【51单片机】LCD1602 液晶显示实验指导书 |
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【51单片机】LCD1602 液晶显示实验指导书
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LCD1602 液晶显示实验
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。这将有助于我们清晰的观察程序的运行结果，更加方便我们的后续调试和开发。 我们的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。 本章节可分为如下几部分内容： 一、 LCD1602 介绍 二、 硬件设计 三、 软件设计 四、 实验现象 保姆级烧录教程 一些有趣的LCD1602显示实验 点击在线浏览本文档，支持在线评论和互动。 本实验所有文档资料下载（蓝奏云）密码:9drm 本实验所有教学视频及PPT资源下载（百度云） 一、LCD1602介绍 1.1 LCD1602简介和引脚定义LCD1602 液晶也叫 LCD1602 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，它不能很好的显示图片。其实物图如下所示： 
图1：LCD1602液晶实物图
大家手上拿到的 LCD1602 外观可能和图1不一样，这是由于不同厂家设计所致，但使用方法是一样的。在上图可以看到有 16 个管脚孔，从左至右管脚编号是 1-16，其功能定义如下所示： 1 脚：VSS，接地。 2 脚：VDD，电源正极（4.5~5.5V都可）。 3 脚：VO，对比度调节。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/指令选择端，1为数据，0为指令。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，1为读，0为写。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，1为数据有效，下降沿执行命令。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：数据输入/输出。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。 15 脚：A，背光灯电源正极。 16 脚：K，背光灯电源负极。 下面给出各引脚功能速览表和其内部原理图： 
图2：各引脚功能速览表
图3：LCD1602液晶原理图
1.2 LCD1602内部结构
图4：内部结构框图
DDRAM（Data Display Random Access Memory ）：数据显示存储器。 可读取，可写入。如图5所示，可显示位置为40*2，共计80个字符。即是第一行 00H~27H，和第二行的40H~67H。 
图5：DDRAM（数据显示区）
CGRAM（Character Generation Random Access Memory）：用户字符发生器。 可以自定义用户的字模库（最多八个字符）。 CGROM（Character Generation Read Only Memory）：字符发生器。 出厂默认设置的字模库，与标准ASCII码基本一致。并在此基础上加入片假名和部分特殊符号的支持。具体支持范围如图六所示： 
图6：CGRAM+CGROM（字模库）
读取方式也很简单，例如想获得"A"在字模库中的位置，由图6可知，其二进制位置为 0100 0000B，转换为16进制是 40H。 屏幕显示：显示字符数据，16*2。 
图7：屏幕显示区
由图5和图7对比可知：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。 AC（Aid Carry）：辅助进位，即光标位置。 指向下一位字符的位置，并在显示完毕后，自动加一。 1.3 LCD1602常用指令
图8：LCD1602液晶显示指令集（标红为常用命令）
在使用 LCD1602 时，我们要掌握一些常用指令，这些指令对于 LCD1602 初始化是必须的。 （1）清屏指令 
图9：清屏指令
功能： 清除液晶显示器，即将 DDRAM 的内容全部填入"空白"的 ASCII 码 20H; 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; 将地址计数器(AC)的值设为 0。 也就是说 清屏指令是0x01 （2）模式设置指令 
图10：模式设置指令
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。 I/D：0=写入新数据后光标左移 1=写入新数据后光标右移 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 也就是说 写入新数据后光标右移，显示屏不移动的命令是0x06 （3）显示开关控制指令 
图11：显示开关控制
功能： 控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。 D：0=显示功能关 1=显示功能开 C：0=无光标 1=有光标 B：0=光标闪烁 1=光标不闪烁 也就是说 显示开，光标关，闪烁关的指令是 0x0c （4）功能设定指令 
图12：功能设定指令
功能： 设定数据总线位数、显示的行数及字型。 DL：0=数据总线为 4 位 1=数据总线为 8 位 N：0=显示 1 行 1=显示 2 行 F：0=5×7 点阵/每字符 1=5×10 点阵/每字符 也就是说 数据总线8位，显示2行，5*7点阵/字符的命令是0x38 1.4 LCD1602的使用要使用 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 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）写命令（RS=0），设置显示坐标 （3）写数据（RS=1） /** * @brief LCD1602初始化函数 * @param 无 * @retval 无 */ void LCD_Init() { LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵 LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关 LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动 LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏 }下面给出LCD1602 的时序图和时序参数图： 
图13：LCD1602 的时序图和时序参数图
在此，不需要读出它的数据的状态或者数据本身。所以只需要看图13写时序： 1. 当要写指令字，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。也就是： /** * @brief LCD1602写命令 * @param Command 要写入的命令 * @retval 无 */ void LCD_WriteCommand(unsigned char Command) { LCD_RS=0; //写命令置0 LCD_RW=0; //1为读，0为写 P0=Command; //把命令通过P0口传送(D0~D7连到P0口的情况下) LCD_EN=1; //拉高使能引脚 LCD_Delay(); //1ms 延时 LCD_EN=0; //拉低使能引脚，数据写入完毕 LCD_Delay(); //1ms 延时 }2.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。也就是： /** * @brief LCD1602写数据 * @param Data 要写入的数据 * @retval 无 */ void LCD_WriteData(unsigned char Data) { LCD_RS=1; //写数据置1 LCD_RW=0; //1为读，0为写 P0=Data; //把数据通过P0口传送(D0~D7连到P0口的情况下) LCD_EN=1; //拉高使能引脚 LCD_Delay(); //1ms 延时 LCD_EN=0; //拉低使能引脚，数据写入完毕 LCD_Delay(); //1ms 延时 }写指令和写数据，差别仅仅在于 RS 的电平不一样而已。 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。 从图13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，所以理论上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。但实际上在使能E拉高时要延时1ms左右，不然写入数据会失败，这个要多加注意。 二、 硬件设计本实验使用到硬件资源如下： （1）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： 
图14：普中A2开发板LCD1602液晶接口电路
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、 软件设计本章所要实现的功能是：在 LCD1602 液晶上显示字符信息。程序框架如下： （1）编写 LCD1602 显示函数 （2）编写主函数 本章软件的重点是如何对 LCD1602 进行写命令和数据。 3.1 LCD1602驱动函数在第一步 1.4 LCD1602的使用 我们已经了解到了LCD1602的初始化，写命令及写数据操作，现在我们给出写命令和写数据时，11.0592MHz 调用可延时1ms的代码（此代码可由辅助软件计算写出）： //函数定义： /** * @brief LCD1602延时函数，11.0592MHz调用可延时1ms * @param 无 * @retval 无 */ void LCD_Delay() { unsigned char i, j; i = 2; j = 199; do { while (--j); } while (--i); } 3.2 LCD1602显示函数(1) LCD1602设置光标位置 因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒定为高电平 1,所以命令的最高位要全赋为1，而显示位是从0开始的，所以第一行的写入命令是 0x80| (lie-1)。 而LCD1602的存储是每行40个字符，所以第二行第一位是在第一行的基础上加0x40。 /** * @brief LCD1602设置光标位置 * @param hang 行位置，范围：1~2 * @param lie 列位置，范围：1~16 * @retval 无 */ void LCD_SetCursor(unsigned char hang,unsigned char lie) //设置光标位置 { if(hang==1) { LCD_WriteCommand(0x80|(lie-1)); //因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒定为高电平 1 } else if(hang==2) { LCD_WriteCommand(0x80|(lie-1+0x40)); //LCD的存储是每行40，所以第二行第一位是在第一行的基础上加0x40 } }(2) 在LCD1602指定位置上显示一个字符 /** * @brief 在LCD1602指定位置上显示一个字符 * @param hang 行位置，范围：1~2 * @param lie 列位置，范围：1~16 * @param Char 要显示的字符 * @retval 无 */ void LCD_ShowChar(unsigned char hang,unsigned char lie,char Char) { LCD_SetCursor(hang,lie); LCD_WriteData(Char); }(3) 在LCD1602指定位置开始显示所给字符串 /** * @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给字符串 * @param hang 起始行位置，范围：1~2 * @param lie 起始列位置，范围：1~16 * @param String 要显示的字符串 * @retval 无 */ void LCD_ShowString(unsigned char hang,unsigned char lie,char *String) { unsigned char i; LCD_SetCursor(hang,lie); for(i=0;String[i]!='\0';i++) { LCD_WriteData(String[i]); } }(4) 在LCD1602指定位置开始显示所给数字 789 这是最初的数 把各个数分开之后的数 i指数字的个数 i 和标红文字的关系 789/100%10 7 3 10^(3-1) 789/10%10 8 2 10^(2-1) 789/1%10 9 1 10^(1-1) /** * @brief 返回值=X的Y次方 */ int LCD_Pow(int X,int Y) { unsigned char i; int Result=1; for(i=0;i0;i--) { LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');//加'0'是因为要转换成数字格式，不然会显示ASCII码 } } 3.3 主程序将上述代码整合在main.c(主程序)里面，得到如下完整代码： #include //引脚配置： sbit LCD_RS=P2^6; sbit LCD_RW=P2^5; sbit LCD_EN=P2^7; void LCD_Delay() //11.0592MHz调用可延时1ms { unsigned char i, j; i = 2; j = 199; do { while (--j); } while (--i); } void LCD_WriteCommand(unsigned char Command) //LCD1602写命令 { LCD_RS=0; //写命令置0 LCD_RW=0; //1为读，0为写 P0=Command; //把命令通过P0口传送(D0~D7连到P0口的情况下) LCD_EN=1; //拉高使能引脚 LCD_Delay(); //1ms 延时 LCD_EN=0; //拉低使能引脚，数据写入完毕 LCD_Delay(); //1ms 延时 } void LCD_Init() //LCD1602初始化函数 { LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵 LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关 LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动 LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏 } void LCD_WriteData(unsigned char Data) //LCD1602写数据 { LCD_RS=1; //写数据置1 LCD_RW=0; //1为读，0为写 P0=Data; //把数据通过P0口传送(D0~D7连到P0口的情况下) LCD_EN=1; //拉高使能引脚 LCD_Delay(); //1ms 延时 LCD_EN=0; //拉低使能引脚，数据写入完毕 LCD_Delay(); //1ms 延时 } void LCD_SetCursor(unsigned char hang,unsigned char lie) //设置光标位置 { if(hang==1) { LCD_WriteCommand(0x80|(lie-1)); //因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒定为高电平 1 } else if(hang==2) { LCD_WriteCommand(0x80|(lie-1+0x40)); //LCD的存储是每行40，所以第二行第一位是在第一行的基础上加0x40 } } void LCD_ShowChar(unsigned char hang,unsigned char lie,char Char)//指定位置显示一个字符 { LCD_SetCursor(hang,lie); LCD_WriteData(Char); } void LCD_ShowString(unsigned char hang,unsigned char lie,char *String)//指定位置开始显示所给字符串 { unsigned char i; LCD_SetCursor(hang,lie); for(i=0;String[i]!='\0';i++) { LCD_WriteData(String[i]); } } int LCD_Pow(int X,int Y)//返回值=X的Y次方 { unsigned char i; int Result=1; for(i=0;i0;i--) { LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');//加'0'是因为要转换成数字格式，不然会显示ASCII码 } } void main() { LCD_Init(); //LCD初始化 LCD_ShowChar(1,1,'A'); //在1行1列显示字符A LCD_ShowString(1,3,"Hello"); //在1行3列显示字符串Hello LCD_ShowNum(1,9,66,2); //在1行9列显示数字66，长度为2 LCD_ShowString(2,1,"ZhangFuGong"); //在2行1列显示字符串ZhangFuGong LCD_ShowChar(2,13,0xDF); //在2行13列显示编码为0xDF的字符 LCD_ShowChar(2,14,'C'); //在2行14列显示字符C while(1) { } } 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。 
图15：实验现象
注意：LCD1602 液晶要正确插入到 LCD1602 接口 J2 位置，插反或者差错都会导致显示不正常。如果出现显示看不清的情况，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。 
图16：引脚和板子匹配示意图
保姆级烧录教程
本章节实验到此已经完毕，考虑到大家的基础差异较大，刚接触51单片机的小伙伴可能对烧录过程有些困惑，作者便在篇末给大家提供保姆级烧录教程，帮助大家快速掌握单片机程序烧录技巧，希望对大家有所帮助！ 本教程所需软件下载（win系统） 1. 开发板准备工作（以普中A2开发板为例）（1）检查单片机芯片型号是否为 STC89C52RC 
图17：普中A2开发板单片机芯片
（2）单片机与计算机建立通信 
图18：用micro-usb线一端连接单片机
图19：用micro-usb线另一端连接计算机USB口
2. 烧录软件的准备操作
（1）下载并打开上述链接所提供的软件。 下载完成后。鼠标右键软件图标，选择 以管理员身份运行 ，在弹出的对话框中选择 是 ，软件开始运行。（没有管理员选项的直接鼠标左键双击运行也可）。 
图20：鼠标右键图标界面
（2）芯片型号选择 如果芯片型号与图17一致，直接按照图示箭头依次选择即可。不同的话则依据各自型号选择相应系列。 
图21：芯片型号选择
（3）检查串口 检查串口是否有红框圈中的 USB-SERIAL CH340 字样（后面的COM口不用管，每台电脑都可能不一致）。有的话证明你的电脑已经装了CH340驱动；没有的话也没关系，下载下面链接的驱动安装软件，双击运行，按照提示操作即可。CH340驱动软件下载（win系统） 
图22：电脑识别开发板上 CH340 串口
（4）打开程序文件 按照图示操作，找到已经编译生成的.hex文件，单击选中后点击打开。 
图23：打开程序文件
图24：找到.hex文件并打开
3. 烧录程序
（1）点击 下载/编程 按钮 点击 下载/编程 按钮，看到软件右侧显示，正在检测单片机。 
图25：下载/编程
（2）开关单片机开发板 此时找到图26中，开发板的 POWER 白色按键： 1. 若此时是上电状态，则按两下白色按键，即关机后重新开机。 2. 若此时是断电状态，则按一下白色按键，即重新开机。 
图26：Power键
（3）烧录成功 软件显示操作成功，此时程序已经烧录进单片机，单片机将按照程序开始执行操作。 
图27：烧录成功
一些有趣的LCD1602显示实验（基于普中A2开发板）
1. 温度传感器读取实验（利用DS18B20芯片）
(1) 实验代码 #include //引脚配置： sbit LCD_RS=P2^6; sbit LCD_RW=P2^5; sbit LCD_EN=P2^7; #define LCD_DataPort P0 float T; void Delay(unsigned int xms) { unsigned char i, j; while(xms--) { i = 2; j = 239; do { while (--j); } while (--i); } } void LCD_Delay() //11.0592MHz调用可延时1ms { unsigned char i, j; i = 2; j = 199; do { while (--j); } while (--i); } /** * @brief LCD1602写命令 * @param Command 要写入的命令 * @retval 无 */ void LCD_WriteCommand(unsigned char Command) { LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_DataPort=Command; LCD_EN=1; LCD_Delay(); LCD_EN=0; LCD_Delay(); } /** * @brief LCD1602写数据 * @param Data 要写入的数据 * @retval 无 */ void LCD_WriteData(unsigned char Data) { LCD_RS=1; LCD_RW=0; LCD_DataPort=Data; LCD_EN=1; LCD_Delay(); LCD_EN=0; LCD_Delay(); } /** * @brief LCD1602设置光标位置 * @param Line 行位置，范围：1~2 * @param Column 列位置，范围：1~16 * @retval 无 */ void LCD_SetCursor(unsigned char Line,unsigned char Column) { if(Line==1) { LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1)); } else if(Line==2) { LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1+0x40)); } } /** * @brief LCD1602初始化函数 * @param 无 * @retval 无 */ void LCD_Init() { LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵 LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关 LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动 LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏 } /** * @brief 在LCD1602指定位置上显示一个字符 * @param Line 行位置，范围：1~2 * @param Column 列位置，范围：1~16 * @param Char 要显示的字符 * @retval 无 */ void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char) { LCD_SetCursor(Line,Column); LCD_WriteData(Char); } /** * @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给字符串 * @param Line 起始行位置，范围：1~2 * @param Column 起始列位置，范围：1~16 * @param String 要显示的字符串 * @retval 无 */ void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String) { unsigned char i; LCD_SetCursor(Line,Column); for(i=0;String[i]!='\0';i++) { LCD_WriteData(String[i]); } } /** * @brief 返回值=X的Y次方 */ int LCD_Pow(int X,int Y) { unsigned char i; int Result=1; for(i=0;i0;i--) { LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0'); } } sbit OneWire_DQ=P3^7; /** * @brief 单总线初始化 * @param 无 * @retval 从机响应位，0为响应，1为未响应 */ unsigned char OneWire_Init(void) { unsigned char i; unsigned char AckBit; OneWire_DQ=1; OneWire_DQ=0; i = 247;while (--i); //Delay 500us OneWire_DQ=1; i = 32;while (--i); //Delay 70us AckBit=OneWire_DQ; i = 247;while (--i); //Delay 500us return AckBit; } /** * @brief 单总线发送一位 * @param Bit 要发送的位 * @retval 无 */ void OneWire_SendBit(unsigned char Bit) { unsigned char i; OneWire_DQ=0; i = 4;while (--i); //Delay 10us OneWire_DQ=Bit; i = 24;while (--i); //Delay 50us OneWire_DQ=1; } /** * @brief 单总线接收一位 * @param 无 * @retval 读取的位 */ unsigned char OneWire_ReceiveBit(void) { unsigned char i; unsigned char Bit; OneWire_DQ=0; i = 2;while (--i); //Delay 5us OneWire_DQ=1; i = 2;while (--i); //Delay 5us Bit=OneWire_DQ; i = 24;while (--i); //Delay 50us return Bit; } /** * @brief 单总线发送一个字节 * @param Byte 要发送的字节 * @retval 无 */ void OneWire_SendByte(unsigned char Byte) { unsigned char i; for(i=0;i |
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