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51单片机 | LCD1602 液晶显示实验

文章目录

  • 一、LCD1602 介绍
  • 1.LCD1602 简介
  • 2.LCD1602 常用指令
  • 3.LCD1602 使用
  • 二、硬件设计
  • 三、软件设计
  • 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。

    1. 清屏指令：0x01

      功能：

    2. 清除液晶显示器，即将 DDRAM 的内容全部填入"空白"的 ASCII 码 20H;
    3. 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方;
    4. 将地址计数器(AC)的值设为 0。

    5. 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。

    6. 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1
    7. S：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

    8. 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。

    9. D：0=显示功能关； 1=显示功能开，这里选择1
    10. C：0=无光标 ；1=有光标，这里选择0
    11. B：0=光标闪烁； 1=光标不闪烁，这里选择0

    12. 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。

    13. DL：0=数据总线为 4 位 ；1=数据总线为 8 位，这里设置为1
    14. N：0=显示 1 行； 1=显示 2 行，这里设置为1
    15. F：0=5×7 点阵/每字符 ；1=5×10 点阵/每字符，这里设置为0
    16. X：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：

  • 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

  • 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。

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