第九章LCD显示器原理及应用

第九章LCD显示器原理及应用•液晶显示器（LCD）具有体积小、重量轻、功耗低、可以显示图形图像、便于用集成电路直接驱动、易于实现全彩色等特点，因此在仪器仪表、便携工具、监控系统及消费电子等领域有着广泛的应用。•液晶显示器分为段式、字符式、点阵式等。段式只能显示固定的一些符号或字符，价格低廉；字符式可以显示数字和字符，驱动方便，但无法显示汉字。点阵式可以显示汉字，但价格较高。汉字液晶显示器又分为带字库和不带字库的两种。9.1液晶显示模块的原理•图9-1是字符型液晶显示器（不能显示汉字）原理，字框中显示了字码ABC；我们现在看到的图形和实际见到的有些相似，但是有很大的差别，这些字码的显示是通过在方格中依次连接所得，拼凑成一个个字符；液晶显示屏的原理和数码管的相同，即这些方格在这里的作用相当于一个个LED灯相互拥簇在一起；在这里可以称方格为“数码管”；通过控制“数码管”的通断就可以显示出不同的字符或数字。每个字符占据8个方格的宽度，11个方格的高度，即11行8列，但并不是显示一个字符一定要用11行8列，也可以是7行5列等。当然，数字液晶屏不能够显示汉字，因为所占据的位数不同。图9-1字符液晶显示器原理•汉字液晶屏的显示原理也是如此，如图9-2的“大”字所示。大部分汉字液晶屏的驱动芯片是与液晶屏集成在一起的，统称为液晶模块，无须外加驱动，但不同的驱动芯片，其驱动方式和程序也不同，所以在使用液晶模块之前首先要了解其驱动模式。•通常汉字显示屏要比数字显示屏占据的空间大，每个汉字的显示由16行16列组成。以汉字液晶显示器为例，描述一个汉字的点阵数据需要32个字节，因为一个字节占8个位，所以一个位正好描述液晶屏上一个点是否点亮。例如，假设“1”表示某个点是亮的，“0”表示某个点是不亮的，那么下图中“大”字的第一行可以用二进制表示为：0000，0001，0000，0000，即0x01和0x00两个字节。同理，可以推出“大”字其他行的二进制表示。明显，如果显示一个汉字，则需要用32个字节的数据来描述。•汉字液晶又分为点阵型和字库型，点阵型既可以显示汉字、又可以显示图形，而字库型只能显示汉字及字符，无法显示图形，但驱动方便。液晶屏的大小也有很大差异，典型的汉字液晶一般有12232、12864、19264和240128等。在实际应用中，要根据所要显示的内容、成本及信息的多少来选择液晶显示器。图9-2汉字液晶屏显示原理9.2字符型液晶显示器RT1602C•字符型液晶显示器是一种用5×7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等，最常用的为2行16个字，RT1602C液晶模块就属于此类型。9.1液晶显示器模块的原理一．字符型液晶显示模块RT-1602C的外观与引脚显示容量：16×2个字符；工作电流2.0mA(5.0V)；字符尺寸：2.95×4.35mm。RT-1602C采用标准的16脚接口，各引脚情况如下：第1脚：VSS为电源地第2脚：VDD为+5V电源第3脚：VL为液晶显示偏压信号第4脚：RS为数据/命令选择端，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：为读/写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和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，为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平，为低电平时可以写入数据。/RW/RW/RW/RW•第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时（负跳变），液晶模块执行命令。•第7～14脚：D0～D7，为8位双向数据总线，与单片机的数据总线相连，三态。•第15脚：BLA，背光电源，通常为＋5V，并联一个电位器，调节背光亮度。•第16脚：BLK，背光电源地。/RWRS寄存器及操作00指令寄存器写入01忙信号和地址计数器读出10数据寄存器写入11数据寄存器读出二．字符型液晶显示模块RT-1602C的内部结构液晶显示模块RT-C1602C的内部结构可以分成三部分：一为LCD控制器，二为LCD驱动器，三为LCD显示装置，如图所示：控制器采用HD44780，驱动器采用HD44100。HD44780是集控制器，驱动器于一体，专用于字符显示控制驱动集成电路。HD44100是作扩展显示字符位的。HD44780是字符型液晶显示控制器的代表电路。HD44780集成电路的特点：1、可选择5×7或5×10点字符。2、HD44780不仅作为控制器而且还具有驱动40×16点阵液晶像素的能力，并且HD44780的驱动能力可通过外接驱动器扩展360列驱动。HD44780可控制的字符高达每行80个字，也就是5X80=400点，HD44780内藏有16路行驱动器和40路列驱动器，所以HD44780本身就具驱动有16×40点阵LCD的能力（即单行16个字符或两行8个字符）。如果在外部加一HD44100外扩展多40路/列驱动，则可驱动16×2LCD3、HD44780的显示缓冲区DDRAM、字符发生存储器（ROM）及用户自定义的字符发生器CGRAM全部内藏在芯片内。HD44780有80个字节的显示缓冲区，分两行，地址分别为00H~27H，40H~67H，它下实际显示位置的排列顺序跟LCD的型号有关，液晶显示模块RT-1602C的显示地址与实际显示位置的关系如图所示。4、HD44780具有8位数据和4位数据传输两种方式，可与4/8位CPU相连。5、HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动，闪烁等显示功能。•HD44780内部的字符发生存储器（ROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图所示：•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，每一个字符都有一个固定的代码。比如数字“1”的代码是00110001B（31H），又如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），可以看出英文字母的代码与ASCII编码相同。要显示“1”时，只需将ASCII码31H存入DDRAM指定位置，显示模块将在相应的位置把数字“1”的点阵字符图形显示出来，就可以看到数字“1”。三．指令格式与指令功能LCD控制器HD44780内有多个寄存器，通过RS和R/W引脚共同决定选择哪一个寄存器，选择情况如表：/RWRS寄存器及操作00指令寄存器写入01忙标志和地址计数器读出10数据寄存器写入11数据寄存器读出总共有11条指令，它们的格式和功能如下：RS和引脚上的电平决定对寄存器的选择和读/写，DB7～DB0决定命令功能。/RW1.清屏命令格式RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D00000000001功能：清除屏幕，将显示缓冲区DDRAM的内容全部写入空格（ASCII20H）。光标复位，回到显示器的左上角。并给地址计数器AC清零。2．光标复位命令格式RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D0000000001×3．输入方式设置命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D000000001I/DS功能：设定光标的移动方向，并指定整体显示是否移动。其中：I/D＝1，为增量方式；I/D＝0，为减量方式；S＝1，表示移位；S＝0，表示不移位。4．显示开关控制命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D00000001DCB显示控制开关。其中：D位控制整体显示的开与关，D＝1，开显示；D＝0，关显示。C位控制光标的开与关，C＝1，有光标；C＝0，无光标。B位控制光标字符闪烁，B＝1，字符闪烁；B＝0，字符不闪烁。例如：RS＝0，RW＝0，OCH＝00001100表示：D＝1开显示，C＝0无光标，B＝0字符不闪例如：RS＝0，RW＝0，OEH＝00001100表示：D＝1开显示，C＝1有光标，B＝0字符不闪5．光标移位置命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D0000001S/CR/L××功能：移动光标或整体显示，DDRAM中内容不变。其中：S/C＝1时，移位显示的文字；S/C=0时，移动光标。R/L＝1时，向右移位，R/L＝0时，向左移位。6．功能设置命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D000001DLNF××DL位设置接口数据位数，DL＝1为8位数据接口；DL＝0为4位数据接口。【和教材上的不一样】N位设置显示行数，N＝0，单行显示；N＝1双行显示。F位设置字型大小，F＝1为5×10点阵字符，F＝0为5×7点阵字符。7．设置字库CGRAM地址命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D00001AAAAAA功能：设置CGRAM的地址，地址范围0～63。【地址发生器RAM地址设置。】8．显示缓冲区DDRAM地址设置命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D0001AAAAAAA功能：设置DDRAM的地址，地址范围为0～127。9．读忙标志BF及地址计数器AC命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D001BFAC功能：BF位为忙标志。BF＝1，表示忙，LCM不能接收命令和数据；BF＝0，表示LCM不忙，可以接收命令和数据。AC位为地址计数器的值，范围为0～127。【00～7FH】10．写DDRAM或CGRAM命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D010DATA功能：将数据写入CGRAM或DDRAM中，应与CGRAM或DDRAM地址设置命令结合使用。11．读DDRAM或CGRAM命令格式：RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D011DATA功能：从CGRAM或DDRAM中读出数据，应与CGRAM或DDRAM地址设置命令结合使用。液晶显示模块是一个慢显示器件，如果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。显示字符时首先要输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，表9-2是TC1602EL液晶模块的内部显示位与DDRAM地址的对应关系。表9－X显示位与DDRAM地址的对应关系四．LCD显示器的初始化LCD使用之前须对它进行初始化，初始化可通过复位完成，也可在复位后完成，初始化过程如下：1．清屏；2．功能设置；3．开/关显示设置；4．输入方式设置。9.2.3RT1602C与单片机接口及程序•图9-3是RT1602C与单片机接口的具体连接方式，RT1602C液晶连接插槽位JP4。在使用液晶时，在第三引脚连接了一个10K的电位器用来调整对比度，若程序运行后液晶无显示，则可调整此电位器。图9-31602与单片机接口1602液晶模块的驱动程序编制如下：（功能为：用定时器实现一个时钟，并用1602液晶模块显示时间及提示信息，从中读者可以体会液晶驱动程序的编制方法）.•#includereg51.h•#defineucharunsignedchar•#defineuintunsignedint••sbitrs=P3^6;//定义寄存器选择位•sbitrw=P3^7;//定义读写控制线•sbitep=P2^7;//定义使能端•codeucharmayuan[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};•codeucharaa[]={Thetotaltimesis:};•uchari,hour,minute,second,k=0;•voidputchar(ucharweizhi,ucharda);//显示一个字符的函数•voiddelay(uchar);//延时函数•voidlcd_wcmd(uchar);//写入指令数据到LCD•bitlcd_bz(void);//测试LCD忙碌状态•voidlcd_pos(uchar);//设定显示位置•voidlcd_wdat(uchar);//写入字符显示数据到LCD•voiddisplay(uchar,uchar*);//显示一个字符串的函数•voidlcd_init(void);//液晶初始化函数•voidshowtime(uchar,uchar,uchar);//显示时间函数•voidtime_init(void);//定时时间初始化函数•main(