Arduino下LCD1602综合探究（上）——1602的两种驱动方式，如何使LCD的控制编程变得更简单

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一、前言：

　　LCD （ Liquid Crystal Display 的简称）液晶显示器，已经逐渐替代CRT成为主流的显示设备之一，因此也成为了单片机发烧友绕不过的话题之一；而LCD1602更是很多单片机发烧友最早接触的字符型液晶显示器。笔者经过一段时间的深入学习，对其驱动有了些许心得，特地记录于此，以备以后查阅。

　　LCD1602，也叫1602液晶，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，工业字符型液晶的一种，能够同时显示16x02即32个字符。主控芯片是HD44780或者其它兼容芯片，而市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。因此尽管LCD1602可显示的内容十分有限，但在此花点时间是完全值得的。

二、LCD的一些背景知识：

<1>LCD1602基本参数及引脚功能：

1.LCD1602的分类：

　　LCD1602分为带背光和不带背光两种，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图10-54所示：

在本文中，笔者选用的是带背光的一种。

2.基本参数：

显示容量:16×2个字符

芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

2.引脚功能说明：

　　1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下：

编号	符号	引脚说明	编号	符号	引脚说明
1	VSS	电源地	9	D2	数据
2	VDD	电源正极	10	D3	数据
3	VL	液晶显示偏压	11	D4	数据
4	RS	数据/命令选择	12	D5	数据
5	R/W	读/写选择	13	D6	数据
6	E	使能信号	14	D7	数据
7	D0	数据	15	BLA	背光源正极
8	D1	数据	16	BLK	背光源负极

各引脚说明：

第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL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为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，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：D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：背光源正极。

第16脚：背光源负极

<2>LCD1602的指令说明及时序：

1.与HD44780相兼容的芯片时序表如下：

读状态	输入	RS=L，R/W=H，E=H	输出	D0—D7=状态字
写指令	输入	RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲	输出	无
读数据	输入	RS=H，R/W=H，E=H	输出	D0—D7=数据
写数据	输入	RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲	输出	无

2.LCD1602的指令说明：

　　1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表所示：

序号	指令	RS	R/W	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
1	清显示	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
2	光标返回	0	0	0	0	0	0	0	0	1	*
3	置输入模式	0	0	0	0	0	0	0	1	I/D	S
4	显示开/关控制	0	0	0	0	0	0	1	D	C	B
5	光标或字符移位	0	0	0	0	0	1	S/C	R/L	*	*
6	置功能	0	0	0	0	1	DL	N	F	*	*
7	置字符发生存贮器地址	0	0	0	1	字符发生存贮器地址
8	置数据存贮器地址	0	0	1	显示数据存贮器地址
9	读忙标志或地址	0	1	BF	计数器地址
10	写数到CGRAM或DDRAM	1	0	要写的数据内容
11	从CGRAM或DDRAM读数	1	1	读出的数据内容

笔者在百度文库中发现一个特别好的介绍1602指令集的文章，给大家分享如下：

点击查看

<3>LCD1602的RAM地址映射及标准字库表：

1.LCD1602的RAM地址映射

　　液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。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，下图是1602的内部显示地址：

在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。

2.LCD1602的标准字库表

　　1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下图所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。

在使用标准字库中的字符图形时，无需自己制作字模即可直接使用，若要显示汉字等标准字库中没有的元素，则需要自己在DDRAM中制作字模。

<4>LCD1602四线驱动的约定流程：

1、 写入指令：

1) EN = 0 （LCD使能禁止）

2) 短延时

3) RS = 0 ,RW = 0 （准备写入指令）

4) DATA = 指令的高4位（ATA代表D7、D6、D5、D4，下同）

5) 短延时

6) EN = 1 （LCD使能允许，指令写入）

7) 短延时

8) EN = 0 （LCD使能禁止）

9) DATA = 指令的低4位

10) 短延时

11) EN = 1 （LCD使能允许，指令写入）

12) 短延时

13) EN = 0 （LCD使能禁止）

14) 短延时

2、 写入数据：

1) EN = 0 （LCD使能禁止）

2) 短延时

3) RS = 1 ,RW = 0 （准备写入数据）

4) DATA = 数据的高4位

5) 短延时

6) EN = 1 （LCD使能允许，数据写入）

7) 短延时

8) EN = 0 （LCD使能禁止）

9) DATA = 数据的低4位

10) 短延时

11) EN = 1 （LCD使能允许，数据写入）

12) 短延时

13) EN = 0 （LCD使能禁止）

14) 短延时

三、关于LCD控制库LiquidCrystal：

　　LiquidCrystal是Arduino的官方库之一，他可以控制基于日立公司HD44780（或兼容）芯片集成的字符型LCD。该库可以通过四线或者八线模式控制LCD。

无疑，LiquidCrystal库可以使LCD的控制编程变得十分简单！！！

笔者在学习中，发现了一个比较完整的LiquidCrystal库的中文资料，链接如下：

点击查看

下面，就一些常用的LiquidCrystal库函数做一个简单介绍：

1.LiquidCrystal（）构造函数

2.begin（）指定显示方式

3.clear（）清屏，光标置于左上角

4.home（）接下来的字符从左上角显示

5.setCursor（col，row）设置光标位置

6.print（）LCD显示字符

四、Arduino下的LCD1602的8线驱动模式：

<1>优缺点：

　八线模式的优点是每位数据均从单独的数据线传输，因此数据传输速度快。但缺点也是显然的，需要占掉大量的端口。

<2>接线方式：

VL为液晶显示器对比度调整端，有条件的话，最好使用一个10K的电位器来调整对比度。限于条件，笔者通过反复调试，最后选择了4k电阻，效果也还可以。

<3>试验代码：

1.不使用LiquidCrystal库

  1 /*Arduino在8位接法下不使用LiquidCrystal库
  2 * 输出欢迎界面和Hello World！
  3 * 作者：大大维
  4 * 2016/10/23
  5 */
  6 
  7 int RS = 12;                             //数据/命令选择器引脚(RS)    
  8 int RW = 11;                            //读/写选择器引脚(R/W)
  9 int DB[] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};    //使用数组来定义总线需要的管脚(D0-D7)
 10 int Enable = 2;                            //使能(E)    
 11 
 12 void LcdCommandWrite(int value) {
 13     // 定义所有引脚
 14     int i = 0;
 15     digitalWrite(RS, LOW);
 16     digitalWrite(RW, LOW);
 17     for (i=DB[0]; i <= RS; i++) //总线赋值
 18     {
 19         //这里的&是二进制的“与”运算。取指令码的最低位。
 20        digitalWrite(i,value & 0x01);
 21        value >>= 1;
 22     }
 23     digitalWrite(Enable,LOW);
 24     delayMicroseconds(1);        // 延时1us
 25     digitalWrite(Enable,HIGH);
 26     delayMicroseconds(1);          // 延时1us
 27     digitalWrite(Enable,LOW);
 28     delayMicroseconds(1);          // 延时1us
 29 }
 30 
 31 void LcdDataWrite(int value) {
 32     // 定义所有引脚
 33     int i = 0;
 34     digitalWrite(RS, HIGH);
 35     digitalWrite(RW, LOW);
 36     for (i=DB[0]; i <= DB[7]; i++) {
 37        digitalWrite(i,value & 0x01);
 38        value >>= 1;
 39     }
 40     digitalWrite(Enable,LOW);
 41     delayMicroseconds(1);        // 延时1us
 42     digitalWrite(Enable,HIGH);
 43     delayMicroseconds(1);        // 延时1us
 44     digitalWrite(Enable,LOW);
 45     delayMicroseconds(1);          // 延时1us
 46 }
 47 
 48 void setup (void) {
 49     int i = 0;
 50     for (i=Enable; i <= RS; i++) {
 51        pinMode(i,OUTPUT);   
 52     }
 53     delay(100);
 54     // 短暂的停顿后初始化LCD
 55     // 用于LCD控制需要
 56     LcdCommandWrite(0x38);         // 设置为8-bit接口，2行显示，5x7文字大小                     
 57     delay(20);                      
 58     LcdCommandWrite(0x06);      　　// 输入方式设定，自动增量，画面没有移位
 59     delay(20);                      
 60     LcdCommandWrite(0x0C);      　　// 显示设置，开启显示屏，光标关，无闪烁
 61     delay(20);                                  
 62 }
 63 
 64 void loop (void) {
 65   LcdCommandWrite(0x01);         　　// 屏幕清空，光标位置归零  
 66   delay(10); 
 67   LcdCommandWrite(0x80+5);       　　// 定义光标位置为第一行第五个位置
 68   delay(10);                     
 69   // 写入欢迎信息 
 70   LcdDataWrite('W');
 71   LcdDataWrite('e');
 72   LcdDataWrite('l');
 73   LcdDataWrite('c');
 74   LcdDataWrite('o');
 75   LcdDataWrite('m');
 76   LcdDataWrite('e');
 77   delay(10);
 78   LcdCommandWrite(0xc0+2);        　　// 定义光标位置为第二行第二个位置  
 79   delay(10); 
 80   LcdDataWrite('I');
 81   LcdDataWrite(' ');
 82   LcdDataWrite('a');
 83   LcdDataWrite('m');
 84   LcdDataWrite(' ');
 85   LcdDataWrite('D');
 86   LcdDataWrite('a');
 87   LcdDataWrite('D');
 88   LcdDataWrite('a');
 89   LcdDataWrite('W');
 90   LcdDataWrite('e');
 91   LcdDataWrite('i');
 92   delay(3000);
 93   LcdCommandWrite(0x01);         　　 // 屏幕清空，光标位置归零
 94   delay(10);
 95   LcdCommandWrite(0x80+2);        　　//定义光标位置为第一行第二个位置
 96   delay(10);  
 97   LcdDataWrite('H');
 98   LcdDataWrite('e');
 99   LcdDataWrite('l');
100   LcdDataWrite('l');
101   LcdDataWrite('o');
102   LcdDataWrite(' ');
103   LcdDataWrite('W');
104   LcdDataWrite('o');
105   LcdDataWrite('r');
106   LcdDataWrite('l');
107   LcdDataWrite('d');
108   LcdDataWrite('!');
109   delay(5000);
110 }

看到上面的代码，是否觉得略显复杂？但要是使用了LiquidCrystal库，一切将变得十分简单！！！

2.使用LiquidCrystal库

 1 /*Arduino在8位接法下使用LiquidCrystal库
 2 * 输出欢迎界面和Hello World！
 3 * 作者：大大维
 4 * 2016/10/23
 5 */
 6 #include<LiquidCrystal.h>
 7 LiquidCrystal lcd(12,11,3,4,5,6,7,8,9,10);        　　 //初始化LCD
 8 void setup(){
 9     lcd.begin(16,2);                              　　 //设置LCD为16列*2行
10 }
11 void loop(){
12     lcd.clear();                                　　　　//清屏操作
13     lcd.setCursor(5,0);                          　　  //设置光标位置为第一行，第六列
14     lcd.print("Welcome");                       　　　 //在LCD上输出信息
15     delay(10);                                   　　  //延时程序
16     lcd.setCursor(2,1);
17     lcd.print("I am DaDaWei");
18     delay(3000);
19     lcd.clear();
20     lcd.setCursor(2,0);
21     lcd.print("Hello World!");
22     delay(5000);
23 }

<4>试验展示：

演示视频

五、Arduino下的LCD1602的四线驱动模式：