11.1 1602 液晶顯示模塊簡(jiǎn)介

1602 液晶顯示模塊是一種通用的工業(yè)液晶顯示模塊，專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。從名字就可以看出該液晶顯示模塊有 2 行，每行 16 個(gè)字符共可以顯示 32 個(gè)字符。每個(gè)字符是由 5x7 或者 5x11 的點(diǎn)陣位組成，我們這里講解的為 5x7 模式的模塊。模塊顯示界面結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示：

與數(shù)碼管相比，不需周期性的對(duì)顯示進(jìn)行刷新，只需將需要顯示的字符按照時(shí)序要求發(fā)送給 1602 液晶顯示模塊便可一直顯示，有效的節(jié)省了單片機(jī)的系統(tǒng)資源。通過單片機(jī)控制 1602 的讀寫硬件（ RS， RW）進(jìn)行控制，根據(jù)相應(yīng)的時(shí)序?qū)?shù)據(jù) D0-D7 進(jìn)行操作便可實(shí)現(xiàn)顯示指定的字符。1602 模塊共有 16 個(gè)引腳，各引腳定義如下圖所示：

• 第 1，2 引腳：VDD、VS S 為 1602 供電的正負(fù)極，最佳供電電壓為 5V。
• 第 3 引腳：VL 液晶顯示偏壓信號(hào)，即為顯示屏的對(duì)比度調(diào)節(jié)端，當(dāng)接電源時(shí)對(duì)比度最高，接低時(shí)對(duì)比對(duì)最低，在使用中往往通過接一個(gè)可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)顯示對(duì)比度。
• 第 4 引腳：RS 為數(shù)據(jù)/命令選擇端，當(dāng) RS=1 時(shí)，選擇操作 1602 內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng) RS=0 時(shí)，選擇操作內(nèi)部指令寄存器。
• 第 5 引腳：R/W 為讀寫選擇端，當(dāng) R/W=1 時(shí)，對(duì) 1602 進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作，當(dāng) R/W=0 時(shí)，對(duì) 1602 進(jìn)行寫操作。
• 第 6 引腳：E 為 1602 液晶顯示模塊使能端，與 RS，R/W 配合使用在高電平時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。
• 第 7-14 引腳：為 8 位的雙向數(shù)據(jù)端口 D0~D7。
• 第 15，16 引腳：BLA 背光源正極，BLK 背光源負(fù)極。BLK 接地，BLA 接電源 VDD 時(shí)，1602 液晶背光點(diǎn)亮，接 GND 時(shí)，背光熄滅。
  RY-51 單片機(jī)開發(fā)板 1602 液晶顯示模塊的電路連接圖如下圖所示：
  
  如上圖所示，1602 的 4，5，6 引腳分別接到到了單片機(jī)的 P3.4-P3.6 端口，數(shù)據(jù)端口 D0-D7 鏈接到單片機(jī)的 P0 端口與 RY-51 開發(fā)板的 8 位數(shù)碼管共用 P1 端口，因此，在應(yīng)用 1602 液晶顯示模塊的時(shí)候首先要關(guān)閉數(shù)碼管。

11.2 1602 讀、寫操作時(shí)序解析

剛開始接觸 1602 液晶顯示模塊的時(shí)候可能會(huì)覺得有一點(diǎn)難度，感覺挺復(fù)雜，理解起來(lái)比較費(fèi)勁。其實(shí)，只要掌握了的操作規(guī)律，多次的練習(xí)之后你會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)很簡(jiǎn)單。我們要實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的操作無(wú)非就是 1602 的初始化、對(duì) 1602 的讀操作、寫操作。對(duì) 1602 液晶顯示的一切都是建立在數(shù)據(jù)的讀、寫操作之上了，因此，我們只要研究明白了讀、寫的操作時(shí)序，掌握它的應(yīng)用就非常簡(jiǎn)單了。通過查找 1602 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，讀、寫時(shí)序如下圖所示：

讀操作時(shí)序解析如下：
將 R/W 拉高進(jìn)入讀操作模式，同時(shí) RS 要么為高電平要么為低電平，高電平時(shí)為讀數(shù)據(jù)操作，低電平時(shí)為讀狀態(tài)操作，經(jīng)過 tSP1 時(shí)間之后才可將使能信號(hào) E 拉高，并且 E 的高電平維持時(shí)間為 tPW，在使能信號(hào) E 拉高之后不超過 tD 時(shí)間內(nèi)，1602 液晶顯示器將數(shù)據(jù)放在 DB0~DB7 數(shù)據(jù)線上。這時(shí)我們將數(shù)據(jù)讀取并將使能 E 拉低，整個(gè)數(shù)據(jù)或狀態(tài)的讀取就完成了。

那么，我們?cè)趯⒛硞€(gè)信號(hào)拉高或者拉低需要滿足上面一些時(shí)間的先后順序要求。例如我們以讀 1602 狀態(tài)為例，第一條語(yǔ)句首先將 RS 拉低，即 RS = 0，然后將 R/W 拉高，即 R/W=1，接下來(lái)將使能信號(hào) E 高，即 E=1，上面兩條語(yǔ)句的時(shí)間間隔要求不低于 tSP1，查詢數(shù)據(jù)表格可知 tSP1 最小值為 30ns，而我們開發(fā)板執(zhí)行一條語(yǔ)句的時(shí)間大約為 1us，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)能滿足要求，如果我們?cè)趫?zhí)行語(yǔ)句比較快的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，為了保證時(shí)序要求，可以在兩條語(yǔ)句之間插入軟件延時(shí)。E 的高電平維持時(shí)間 tPW 最小值為 150ns，而我們 E 維持高電平約為 1us，滿足要求。tD 最大值為 100ns，因此，可以直接將數(shù)據(jù)讀取，接著將 E 拉低完成狀態(tài)讀取，我們將代碼放到函數(shù)當(dāng)中，返回值為讀取的狀態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)用的時(shí)候只需調(diào)用該函數(shù)即可，代碼如下：

unsigned char RD_sta()//讀狀態(tài)函數(shù)
{
	unsigned char sta;

	RS_1602 = 0;
   	RW_1602 = 1;//進(jìn)入讀1602狀態(tài)模式

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	sta = P0;	//將1602狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成讀操作

	return sta; //將狀態(tài)值返
}

寫操作時(shí)序與讀操作的基本一致，唯一不同的是，在使能信號(hào) E 拉高之前 tSP2 單片機(jī)必須把需要學(xué)的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)端口上。當(dāng) RS=1 時(shí)，表示將要往 1602 寫數(shù)據(jù)，當(dāng) RS=0 時(shí)，表示將要往 1602 里面寫指令。

LCD1602 時(shí)序參數(shù)如下圖所示：

我們分別把寫數(shù)據(jù)、寫指令分別放到函數(shù) WR_Cmd(unsigned char cmd)、 WR_Dat(unsigned char dat)中。

void WR_Cmd(unsigned char cmd)//寫指令函數(shù)
{
	Ready();    //檢測(cè)1602是否處于空閑狀態(tài)

	RS_1602 = 0;
    RW_1602 = 0;//進(jìn)入寫指令模式

	P0 = cmd;   //將指令數(shù)據(jù)輸出

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成寫操作	
}

void WR_Dat(unsigned char dat)//寫數(shù)據(jù)函數(shù)
{
 Ready();    //檢測(cè)1602是否處于空閑狀態(tài)

 RS_1602 = 1;
 RW_1602 = 0;//進(jìn)入寫數(shù)據(jù)模式

 P0 = dat;   //將數(shù)據(jù)輸出

 EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
 EN_1602 = 0;//拉低使能，完成寫操作
}

在上述函數(shù)中，增加了一個(gè) Ready()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)的作用為先查詢 1602 是否處于空閑狀態(tài)，當(dāng)為空閑狀態(tài)時(shí)，才開始寫操作。到目前為止，我們已經(jīng)完成了對(duì) 1602 最底層的數(shù)據(jù)讀寫操作，下面我們只要按照數(shù)據(jù)手冊(cè)的要求調(diào)用這三個(gè)函數(shù)便可實(shí)現(xiàn)各種類型的顯示功能。對(duì)于 1602 而言，讀狀態(tài)函數(shù) RD_sta()，的返回值數(shù)據(jù)格式如下：

如上表所示，返回狀態(tài)字的低六位為當(dāng)前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值，最高位讀寫操作使能，當(dāng)返回值為 1 時(shí)，表示 1602 正處于忙的狀態(tài)，不允許讀寫操作，當(dāng)返回值為 0 時(shí)，表示可以對(duì) 1602 進(jìn)行讀寫，因此，在讀寫前進(jìn)行判斷，我們將忙檢測(cè)函數(shù)如下：

void Ready() //空閑檢測(cè)函數(shù)
{
	P0 = 0xFF;//P0端口設(shè)置為輸入時(shí)，先賦值0xFF
	while(RD_sta() & 0x80);//bit7等于1表示忙，一直檢測(cè)到0為止	
}

11.3 1602 液晶顯示初始化

在使用 1602 進(jìn)行顯示前時(shí)，首先要通過寫一系列的指令對(duì) 1602 進(jìn)行初始化，各指令碼及功能定義如下所示：

初始化如下：

• 1. 寫指令 38H：設(shè)置 16x2 顯示，5x7 點(diǎn)陣，8 位數(shù)據(jù)接口；
• 2. 寫指令 0CH：開顯示，關(guān)閉光標(biāo)；
• 3. 寫指令 06H：讀或?qū)懲暌粋€(gè)字符后，地址指針、光標(biāo)均加 1；
• 4. 寫指令 01H：數(shù)據(jù)指針清零、所示顯示清零

將初始化程序放到初始化函數(shù) Init_1602()中，代碼如下圖所示：

void Init_1602() //1602初始化函
{
	WR_Cmd(0x38);//設(shè)置16x2顯示，5x7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口
	WR_Cmd(0x0C);//開顯示，關(guān)閉光標(biāo)
	WR_Cmd(0x06);//讀或?qū)懲暌粋€(gè)字符后，地址指針、光標(biāo)均加1
	WR_Cmd(0x01);//數(shù)據(jù)指針清零、所示顯示清零
}

11.4 1602 液晶顯示字符操作

當(dāng)我們開始要往 1602 里面寫字符的時(shí)候，我們首先得告訴 1602 我們要從哪個(gè)地方開始寫，也就是寫數(shù)據(jù)開始地址，1602 共可以顯示 2 行 32 個(gè)字符，那么每個(gè)字符的地址是多少呢？1602 內(nèi)部控制器有 80 字節(jié)的 RAM 緩沖區(qū)，RAM 地址與 1602 顯示模塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示：

如圖所示，地址 00H-0FH 的 RAM 與顯示模塊的第一行一一對(duì)應(yīng)。地址 40H~4FH 的 RAM 與顯示模塊的第二行一一對(duì)應(yīng)。這里要特別注意的是，第一行到第二行的地址不是連續(xù)的。通過寫指令可以告訴 1602 我們將要從哪里開始寫字符了，寫地址指令碼及功能定義如下表所示：

例如，若需要往第二行的第一列開始寫字符，首先應(yīng)該寫指令 WR_Cmd(0x80 + 0x40)。接下通過調(diào)用寫數(shù)據(jù)函數(shù) WR_Dat(dat)將對(duì)應(yīng)的字符顯示到 1602 了。寫數(shù)據(jù)函數(shù)中的 dat 為字符對(duì)應(yīng)的字符碼，字符碼可以通過查詢 1602 的標(biāo)準(zhǔn)字符庫(kù)，如下圖所示，行坐標(biāo)為字符碼的低 4 位，縱坐標(biāo)為字符碼的高四位。例如，我們要將“C”顯示到 1602，需要調(diào)用 WR_Dat(0x43)完成顯示。標(biāo)準(zhǔn) 1602 字符字庫(kù)如下：

將顯示字符的步驟寫到函數(shù)中，函數(shù)的功能為：從第 row 行，第 column 列開始顯示字符串 str，函數(shù)代碼如圖所示：

//字符串顯示功能：從第row行，第column列開始顯示字符串str
void Disp_1602_str(unsigned char row,unsigned char column,char *str)
{
	unsigned char addr;

	addr = 	(row-1)*0x40 + (column-1);//組合成地址
	WR_Cmd(0x80+addr);//寫地址命令

	while(*str)//判斷str字符串是否已結(jié)束
	{
		WR_Dat(*str++);//將str字符串?dāng)?shù)據(jù)依次寫入	
	}
}

11.5 1602 顯示應(yīng)用實(shí)例

我們結(jié)合上面講解的各個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)從 1602 液晶顯示模塊第 1 行第 3 列開始顯示字符串“RongYi RY-51”。由于 RY-51 開發(fā)板的 8 個(gè)數(shù)碼管與 1602 共用 P0 口，因此在主程序開始處將數(shù)碼管關(guān)閉，接著初始化 1602，然后顯示字符串，最后進(jìn)入死循環(huán)。程序代碼如下：

#include < reg52.h >

sbit DU = P2^7;//數(shù)碼管段選、位選引腳定義
sbit WE = P2^6;	

sbit RS_1602 = P3^4; //1602，RS、R/W，E引腳定義
sbit RW_1602 = P3^5;
sbit EN_1602 = P3^6;
//字符串顯示函數(shù)聲明
void Disp_1602_str(unsigned char row,unsigned char column,char *str);
void Init_1602();//1602初始化函數(shù)聲明
void Ready();//空閑檢測(cè)函數(shù)聲明
void WR_Cmd(unsigned char cmd);//寫指令函數(shù)聲明
void WR_Dat(unsigned char dat);//寫數(shù)據(jù)函數(shù)聲明
unsigned char RD_sta();//讀狀態(tài)函數(shù)聲明

void main()
{
	P0 = 0;//關(guān)閉所有數(shù)碼管
	WE = 1;
	WE = 0;

	Init_1602();//1602初始化
	Disp_1602_str(1,3,"RongYi RY-51");//第1行第3列開始顯示"RongYi RY-51"
	
	while(1);		
}
//字符串顯示功能：從第row行，第column列開始顯示字符串str
void Disp_1602_str(unsigned char row,unsigned char column,char *str)
{
	unsigned char addr;

	addr = 	(row-1)*0x40 + (column-1);//組合成地址
	WR_Cmd(0x80+addr);//寫地址命令

	while(*str)//判斷str字符串是否已結(jié)束
	{
		WR_Dat(*str++);//將str字符串?dāng)?shù)據(jù)依次寫入	
	}
}

void Init_1602() //1602初始化函
{
	WR_Cmd(0x38);//設(shè)置16x2顯示，5x7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口
	WR_Cmd(0x0C);//開顯示，關(guān)閉光標(biāo)
	WR_Cmd(0x06);//讀或?qū)懲暌粋€(gè)字符后，地址指針、光標(biāo)均加1
	WR_Cmd(0x01);//數(shù)據(jù)指針清零、所示顯示清零
}
void Ready() //空閑檢測(cè)函數(shù)
{
	P0 = 0xFF;//P0端口設(shè)置為輸入時(shí)，先賦值0xFF
	while(RD_sta() & 0x80);//bit7等于1表示忙，一直檢測(cè)到0為止	
}
unsigned char RD_sta()//讀狀態(tài)函數(shù)
{
	unsigned char sta;

	RS_1602 = 0;
   	RW_1602 = 1;//進(jìn)入讀1602狀態(tài)模式

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	sta = P0;	//將1602狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成讀操作

	return sta; //將狀態(tài)值返
}
void WR_Cmd(unsigned char cmd)//寫指令函數(shù)
{
	Ready();    //檢測(cè)1602是否處于空閑狀態(tài)

	RS_1602 = 0;
    RW_1602 = 0;//進(jìn)入寫指令模式

	P0 = cmd;   //將指令數(shù)據(jù)輸出

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成寫操作	
}
void WR_Dat(unsigned char dat)//寫數(shù)據(jù)函數(shù)
{
	Ready();    //檢測(cè)1602是否處于空閑狀態(tài)

	RS_1602 = 1;
    RW_1602 = 0;//進(jìn)入寫數(shù)據(jù)模式

	P0 = dat;   //將數(shù)據(jù)輸出

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成寫操作	
}

將上面程序下載到 RY-51 開發(fā)板后觀察現(xiàn)象，并通過調(diào)準(zhǔn)可變電阻 R6 觀察 1602 顯示器對(duì)比度的變化。

大家有沒有發(fā)現(xiàn)，我們將和 1602 有關(guān)的函數(shù)都放在主程序所在的.c 文件中，以后我們每次要用到 1602 時(shí)，都要將這些函數(shù)復(fù)制到主函數(shù)下面，這樣是不是有點(diǎn)不方便。其實(shí)，我們可將這些函數(shù)都放到另外一個(gè).c 文件、將函數(shù)聲明放到一個(gè)。h 格式的文件中，在主程序中我們只要包含這個(gè)文件就可以了，主程序代碼如下：

#include < reg52.h >
#include "Drive_1602.h"

sbit DU = P2^7;//數(shù)碼管段選、位選引腳定義
sbit WE = P2^6;	

void main()
{
	P0 = 0;//關(guān)閉所有數(shù)碼管
	WE = 1;
	WE = 0;

	Init_1602();//1602初始化
	Disp_1602_str(1,3,"RongYi RY-51");//第1行第3列開始顯示"RongYi RY-51"

	while(1);		
}

如上圖所示，將 Drive_1602.c、Drive_1602.h 添加到工程當(dāng)中，并且在主函數(shù)文件 Main1602.c 中添加語(yǔ)句#include "Drive_1602.h"即可。Drive_1602.h 文件內(nèi)容如下所示：

#ifndef __1602_H__
#define __1602_H__

//字符串顯示函數(shù)聲明
extern void Disp_1602_str(unsigned char row,unsigned char column,char *str);
extern void Init_1602();//1602初始化函數(shù)聲明

void Ready();//空閑檢測(cè)函數(shù)聲明
void WR_Cmd(unsigned char cmd);//寫指令函數(shù)聲明
void WR_Dat(unsigned char dat);//寫數(shù)據(jù)函數(shù)聲明
unsigned char RD_sta();//讀狀態(tài)函數(shù)聲明

#endif

關(guān)鍵字“extern”表示該函數(shù)可以在其它文件中被調(diào)用。Drive_1602.c 部分代碼如下所示：

#include < reg52.h >
#include "Drive_1602.h"

sbit RS_1602 = P3^4; //1602，RS、R/W，E引腳定義
sbit RW_1602 = P3^5;
sbit EN_1602 = P3^6;

//字符串顯示功能：從第row行，第column列開始顯示字符串str
void Disp_1602_str(unsigned char row,unsigned char column,char *str)
{
	unsigned char addr;

	addr = 	(row-1)*0x40 + (column-1);//組合成地址
	WR_Cmd(0x80+addr);//寫地址命令

	while(*str)//判斷str字符串是否已結(jié)束
	{
		WR_Dat(*str++);//將str字符串?dāng)?shù)據(jù)依次寫入
	}
}

void Init_1602() //1602初始化函
{
	WR_Cmd(0x38);//設(shè)置16x2顯示，5x7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口
	WR_Cmd(0x0C);//開顯示，關(guān)閉光標(biāo)
	WR_Cmd(0x06);//讀或?qū)懲暌粋€(gè)字符后，地址指針、光標(biāo)均加1
	WR_Cmd(0x01);//數(shù)據(jù)指針清零、所示顯示清零
}
void Ready() //空閑檢測(cè)函數(shù)
{
	P0 = 0xFF;//P0端口設(shè)置為輸入時(shí)，先賦值0xFF
	while(RD_sta() & 0x80);//bit7等于1表示忙，一直檢測(cè)到0為止	
}

unsigned char RD_sta()//讀狀態(tài)函數(shù)
{
	unsigned char sta;

	RS_1602 = 0;
   	RW_1602 = 1;//進(jìn)入讀1602狀態(tài)模式

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	sta = P0;	//將1602狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成讀操作

	return sta; //將狀態(tài)值返
}
void WR_Cmd(unsigned char cmd)//寫指令函數(shù)
{
	Ready();    //檢測(cè)1602是否處于空閑狀態(tài)
	
	RS_1602 = 0;
    RW_1602 = 0;//進(jìn)入寫指令模式

	P0 = cmd;   //將指令數(shù)據(jù)輸出

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成寫操作	
}
void WR_Dat(unsigned char dat)//寫數(shù)據(jù)函數(shù)
{
	Ready();    //檢測(cè)1602是否處于空閑狀態(tài)

	RS_1602 = 1;
    RW_1602 = 0;//進(jìn)入寫數(shù)據(jù)模式

	P0 = dat;   //將數(shù)據(jù)輸出

	EN_1602 = 1;//拉高使能信號(hào)
	EN_1602 = 0;//拉低使能，完成寫操作	
}

除了如上面定義語(yǔ)句外，其他函數(shù)代碼均從最開始的主程序中拷貝過來(lái)即可。

11.6 本章小結(jié)

本章詳細(xì)介紹了1602字符顯示的原理，以及讀寫操作函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，后續(xù)項(xiàng)目中需要顯示字符時(shí)，調(diào)用上面的函數(shù)即可。