-.z.字符型液晶〔LCD〕模塊原理及設計學習17.1液晶顯示器概述在小型的智能化電子產(chǎn)品中，普通的7段LED數(shù)碼管只能用來顯示數(shù)字，假設遇到要顯示英文字母或圖像、漢字時，則必須選擇使用液晶顯示器〔簡稱LCD〕。LCD顯示器的應用很廣，簡單的如手表、計算器上的液晶顯示器，復雜如筆記本電腦上的顯示器等，都使用LCD。在一般的商務辦公機器上，如復印機和機，以及一些娛樂器材、醫(yī)療儀器上，也常常看見LCD的足跡。LCD可分為兩種類型，一種是字符模式LCD，另一種為圖形模式LCD。這里要介紹的LCD為字符型點矩陣式LCD模組〔LiquidCrystalDisplayModule簡稱LCM〕，或稱字符型LCD。市場上有各種不同廠牌的字符顯示類型的LCD，但大局部的控制器都是使用同一塊芯片來控制的，編號為HD44780，或是兼容的控制芯片。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶顯示模塊。在顯示器件的電極圖形設計上，它是由假設干個5*7或5*11等點陣字符位組成。每一個點陣字符位都可以顯示一個字符。點陣字符位之間空有一個點距的間隔起到了字符間距和行距的作用。目前常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符模組。這些LCM雖然顯示的字數(shù)各不一樣，但是都具有一樣的輸入輸出界面。這里我們以16字*2行〔簡稱16*2〕字符型液晶顯示模塊為例，詳細介紹字符液晶顯示模塊的應用技術(shù)。讀者朋友經(jīng)過學習并實踐實際的LCD程序設計，則當你學完后，將掌握字符形液晶顯示模塊的程序設計技術(shù)，使液晶顯示器聽你的指揮顯示出各種字符及信息，用到你設計的產(chǎn)品中后添色不少并增強市場競爭力。字符LCD模塊的控制器主要為日立公司的HD44780及其替代集成電路，驅(qū)動器為HD44100及其替代的兼容集成電路。17.216*2字符型液晶顯示模塊〔LCM〕特性1.+5V電壓，反視度〔明暗比照度〕可調(diào)整。2.含振蕩電路，系統(tǒng)含重置電路。3.提供各種控制命令，如去除顯示器、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。4.顯示用數(shù)據(jù)DDRAM共有80個字節(jié)。5.字符發(fā)生器CGROM有160個5*7點陣字型。6.字符發(fā)生器CGRAM可由使用者自行定義8個5*7的點陣字型。17.316*2字符型液晶顯示模塊〔LCM〕引腳及功能1腳〔Vdd/Vss〕：電源5V±10%或接地。2腳〔Vss/Vdd〕：接地或電源5V±10%。3腳〔VO〕：反視度調(diào)整。使用可變電阻調(diào)整，通常接地。4腳〔RS〕：存放器選擇。1：選擇數(shù)據(jù)存放器；0：選擇指令存放器。5腳〔R/W〕：讀/寫選擇。1：讀；0：寫。6腳〔E〕：使能操作。1：LCM可做讀寫操作；0：LCM不能做讀寫操作。7腳〔DB0〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第0位。8腳〔DB1〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第1位。9腳〔DB2〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第2位。11腳〔DB3〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第3位。11腳〔DB4〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第4位。12腳〔DB5〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第5位。13腳〔DB6〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第6位。14腳〔DB7〕：雙向數(shù)據(jù)總線的第7位。15腳〔Vdd〕：背光顯示器電源+5V。16腳〔Vss〕：背光顯示器接地。說明：由于生產(chǎn)LCM廠商眾多，使用時應注意電源引腳1、2的不同。LCM數(shù)據(jù)讀寫方式可以分為8位及4位2種，以8位數(shù)據(jù)進展讀寫則DB7~DB0都有效，假設以4位方式進展讀寫，則只用到DB7~DB4。17.416*2字符型液晶顯示模塊〔LCM〕的部構(gòu)造LCM的部構(gòu)造可分為三個局部：LCD控制器，LCD驅(qū)動器，LCD顯示裝置，如圖17-1所示。圖17-1LCM的部構(gòu)造LCM與單片機〔MCU〕之間是利用LCM的控制器進展通信。HD44780是集驅(qū)動器與控制器于一體，專用于字符顯示的液晶顯示控制驅(qū)動集成電路。HD44780是字符型液晶顯示控制器的代表電路，了解熟知HD44780，將可通曉字符型液晶顯示控制器的工作原理。17.5液晶顯示控制驅(qū)動集成電路HD44780特點l.HD44780不僅作為控制器而且還具有驅(qū)動40*16點陣液晶像素的能力，并且HD44780的驅(qū)動能力可通過外接驅(qū)動器擴展360列驅(qū)動。2.HD44780的顯示緩沖區(qū)及用戶自定義的字符發(fā)生器CGRAM全部藏在芯片。3.HD44780具有適用于M6800系列MCU的接口，并且接口數(shù)據(jù)傳輸可為8位數(shù)據(jù)傳輸和4位數(shù)據(jù)傳輸兩種方式。4.HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可實現(xiàn)字符移動、閃爍等顯示功能。圖17-2為HD44780的部組成構(gòu)造。圖17-2HD44780的部組成構(gòu)造由于HD44780的DDRAM容量所限，HD44780可控制的字符為每行80個字。也就是5*80=400點。HD44780藏有16路行驅(qū)動器和40路列驅(qū)動器，所以HD44780本身就具有驅(qū)動16*40點陣LCD的能力，〔即單行16個字符或兩行8個字符〕。如果在外部加一個HD44100外擴展多40路/列驅(qū)動，則可驅(qū)動16*2LCD〔圖17-3〕。圖17-3HD44780加HD44100外擴展當MCU寫入指令設置了顯示字符體的形式和字符行數(shù)后，驅(qū)動器的液晶顯示驅(qū)動的占空比系數(shù)就確定了下來，驅(qū)動器在時序發(fā)生器的作用下，產(chǎn)生幀掃描信號和掃描時序，同時把由字符代碼確定的字符數(shù)據(jù)通過并/串轉(zhuǎn)換電路串行輸出給外部列驅(qū)動器和部列驅(qū)動，數(shù)據(jù)的傳輸順序總是起始于顯示緩沖區(qū)所對應一行顯示字符的最高地址的數(shù)據(jù)。當全部一行數(shù)據(jù)到位后，鎖存時鐘CL1將數(shù)據(jù)鎖存在列驅(qū)動器的鎖存器，最后傳輸?shù)?0位數(shù)據(jù)，也就是說各顯示行的前8個字符位總是被鎖存在HD44780的部列驅(qū)動器的鎖存器中。CL1同時也是行驅(qū)動器的移位脈沖，使得掃描行更新。如此循環(huán)，使得屏上呈現(xiàn)字符的組合。17.6HD44780工作原理HD44780的引腳圖如圖17-4所示。圖17-4HD44780引腳圖17.6.1DDRAM—數(shù)據(jù)顯示用RAMDDRAM--數(shù)據(jù)顯示用RAM〔DatadisplayRAM，簡稱DDRAM〕DDRAM用來存放我們要LCD顯示的數(shù)據(jù)，只要將標準的ASCII碼送入DDRAM，部控制電路會自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上，例如要LCD顯示字符A，則我們只須將ASCII碼41H存入DDRAM即可。DDRAM有80bytes〔字節(jié)〕空間，共可顯示80個字〔每個字為1個bytes〕，其存儲器地址與實際顯示位置的排列順序與LCM的型號有關(guān)，請參閱圖17-5。圖17-5DDRAM地址與顯示位置映射圖圖17-5〔A〕為16字*1行的LCM，它的地址從00H到0FH；圖17-5〔B〕為20字*2行的LCM，第一行的地址從00H到13H，第二行的地址從40H到53H；圖17-5〔C〕為20字*4行的LCM，第一行的地址從00H到13H，第二行的地址從40H到53H，第三行的地址從14H到27H，第四行的地址從54H到67H。17.6.2CGROM—字符產(chǎn)生器ROMCGROM--字符產(chǎn)生器ROM〔CharacterGenerator的ROM，簡稱CGROM〕CGROM儲存了192個5*7的點矩陣字型，CGROM的字型要經(jīng)過部電路的轉(zhuǎn)換才會傳到顯示器上，僅能讀出不可寫入。字型或字符的排列方式與標準的ASCII碼一樣，例如字符碼31H為l字符，字符碼41H為A字符。如我們要在LCD中顯示A，就是將A的ASCII代碼41H寫入DDRAM中，同時電路到CGROM中將A的字型點陣數(shù)據(jù)找出來顯示在LCD上。字符與字符碼對照表如表17-1所示。表17-1字符與字符碼對照表17.6.3CGRAM—字型、字符產(chǎn)生器RAMCGRAM--字型、字符產(chǎn)生器RAM〔CharacterGeneratorRAM，簡稱CGRAM〕CGRAM是供使用者儲存自行設計的特殊造型的造型碼RAM，CGRAM共有512bits〔64字節(jié)〕。一個5*7點矩陣字型占用8*8bit，所以CGRAM最多可存8個造型。17.6.4IR—指令存放器IR--指令存放器〔InstructionRegister，簡稱IR〕IR存放器負責儲存MCU要寫給LCM的指令碼。當MCU要發(fā)送一個命令到IR存放器時，必須要控制LCM的RS、R/W及E這三個引腳，當RS及R/W引腳信號為0，E引腳信號由1變?yōu)?時，就會把在DB0~DB7引腳上的數(shù)據(jù)送入IR存放器。17.6.5DR—數(shù)據(jù)存放器DR--數(shù)據(jù)存放器〔DataRegister，簡稱DR〕DR存放器負責儲存MCU要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)，或儲存MCU要從CGRAM或DDRAM讀出的數(shù)據(jù)，因此DR存放器可視為一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，它也是由LCM的RS、R/W及E等三個引腳來控制。當RS及R/W引腳信號為l，E接腳信號由1變?yōu)?時，LCM會將DR存放器的數(shù)據(jù)由DB0~DB7輸出以供MCU讀取；當RS接腳信號為l，R/W接腳信號為0，E接腳信號由1變?yōu)?時，就會把在DB0~DB7引腳上的數(shù)據(jù)存入DR存放器。17.6.6BF—忙碌標志信號BF--忙碌標志信號〔BusyFlag，簡稱BF〕BF的功能是告訴MCU，LCM部是否正忙著處理數(shù)據(jù)。當BF=1時，表示LCM部正在處理數(shù)據(jù)，不能承受MCU送來的指令或數(shù)據(jù)。LCM設置BF的原因為MCU處理一個指令的時間很短，只需幾微秒左右，而LCM得花上40微秒~1.64亳秒的時間，所以MCU要寫數(shù)據(jù)或指令到LCM之前，必須先查看BF是否為0。17.6.7AC—地址計數(shù)器AC--地址計數(shù)器〔AddressCounter，簡稱AC〕AC的工作是負責計數(shù)寫到CGRAM、DDRAM數(shù)據(jù)的地址，或從DDRAM、CGRAM讀出數(shù)據(jù)的地址。使用地址設定指令寫到IR存放器后，則地址數(shù)據(jù)會經(jīng)過指令解碼器〔InstructionDecoder〕，再存入AC。當MCU從DDRAM或CGRAM存取資料時，AC依照MCU對LCM的操作而自動的修改它的地址計數(shù)值。17.7LCD控制器的指令用MCU來控制LCD模塊，方式十分簡單，LCD模塊其部可以看成兩組存放器，一個為指令存放器，一個為數(shù)據(jù)存放器，由RS引腳來控制。所有對指令存放器或數(shù)據(jù)存放器的存取均需檢查LCD部的忙碌標志BF，此標志用來告知LCD部正在工作，并不允許接收任何的控制命令。而此位的檢查可以令RS=0，用讀取DB7來加以判斷，當此DB7為0時，才可以寫入指令或數(shù)據(jù)存放器。LCD控制器的指令共有11組，以下分別介紹。17.7.1去除顯示器RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000100000001指令代碼為01H，將DDRAM數(shù)據(jù)全部填入“空白〞的ASCII代碼20H，執(zhí)行此指令將去除顯示器的容，同時光標移到左上角。17.7.2光標歸位設定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010000001*指令代碼為02H，地址計數(shù)器被清0，DDRAM數(shù)據(jù)不變，光標移到左上角。*表示可以為0或1。17.7.3設定字符進入模式RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001000001I/DSI/DS工作情形00光標左移一格，AC值減一，字符全部不動01光標不動，AC值減一，字符全部右移一格10光標右移一格，AC值加一，字符全部不動11光標不動，AC值加一，字符全部左移一格17.7.4顯示器開關(guān)RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000100001DCBD：顯示屏開啟或關(guān)閉控制位，D=1時，顯示屏開啟；D=0時，則顯示屏關(guān)閉，但顯示數(shù)據(jù)仍保存于DDRAM中。C：光標出現(xiàn)控制位，C=1時，則光標會出現(xiàn)在地址計數(shù)器所指的位置；C=0則光標不出現(xiàn)。B：光標閃爍控制位，B=1光標出現(xiàn)后會閃爍；B=0，光標不閃爍。17.7.5顯示光標移位RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010001S/CR/L***表示可以為0或1。S/CR/L工作情形00光標左移一格，AC值減一01光標右移一格，AC值加一10字符和光標同時左移一格11字符和光標同時右移一格17.7.6功能設定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001001DLNF***表示可以為0或1。DL:數(shù)據(jù)長度選擇位。DL=1時為8位〔DB7~DB0〕數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移；DL=0時則為4位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，使用DB7~DB4位，分2次送入一個完整的字符數(shù)據(jù)。N:顯示屏為單行或雙行選擇。N=1為雙行顯示；N=0則為單行顯示。F:大小字符顯示選擇。當F=1時，為5*10字形〔有的產(chǎn)品無此功能〕；當F=0時，則為5*7字型。17.7.7CGRAM地址設定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000101A5A4A3A2A1A0設定下一個要讀寫數(shù)據(jù)的CGRAM地址〔A5~A0〕。17.7.8DDRAM地址設定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011A6A5A4A3A2A1A0設定下一個要讀寫數(shù)據(jù)的DDRAM地址〔A6~A0〕。17.7.9忙碌標志BF或AC地址讀取RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0011BFA6A5A4A3A2A1A0LCD的忙碌標志BF用以指示L