51单片机学习笔记-使用LCD1602液晶屏显示数据

12 LCD1602液晶屏

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注:笔记主要参考B站江科大自化协教学视频“51单片机入门教程-2020版 程序全程纯手打 从零开始入门”。
注:工程及代码文件放在了本人的Github仓库


12.1 LCD1602介绍

LCD1602(Liquid Crystal Display)液晶显示屏是一种字符型液晶显示模块,可以显示ASCII码的标准字符和其它的一些内置特殊字符,还可以有8个自定义字符。

显示容量:16×2个字符,每个字符为5*7点阵

图12-1 各种各样的液晶屏

图12-2 LCD1602原理图

LCD1602控制的关键,在于中间这几个加粗的引脚。优先级最高的是 使能引脚EN,DB0~DB7位数据,通过RS和RW的配合就可以完成对于液晶屏数据/指令的读写。目前主要关心写指令(怎么显示,在哪里显示)、写数据(写什么)。

图12-3 LCD1602内部结构框图

  • 屏幕(16*2)。
  • CGRAM+CGROM(字模库):“CG”表示“Character Generator”,即字模生成。用于存放需要显示的字符与液晶屏上像素点的对应关系,相当于数码管显示中的“段码表”。

    上面左侧的CGRAM所示的8个寄存器可以自定义,下面的8个和上面8个地址相同,相当于重复。后面的字模都放在CGROM中。
  • DDRAM(40*2):用于存放屏幕上需要显示的数据。注意其一般只显示前16列元素到液晶屏上,剩余的区域不会显示。但是也可以利用这些区域做滚动显示。
  • 控制器:尤其注意AC(光标位置):“AC”意为Address Counter。即对于DDRAM进行操作时要格外关心所操作的地址。
  • 对LCD显示进行操作的基本流程为:

    1. LCD初始化:
    发送指令0x38 //八位数据接口,两行显示,5*7点阵
    发送指令0x0C //显示开,光标关,闪烁关
    发送指令0x06 //数据读写操作后,光标自动加一,画面不动
    发送指令0x01 //清屏
    2. 显示字符:
    发送指令0x80|AC //设置光标位置
    发送数据 //发送要显示的字符数据
    发送数据 //发送要显示的字符数据
    ……

    图12-4 LCD1602指令集

    下面给出读写操作的时序图:

  • 写操作时序图及时间要求:

  • 读操作时序图及时间要求:

  • 注意,最重要的点在于使能信号 EN不仅拉高时有延时要求,拉低后同样也有时间要求。 另外经实测,时间要求也都写的不对,建议使能信号 EN拉高和拉低的持续时间都为1ms。
  • 下面介绍一些有关C语言语法的知识:

  • 字符:根据一定规则建立的数字到字符的映射 (ASCII码表)
    例如:0x21=’!’,0x41=’A’,0x00=’\0’
    定义方法:char x=‘A’;(等效于char x=0x41;
  • 字符数组:存储字符变量的一个数组
    定义方法:char y[]={’A’, ’B’, ’C’};(等效于char y[]={0x41,0x42,0x43};
  • 字符串:在字符数组后加一个字符串结束标志,本质上是字符数组
    定义方法:char z[]=”ABC”;(等效于char z[]={’A’, ’B’, ’C’, ’\0’};
  • 12.2 实验:LCD1602功能代码

    需求:在液晶屏上依次显示:

    1. 一个字符 ‘A’
    2. 一个字符串 “Hello”
    3. 一个无符号数字 88
    4. 一个有符号数字 -00
    5. 一个十六进制数字 0xFE
    6. 一个二进制数字 01011100
    7. 显示特殊符号℃上面的“句号”

    图12-5 “LCD1602”代码调用关系

    代码展示:
    – main.c

    #include <REGX52.H>
    #include "LCD1602.h"
    
    void Delay500ms(){//@11.0592MHz
    	unsigned char i, j, k;
    	i = 4;
    	j = 129;
    	k = 119;
    	do{
    		do{
    			while (--k);
    		}while (--j);
    	}while (--i);
    }
    
    void main(){
      //LCD初始化
      LCD1602_Init();
      // LCD显示
      LCD1602_DispChar(1,1,'A');//显示单个字符
      LCD1602_DispString(1,3,"$_$");//显示字符串
      LCD1602_DispUnInt(1,7,99,3);//显示无符号数字
      LCD1602_DispInt(1,11,-32768,6);//显示有符号数字
      LCD1602_DispUnInt_Hex(2,1,255,2);//显示无符号整型的16进制表示
      LCD1602_DispUnInt_Bin(2,4,3,3);//显示无符号整型的2进制表示
      LCD1602_DispFloat(2,8,-20.99,7,3);//显示单精度浮点数-20.99
      LCD1602_DispChar(2,15,0xdf);//显示特殊符号(主要就是查看字模表)
      //LCD移屏
      LCD1602_DispString(1,20,"Fries on the pier!");
      while(1){
        LCD1602_WriteCommd(0x18);
        Delay500ms();
        Delay500ms();
      }
    }
    

    – LCD1602.h

    #ifndef __LCD1602_H__
    #define __LCD1602_H__
    
    // LCD1602写指令
    void LCD1602_WriteCommd(unsigned char wByte);
    // LCD1602写数据
    void LCD1602_WriteData(unsigned char wByte);
    // 初始化函数
    void LCD1602_Init(void);
    //显示单个字符
    void LCD1602_DispChar(unsigned char Row,unsigned char Column,unsigned char wChar);
    //显示字符串
    void LCD1602_DispString(unsigned char Row,unsigned char Column,char wString[]);
    //显示无符号数字
    void LCD1602_DispUnInt(unsigned char Row, unsigned char Column, unsigned int wNum, unsigned char Length);
    //显示有符号数字
    void LCD1602_DispInt(unsigned char Row, unsigned char Column,int wNum, unsigned char Length);
    //显示无符号整型的16进制表示
    void LCD1602_DispUnInt_Hex(unsigned char Row, unsigned char Column, unsigned int wNum, unsigned char Length);
    //显示无符号整型的2进制表示
    void LCD1602_DispUnInt_Bin(unsigned char Row, unsigned char Column, unsigned int wNum, unsigned char Length);
    //显示单精度浮点数(有符号)
    void LCD1602_DispFloat(unsigned char Row, unsigned char Column, float wNum, unsigned char Total_Len, unsigned char Frac_len);
    
    #endif
    

    – LCD1602.c

    #include <REGX52.H>
    
    //下面这些有可能需要更改
    /***************************************************************/
    // 重新命名端口
    sbit LCD1602_RS = P2^6;
    sbit LCD1602_RW = P2^5;
    sbit LCD1602_EN = P2^7;
    #define  LCD1602_DB P0
    
    
    // LCD1602专用延时函数,晶振11.0592MHz,延时1ms
    void LCD1602_Delay1ms(void){//@11.0592MHz
    	unsigned char i, j;
    	i = 2;
    	j = 199;
    	do{
    		while (--j);
    	}while (--i);
    }
    /***************************************************************/
    
    /***************************************************************/
    /**
      * @brief :LCD1602写指令。
      * @param :wByte指令。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_WriteCommd(unsigned char wByte){// LCD1602写指令
      LCD1602_EN = 0;
      LCD1602_RS = 0;
      LCD1602_RW = 0;
      LCD1602_DB = wByte;
      LCD1602_EN = 1;
      LCD1602_Delay1ms();//延时1ms
      LCD1602_EN = 0;
      LCD1602_Delay1ms();//延时1ms
    }
    
    /**
      * @brief :LCD1602写数据。
      * @param :wByte数据。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_WriteData(unsigned char wByte){// LCD1602写数据
      LCD1602_EN = 0;
      LCD1602_RS = 1;
      LCD1602_RW = 0;
      LCD1602_DB = wByte;
      LCD1602_EN = 1;
      LCD1602_Delay1ms();//延时1ms
      LCD1602_EN = 0;
      LCD1602_Delay1ms();//延时1ms
    }
    
    /**
      * @brief :设置光标位置。
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_SetCursor(unsigned char Row,unsigned char Column){
        unsigned char LCD_AC=0x00;
        // 更新坐标位置
        if(Row==1){LCD_AC += (Column-1);}
        else      {LCD_AC += (0x40+Column-1);}
        // 设置光标位置
        LCD1602_WriteCommd(0x80|LCD_AC);
    }
    
    /**
      * @brief :无符号数的指数运算。
      * @param :x无符号整数基底。
      * @param :y无符号整数幂次。
      * @retval :result无符号整数运算结果。
     */
    int LCD1602_Pow(int x, int y){//无符号数的指数运算
      unsigned int i;
      unsigned int result = 1;
      for(i=0;i<y;i++){
        result *= x;
      }
      return result;
    }
    
    /**
      * @brief :初始化函数。
      * @param :无。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_Init(void){// 初始化函数
      LCD1602_WriteCommd(0x38);//八位数据接口,两行显示,5*7点阵
      LCD1602_WriteCommd(0x0c);//显示开,光标关,闪烁关
      LCD1602_WriteCommd(0x06);//数据读写操作后,光标自动加一,画面不动
      LCD1602_WriteCommd(0x01);//清屏
    }
    
    /**
      * @brief :显示字符
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @param :wChar待显示的字符。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_DispChar(unsigned char Row,unsigned char Column,unsigned char wChar){//显示单个字符
      // 首先保证行列的位置有效,才运行函数
      if((Row==1 || Row==2) && Column>=1 && Column<=40){
        // 更新光标位置
        LCD1602_SetCursor(Row,Column);
        // 发送要显示的数据
        LCD1602_WriteData(wChar);
      }
    }
    
    /**
      * @brief :显示字符串
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @param :wString[]待显示的字符串。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_DispString(unsigned char Row,unsigned char Column,char wString[]){//显示字符串
      unsigned char i=0;
      // 首先保证行列的位置有效,才运行函数
      if((Row==1 || Row==2) && Column>=1 && Column<=40){
        // 更新光标位置
        LCD1602_SetCursor(Row,Column);
        // 发送要显示的数据
        while(wString[i]!='\0'){
          LCD1602_WriteData(wString[i]);
          i++;
        }    
      }
    }
      
    /**
      * @brief :显示无符号数字
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @param :wNum待显示的无符号数字,范围0~65535。
      * @param :Length在屏幕上显示的长度,范围1~16。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_DispUnInt(unsigned char Row, unsigned char Column,
                           unsigned int wNum, unsigned char Length){//显示无符号数字
      unsigned char i=0;
      unsigned char temp=0;//存储单个位上的数据
      // 首先保证行、列、显示长度有效,才运行函数
      if((Row==1 || Row==2) && Column>=1 && Column<=40 && Length>=1){
        // 1. 更新光标位置
        LCD1602_SetCursor(Row,Column);
        // 2.发送要显示的数据
        // 2.1 超过5位的长度都显示0
        if(Length>16){Length=16;}
        while(Length>5){
          LCD1602_WriteData(0x30);//直接发送'0'的ASCII码
          Length--;
        }
        // 2.2 5位以内的真实数值
        for(i=0;i<Length;i++){
          temp = (wNum/LCD1602_Pow(10,Length-1-i))%10;
          LCD1602_WriteData(0x30|temp);//直接计算ASCII码
        } 
      }
    }
    
    /**
      * @brief :显示有符号数字
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @param :wNum待显示的有符号数字,范围-32768~32767。
      * @param :Length在屏幕上显示的数字长度(包括正负号),范围1~16。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_DispInt(unsigned char Row, unsigned char Column,
                         int wNum, unsigned char Length){//显示有符号数字
      unsigned char i=0;
      unsigned char temp=0;//存储单个位上的数据
      unsigned int un_wNum=0;
      // 首先保证行、列、显示长度有效,才运行函数
      if((Row==1 || Row==2) && Column>=1 && Column<=40 && Length>=2){
        // 1. 更新光标位置
        LCD1602_SetCursor(Row,Column);
        // 2. 发送要显示的数据
        // 2.1 显示正负号,并将原来的数字转换成正数
        if(Length>16){Length=16;}
        if(wNum>=0){LCD1602_WriteData('+'); un_wNum=wNum;}
        else       {LCD1602_WriteData('-'); un_wNum=-wNum;}
        Length--;
        // 2.2 超过5位的长度都显示0
        while(Length>5){
          LCD1602_WriteData(0x30);//直接发送'0'的ASCII码
          Length--;
        }
        // 2.3 5位以内的真实数值
        for(i=0;i<Length;i++){
          temp = (un_wNum/LCD1602_Pow(10,Length-1-i))%10;
          LCD1602_WriteData(0x30|temp);//直接计算ASCII码
        } 
      }
    }
    
    /**
      * @brief :显示无符号整型的16进制表示。
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @param :wNum待显示的无符号数字,范围0~65535。
      * @param :Length在屏幕上显示的16进制长度,范围1~4。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_DispUnInt_Hex(unsigned char Row, unsigned char Column,
                               unsigned int wNum, unsigned char Length){//显示无符号整型的16进制表示
      unsigned char i=0;
      unsigned char temp=0;//存储单个位上的数据
      // 首先保证行、列、显示长度有效,才运行函数
      if((Row==1 || Row==2) && Column>=1 && Column<=40&& Length>=1){
        // 1. 更新光标位置
        LCD1602_SetCursor(Row,Column);
        // 2. 发送要显示的数据
        if(Length>4){Length=4;}
        else        {wNum = (wNum<<(4*(4-Length)))>>(4*(4-Length));}//根据要显示的长度截取有用的位
        for(i=0;i<Length;i++){
          temp = (wNum>>((Length-1-i)*4))%16;
          if(temp>=0 && temp<=9){LCD1602_WriteData('0' + temp);}
          else                  {LCD1602_WriteData('A' + temp - 10);}
        } 
      }
    }
    
    /**
      * @brief :显示无符号整型的2进制表示。
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @param :wNum待显示的无符号数字,范围0~65535。
      * @param :Length在屏幕上显示的2进制长度,范围1~16。
      * @retval :无。
     */
    void LCD1602_DispUnInt_Bin(unsigned char Row, unsigned char Column,
                               unsigned int wNum, unsigned char Length){//显示无符号整型的2进制表示
      unsigned char i=0;
      // 首先保证行、列、显示长度有效,才运行函数
      if((Row==1 || Row==2) && Column>=1 && Column<=40&& Length>=1){
        // 1. 更新光标位置
        LCD1602_SetCursor(Row,Column);
        // 2. 发送要显示的数据
        if(Length>16){Length=16;}
        for(i=0;i<Length;i++){
          if(wNum&(0x0001<<(Length-1-i))) {LCD1602_WriteData('1');}
          else                            {LCD1602_WriteData('0');}
        } 
      }
    }
    
    /**
      * @brief :显示单精度浮点数(有符号)。
      * @param :Row行,范围1~2。
      * @param :Column列,范围1~40。
      * @param :wNum待显示的小数,范围-3.4E38~3.4E38。
      * @param :Total_Len在屏幕上显示的总长度长度(包括正负号),范围3~16。
      * @param :Frac_len在屏幕上显示的小数部分的长度,范围1~16。
      * @retval :无。
      * 说明:优先显示小数部分。
     */
    void LCD1602_DispFloat(unsigned char Row, unsigned char Column,
                           float wNum, unsigned char Total_Len,
                           unsigned char Frac_len){//显示单精度浮点数(有符号)
      unsigned char Int_len = Total_Len-2-Frac_len; //整数段长度
      unsigned int Int_part=0, Fra_part=0;
      // 首先保证行、列、显示长度有效,才运行函数
      if((Row==1 || Row==2) && Column>=1 && Column<=40 && Total_Len>=3){
        //1. 显示正负号,并将原来的数字转化成绝对值
        if(wNum>=0){LCD1602_DispChar(Row,Column,'+');}
        else       {LCD1602_DispChar(Row,Column,'-'); wNum=-wNum;}
        //2. 获取整数部分、小数部分
        Int_part=(unsigned int)wNum;
        Fra_part = ((unsigned int)(wNum*LCD1602_Pow(10,Frac_len)))%LCD1602_Pow(10,Frac_len);
        //3. 显示整数部分
        LCD1602_DispUnInt(Row,Column+1,Int_part,Int_len);
        //4. 显示小数点
        LCD1602_DispChar(Row,Column+1+Int_len,'.');
        //5. 显示小数部分
        LCD1602_DispUnInt(Row,Column+2+Int_len,Fra_part,Frac_len);
    
      }
    }
    

    编程感想:

    1. 关于 sbitsfrsbit可以直接在等式右边使用端口名,而sfr在等式右边只能写地址。所以一般使用宏定义#define来完成对于一个寄存器的重命名。
    2. 函数定义时声明的简写:51单片机用的C89没有简写,只要没写就默认为int型。
    3. 传递字符串:直接将字符串给函数,那么形参定义是应使用 char 形参名[]或者 char *形参名的形式。另外,在主函数中传递数组形式的变量进函数时,都是传递的数组首元素地址。在函数中,数组的调用格式 形参名[i]与解引用格式 *(形参名+i)相同。
    4. 天坑:LCD读写数据的时序中,使能信号 EN持续的时间,不能按照器件手册中的us级别,而是要延时大约1ms。
    5. C语言没有自带的指数运算符,^表示的按位异或。而头文件<Math.h>中的pow(x,y)函数,两个操作数都是float类型。
    6. 关于移屏:有两种可能,一是移为速度过快;二是VLCD驱动电压过高。但目前暂未找到解决方法。
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