至右管脚编号顺序是1-16，管脚功能定义如下表：

管脚编号	符号	管脚说明
1	VSS	电源地
2	VDD	电源正极
3	VL	液晶显示偏压信号
4	RS	数据/命令选择端 H/L
5	R/W	读/写选择端 H/L
6	E	使能信号
7~14	D0~D7	Data I/O
15	BLA	背光源正极
16	BLK	背光源负极

管脚详细说明：

• 3脚-VL：液晶显示偏压信号，该管脚用来调整LCD1602的显示对比度，一般会外接电位器用以调整偏压信号。需要注意的是，该管脚电压为0时可以得到最强的对比度。
• 4脚-RS：数据/命令选择端，当该管脚为高电平时，可以对1602进行数据字节的传输操作；该管脚为低电平时，对1602进行命令字节的传输操作。所谓命令字节，就是对LCD1602的一些工作方式设置的字节；数据字节，用来在1602上显示的字节。LCD1602的数据是8位的。
• 5脚-R/W：读写选择端。当该管脚为高电平时可对LCD1602进行读数据操作，该管脚为低电平时对LCD1602进行写数据操作。
• 6脚-E：使能信号，实际上是LCD1602的数据控制时钟信号，使用该管脚的上升沿实现对LCD1602的数据传输。
• 7~14脚-8位并行数据口：51单片机一组IO也是8位，方便了对LCD1602的数据读写。

LCD1602内部含有80字节的DDRAM，是用来存储显示字符的。其地址和屏幕的对应关系如下：

	显示位置	1	2	3	4	5	6	7	…	40
DDRAM地址	第一行	00H	01H	02H	03H	04H	05H	06H	…	27H
DDRAM地址	第二行	40H	41H	42H	43H	44H	45H	46H	…	67H

从上图可以看到，并不是所有的地址都能直接用来显示字符。只有第一行中的00-0F，第二行中的40-4F才能显示，其它地址只能用于存储。

要显示字符时首先要输入显示字符地址，即明确在哪里显示字符。比如第二行第一个字符地址是40H，不能够直接写入40H，因为写入显示地址时要求最高位D7为1，所以第二行第一个字符地址应该是40H|80H=C0H。

1.2、LCD1602常用指令

LCD1602有一些常用指令，这些指令对于初始化是必须的。

1.3、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通常用于写数据进去，比较少使用读功能。

LCD1602操作步骤如下：

① 初始化

② 写命令，RS=L，设置显示坐标；

③ 写数据，RS=H；

这里不需要读数据，所以只需要两个写时序。

• 第一个是写指令字时序。设置LCD1602的工作方式时，需要把RS置为低电平，RW置为低电平，然后将指令字送到数据口D0~D7，最后E使能引脚一个高脉冲将数据写入。
• 第二个是写数据字时序。LCD1602实现显示时，需要把RS置为高电平，RW置为低电平，然后将数据字送到数据口D0~D7，最后E使能引脚一个高脉冲将数据写入。

从上面两个时序可以看出，写指令和写数据只是RS电平不一样。

LCD1602时序图如下：

从上图中可以看到时序图中的时间参数全部是ns级别的，51单片机的机器周期是1us，指令周期是2~4个机器周期，所以在程序中可以不加延时程序，也能适配LCD1602的时序要求。

当要写命令字时，时间由左往右，RS变为低电平，R/W变为低电平，RS的状态先变化完成；然后DB0~DB7上数据进入有效阶段，接着E引脚有一个正脉冲的跳变，接着维持时间最小值为tpw=400ns的E脉冲宽度；然后引脚E负跳变，RS电平变化，R/W电平变化。这便是一个完整的LCD1602写命令的时序。

二、LCD1602使用示例

本示例实现的功能：系统运行时，在LCD1602液晶上显示字符信息。使用到的资源是LCD1602液晶显示屏。

proteus中设计原理图如下：

从上面的原理图可以看出该电路不是独立的，LCD1602的8位数据口DB0-DB7与单片机的P0.0-P0.7管脚链接；LCD1602的RS、RW、E脚与单片机的P2.6、P2.5、P2.7管脚链接；RV1是一个电位器，用来调节LCD1602显示亮度。

软件设计：

LCD发送命令和数据代码如下：

#include 
#include "lcd1602.h"

// 延时函数，延时ims,12MHz晶振下，12分频单片机的延时
void lcd1602_Delay1ms(uint i)
{
	uchar a,b;
	for(;i>0;i--)
	{
		for(b=199;b>0;b--)
		{
			for(a=1;a>0;a--);
		}
	}
}

#ifndef LCD1602_4PINS  // 8位数据线
// 向LCD写入一个字节的命令
void lcd1602_WriteCom(uchar com)
{
	LCD_EN=0;  // 使能
	LCD_RS=0;  // 发送命令
	LCD_RW=0;  // 选择写命令
	
	LCD_DATA=com;  // 放入数据
	lcd1602_Delay1ms(1);  // 等待数据稳定
	
	LCD_EN=1;  // 写入时序
	lcd1602_Delay1ms(5);  // 保持稳定
	LCD_EN=0;  
}

// 向LCD写入一个字节的数据
void lcd1602_WriteData(uchar dat)
{
	LCD_EN=0;  // 使能
	LCD_RS=1;  // 发送数据
	LCD_RW=0;  // 选择写命令
	
	LCD_DATA=dat;  // 放入数据
	lcd1602_Delay1ms(1);  // 等待数据稳定
	
	LCD_EN=1;  // 写入时序
	lcd1602_Delay1ms(5);  // 保持稳定
	LCD_EN=0;   
}

// LCD1602初始化
void lcd1602_Init()
{
	lcd1602_WriteCom(LCD_MODE_8_2_5X7);  // 8位数据，显示2行，5x7点阵/每字符 38H
	lcd1602_WriteCom(LCD_CURSOR_RIGHT);  // 写入数据后光标右移 06H
	lcd1602_WriteCom(LCD_CLEAR);  // 清屏 01H
	lcd1602_WriteCom(LCD_OPENSHOW);  // 显示开 0CH
	lcd1602_WriteCom(LCD_START_ADDR1);  // 设置数据指针地址起始点是第一行第一列，80H=00H|80H
}

#else  // 4位数据线
// 向LCD写入一个字节的命令
void lcd1602_WriteCom(uchar com)
{
	LCD_EN=0;  // 使能
	LCD_RS=0;  // 发送命令
	LCD_RW=0;  // 选择写命令
	
	LCD_DATA=com;  // 放入数据，4位数据，接线到P0的高四位，传送高四位不用改
	lcd1602_Delay1ms(1);  // 等待数据稳定
	
	LCD_EN=1;  // 写入时序
	lcd1602_Delay1ms(5);  // 保持稳定
	LCD_EN=0;  
	
	LCD_DATA=com<<4;
	lcd1602_Delay1ms(1);  // 等待数据稳定
	
	LCD_EN=1;  // 写入时序
	lcd1602_Delay1ms(5);  // 保持稳定
	LCD_EN=0;  
}

// 向LCD写入一个字节的数据
void lcd1602_WriteData(uchar dat)
{
	LCD_EN=0;  // 使能
	LCD_RS=1;  // 发送数据
	LCD_RW=0;  // 选择写命令
	
	LCD_DATA=dat;  // 放入数据，4位数据，接线到P0的高四位，传送高四位不用改
	lcd1602_Delay1ms(1);  // 等待数据稳定
	
	LCD_EN=1;  // 写入时序
	lcd1602_Delay1ms(5);  // 保持稳定
	LCD_EN=0;  
	
	LCD_DATA=dat<<4;
	lcd1602_Delay1ms(1);  // 等待数据稳定
	
	LCD_EN=1;  // 写入时序
	lcd1602_Delay1ms(5);  // 保持稳定
	LCD_EN=0;  
}

// LCD1602初始化
void lcd1602_Init()
{
	lcd1602_WriteCom(0x32);  // 将8位总线转为4位总线
	lcd1602_WriteCom(LCD_MODE_8_2_5X7);  // 8位数据，显示2行，5x7点阵/每字符28H
	lcd1602_WriteCom(LCD_CURSOR_RIGHT);  // 写入数据后光标右移 06H
	lcd1602_WriteCom(LCD_CLEAR);  // 清屏 01H
	lcd1602_WriteCom(LCD_OPENSHOW);  // 显示开 0cH
	lcd1602_WriteCom(LCD_START_ADDR1);  // 设置数据指针地址起始点是第一行第一列，80H=00H|80H
}
#endif

主函数调用：

/*
	实现功能：系统运行后，LCD1602液晶显示屏显示字符
	[2024-01-03] zoya
*/

#include 
#include "lcd1602.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

u8 Disp[]="Pechin Science:";

void delay(u16 i)
{
	while(i--);
}
void main()
{
	u8 i;
	lcd1602_Init();  // LCD初始化
	for(i=0;i<16;i++)
	{
		lcd1602_WriteData(Disp[i]);
		delay(5000);
	}
	while(1);
}

proteus仿真结果：

三、LCD扩展实验：使用LCD1602显示时钟

LCD扩展实验实现的功能：系统运行时，LCD1602显示时间，显示格式：第一行显示年-月-日 星期“xxxx-xx-xx xth”，第二行显示时:分:秒"xx:xx:xx"。使用EEPROM记录是否已经初始化(读取EEPROM中0x00地址的数据，如果数据为0xff表示未进行初始化，如果为0x01表示已经进行初始化)。用到的资源有DS1302时钟芯片、AT24C02 EEPROM芯片、LCD1602液晶显示器。

proteus原理图设计如下：

设计思路，首先读取eeprom中0x00地址的数据，根据数据判断DS1302是否进行初始化，然后初始化LCD1602，在循环中读取时间并将其显示到LCD中。主程序编写如下：

void main()
{
	u8 i;
	u8 dat;
	dat=AT24C02Read(EN_INIT_ADDR);
	if(0xff==dat)
	{
		DS1302Init();
		AT24C02Write(EN_INIT_ADDR, 0x01);
	}
	
	lcd1602_Init();
	
	while(1)
	{
		DataPros();
		lcd1602_WriteCom(LCD_START_ADDR1);  // 年月日星期显示在第一行
		for(i=0;i<14;i++)
		{
			lcd1602_WriteData(Disp1Row[i]);
		}
	
		lcd1602_WriteCom(LCD_START_ADDR2);  // 时分秒显示在第二行
		for(i=0;i<8;i++)
		{
			lcd1602_WriteData(Disp2Row[i]);
		}
		delay(500);
	}
}

数据处理函数：

uchar szTime[]="0123456789 -th:";
uchar Disp2Row[16];
uchar Disp1Row[16];
void DataPros()
{
	DS1302ReadTime();
	Disp1Row[0]=szTime[2];  // 2
	Disp1Row[1]=szTime[0];  // 0
	Disp1Row[2]=szTime[TIME[6]>>4];  // 年的十位
	Disp1Row[3]=szTime[TIME[6]&0x0f];  // 年的个位
	Disp1Row[4]=szTime[11];  // -
	Disp1Row[5]=szTime[TIME[4]>>4&0x01];  // 月的十位
	Disp1Row[6]=szTime[TIME[4]&0x0f];  // 月的个位
	Disp1Row[7]=szTime[11];  // -
	Disp1Row[8]=szTime[TIME[3]>>4&0x03];  // 日的十位
	Disp1Row[9]=szTime[TIME[3]&0x0f];  // 日的个位
	Disp1Row[10]=szTime[10];  // 空格
	Disp1Row[11]=szTime[(TIME[5]&0x0f) - 1];  // 星期几
	Disp1Row[12]=szTime[12];  // t
	Disp1Row[13]=szTime[13];  // h
	
	
	Disp2Row[0]=szTime[TIME[2]/16];  // 时的十位
	Disp2Row[1]=szTime[TIME[2]&0x0f];  // 时的个位
	Disp2Row[2]=szTime[14];  // : 冒号
	Disp2Row[3]=szTime[TIME[1]/16];  // 分的十位
	Disp2Row[4]=szTime[TIME[1]&0x0f];  // 分的个位
	Disp2Row[5]=szTime[14];  // : 冒号
	Disp2Row[6]=szTime[TIME[0]>>4&0x07];  // 秒的十位
	Disp2Row[7]=szTime[TIME[0]&0x0f];  // 秒的个位
}

仿真结果：