LCD1602液晶顯示屏的工作原理詳解

LCD1602液晶顯示屏

LCD （ Liquid Crystal Display 的簡稱）液晶顯示器。能夠同時(shí)顯示16x2，32個(gè)字符，是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。

LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏（LCD）、控制驅(qū)動(dòng)主電路HD44780及其擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100，以及少量電阻、電容元件和結(jié)構(gòu)件等裝配在PCB板上而組成。該顯示屏的優(yōu)點(diǎn)是耗電量低、體積小、輻射低。

LCD1602主要用來顯示數(shù)字、字母、圖形以及少量自定義字符。可以顯示2行16個(gè)字符，擁有16個(gè)引腳，其中8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/W、EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)V0和背光源AK。

注：

我們所用的LCD屏的命名，基本都是按照其分辨率來進(jìn)行命名的 比如lcd1602 就是分辨率為16×2 lcd12864 就是分辨率為128×64

LCD1602主要參數(shù)

顯示字符:16×2個(gè)字符

工作電壓:4.5~5V

工作電流:2.0mA

工作溫度：-20°C~70°C

模塊最佳工作電壓:5.0V

單個(gè)字符尺寸2.95×4.35（W×Hmm）

引腳：16腳

LCD發(fā)光原理

首先要知道：

液晶:液晶是液態(tài)晶體，是一種幾乎透明的物質(zhì)，是不能發(fā)光的

光源：LCD屏幕的光來自于屏幕最下面的背光板發(fā)出的光源

偏光片：一種鏡片，只有特定方向的光線(垂直偏振光)才能通過，而其它方向的光線不能通過

兩塊偏光片的柵欄角度相互垂直時(shí)光線就完全無法通過

液晶的物理特性是：液晶控制光線通過的程度是由加在液晶上的電壓強(qiáng)弱來控制的。當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過，光的路徑不改變；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過，改變光的路徑。

LCD屏幕的組成：

上偏光片，和下偏光片，使背光源的光只能通過下偏光片，不能通過下偏光片

彩色濾光片：不同強(qiáng)度的光經(jīng)過紅綠藍(lán)三色濾光片之后，會(huì)形成各種各樣的顏色

液晶層：通過通電方式來控制液晶的分子排列，從而改變背光源發(fā)出的光的路徑，如果通電則不改變路徑，光不能通過上偏光片，如果不通電則改變光的路徑，光可以通過上偏光片，從而進(jìn)行顯示。

TFT基板：排列有序的薄膜晶體管，每一個(gè)薄膜晶體管都可以調(diào)整其電壓，從而使單個(gè)晶體管范圍內(nèi)液晶進(jìn)行不同的亮度和顏色顯示，也就是我們說的像素點(diǎn)

背光源：提供均勻的背景光源

也就是說：如果想要LCD屏幕不顯示，那么只需要背光源的光不穿過上偏光片即可，如果需要LCD屏幕顯示字符，需要背光源的光穿過上偏光片，而是否能穿過上偏光片，需要看液晶層的分子排列，而液晶層的分子排列，是由加在液晶上的電壓強(qiáng)弱來控制的，

也就是最后我們只需要控制每個(gè)像素點(diǎn)的電壓，就可以達(dá)到LCD屏幕顯示的效果。這樣就可以通過不同區(qū)域的電壓控制使液體水晶重新排列來顯示出各種圖形圖像以及字符。

LCD和OLED區(qū)別：

LCD （ Liquid Crystal Display 的簡稱）液晶顯示器。

OLED（Organic Light-Emitting Diode， OLED）本質(zhì)是LED發(fā)光二極管，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光，又稱為有機(jī)電激光顯示。

簡單地說，LCD與LED是兩種不同的顯示技術(shù)，LCD是由液態(tài)晶體組成的顯示屏，而LED則是由發(fā)光二極管組成的顯示屏。本質(zhì)區(qū)別二是LCD需要背光源才能亮，OLED是發(fā)光二極管自發(fā)光，不需要額外的光源.

LCD1602引腳接線：

各引腳的功能介紹如下：

引腳1(VSS/GND)：:地引腳

引腳2(VDD/VCC)：電源引腳

引腳3(VL)：液晶顯示器對比度引腳，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高,使用時(shí)可以通過外接一個(gè)電位器調(diào)整其對比度。

引腳4(RS)：寄存器選擇腳，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。

引腳5(R/W)：讀(read)/寫(write)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或顯示地址；當(dāng)RS為低電平，R/W為高電平時(shí)，可以讀忙信號(hào)；當(dāng)RS為高電平，R/W為低電平時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù)。

引腳6(E)：使能端，當(dāng)E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

引腳7-14(D0~D7)：8位雙向數(shù)據(jù)線 用于單片機(jī)向1602寫入數(shù)據(jù)和從1602讀取數(shù)據(jù)

引腳15：背光源正極

引腳16：背光源負(fù)極

LCD1602共16個(gè)管腳，但分類很好分類，

其中一個(gè)VCC和GND用于給1602供電，

一個(gè)VCC和GND用于給背光源供電，

剩下三個(gè)功能引腳：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端),R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號(hào)），

還有8個(gè)D0~D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)。

RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。

R/W為讀寫選擇，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。

E端為使能端，后面和時(shí)序聯(lián)系在一起。

LCD1602的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表

LCD1602,總共顯示為16行2列，對應(yīng)著32個(gè)RAM地址，在使用的時(shí)候，需要在哪個(gè)位置顯示，就寫入對應(yīng)的RAM地址，然后再寫入需要的字符，對應(yīng)就會(huì)顯示該字符。

液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示LCD此時(shí)不忙，這時(shí)才能寫指令和數(shù)據(jù)，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址(寫指令)，也就是告訴模塊在，哪里顯示字符，然后再寫入需要顯示的字符(寫數(shù)據(jù))，才能夠正常顯示字符

下圖是1602的內(nèi)部顯示地址

一共32個(gè)地址，對應(yīng)2行16列

標(biāo)準(zhǔn)字庫表（CGROM）：

這個(gè)ROM中固化了一些我們常用的ASCII字符以及部分日文字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，需要寫入那個(gè)字符，就直接設(shè)置對應(yīng)進(jìn)制碼就可以，比如大寫的字母A，代碼是0100 0001（41H） 與ASCII碼一致。也就是表中的ASCII碼字符的地址和實(shí)際的ASCII碼字符是一樣的

LCD1602讀寫操作

LCD1602分為讀操作和寫操作

其中讀操作可以分為讀狀態(tài)和讀數(shù)據(jù)，寫操作可以分為寫指令和寫數(shù)據(jù)。

讀狀態(tài)：讀取LCD引腳狀態(tài)，返回為狀態(tài)字，D0-D6為當(dāng)前LCD數(shù)據(jù)指針的地址 D7為是否允許讀寫操作(即檢查LCD是否處于忙狀態(tài))

讀數(shù)據(jù)：讀取D0-07內(nèi)的數(shù)據(jù)

寫指令：寫入LCD的控制指令，比如清屏，顯示開關(guān)等

寫數(shù)據(jù)：寫入需要顯示的數(shù)據(jù)，比方說要顯示字符a，就寫入0100 0001（41H）

以51單片機(jī)為例,D0-D7接到P0口 RW RW EN接到任意兩個(gè)口

讀寫操作的時(shí)序圖如下：

讀操作時(shí)序：

寫操作時(shí)序：

我們來分析一下時(shí)序圖，當(dāng)我們要寫指令的時(shí)候，RS置為低電平，RW置為低電平，EN置為低電平，然后將指令數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0~D7，延時(shí)tsp1，讓1602準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，這時(shí)候?qū)N拉高，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，這時(shí)候指令就開始寫入LCD，延時(shí)一段時(shí)間，將EN置低電平。

當(dāng)我們要寫數(shù)據(jù)的時(shí)候，RS置為高電平，RW置為低電平，EN置為低電平，然后將指令數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0~D7，延時(shí)tsp1，讓1602準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，這時(shí)候?qū)N拉高，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，這時(shí)候數(shù)據(jù)就開始寫入LCD，延時(shí)一段時(shí)間，將EN置低電平。

我們以51單片機(jī)為例，D0-D7接到P0口上，RW RW EN任意三個(gè)引腳，則寫指令和寫數(shù)據(jù)代碼如下：

寫指令：

/*********************************************************/

// 1602液晶寫命令函數(shù)，cmd就是要寫入的命令

/*********************************************************/

void LcdWriteCmd(uchar cmd)

{

LcdRs_P = 0; //選擇寫指令

LcdRw_P = 0; //選擇寫

LcdEn_P = 0; //E使能拉低

P0=cmd; //把指令送入P0

DelayMs(2); //延時(shí)一小會(huì)兒，讓1602準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)

LcdEn_P = 1; //使能線電平變化上升沿，命令送入1602的8位數(shù)據(jù)口

DelayMs(2);//延時(shí)，讓數(shù)據(jù)發(fā)送

LcdEn_P = 0;//使能線拉低

}

寫數(shù)據(jù)：

/*********************************************************/

// 1602液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù)，dat就是要寫入的數(shù)據(jù)

/*********************************************************/

void LcdWriteData(uchar dat)

{

LcdRs_P = 1; //選擇寫數(shù)據(jù)

LcdRw_P = 0; //選擇寫

LcdEn_P = 0; //E使能拉低

P0=dat; //把數(shù)據(jù)送入P0

DelayMs(2); //延時(shí)一小會(huì)兒，讓1602準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)

LcdEn_P = 1; //使能線電平變化上升沿，命令送入1602的8位數(shù)據(jù)口

DelayMs(2);//延時(shí)，讓數(shù)據(jù)發(fā)送

LcdEn_P = 0;//使能線拉低

}

LCD1602的指令操作

LCD1602一共有11條指令，下面我們一一解讀，

1602液晶模塊的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令來實(shí)現(xiàn)的。（1為高電平，0為低電平）

指令1：清顯示，指令碼01H，

功能：

光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置，

LCD顯示DDRAM的內(nèi)容全部寫入” “的ASCII碼20H

指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H

功能：

光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置

LCD顯示DDRAM的內(nèi)容不變

指令3：光標(biāo)和顯示位置設(shè)置

功能：

I/D，寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移，

S：寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏字符是否整體左移或右移一個(gè)字符，高電平表示有效，低電平表示無效

指令4：顯示開關(guān)控制

功能：

D(Dispaly)：控制整體的顯示開與關(guān)，高電平表示開顯示屏，低電平表示關(guān)顯示屏

C(Cursor)：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)

B(Blink)：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍

指令5：光標(biāo)或顯示移位

SC=0，RL=0 ：光標(biāo)左移

SC=0，RL=1 : 光標(biāo)右移

SC=1，RL=0時(shí)，字符和光標(biāo)都左移

SC=1，RL=1時(shí)字符和光標(biāo)都右移

指令6：功能設(shè)置命令

DL：DL=1代表數(shù)據(jù)長度為8位，DL=0代表數(shù)據(jù)長度為4位

N：低電平時(shí)只有一行可以顯示，高電平時(shí)兩行都可以顯示，

F：低電平時(shí)一個(gè)字符大小為5X7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)一個(gè)字符大小為5X10的點(diǎn)陣字符。

指令7：CGRAM地址設(shè)置

功能：

LCD1602的CGRAM可以設(shè)置存儲(chǔ)自定義字符，它共有6位，一共可以表示64個(gè)地址，即64個(gè)字節(jié)。一個(gè)5×8點(diǎn)陣字符共占用8個(gè)字節(jié)，那么這64個(gè)字節(jié)一共可以自定義8個(gè)字符。

指令8：DDRAM地址設(shè)置

指定DDRAM地址

指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址

BF：忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙

指令10：寫數(shù)據(jù)到CGRAM或DDRAM指令

指令11·：從CGRAM或DDRAM讀數(shù)據(jù)指令

功能：

讀取DDRAM或CGRAM中的內(nèi)容

LCD初始化

LCD初始化的過程，也就是對LCD進(jìn)行寫指令的過程，具體的指令如下：

寫指令38H：162顯示，57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)口 (指令6)

寫指令0CH：開啟顯示屏，關(guān)光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍 (指令4)

寫指令0x06：顯示地址地址加1，即寫一個(gè)數(shù)據(jù)后，顯示位置右移一位 (指令3)

寫指令01H：顯示清屏

/*********************************************************/

// 1602液晶功能初始化

/*********************************************************/

void LcdInit()

{

LcdWriteCmd(0x38); // 16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)口

LcdWriteCmd(0x0C); // 開顯示，不顯示光標(biāo)

LcdWriteCmd(0x06); // 地址加1，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移

LcdWriteCmd(0x01); // 清屏

}

LCD寫地址

其實(shí)本質(zhì)也就是指令8，只不過我們在寫的時(shí)候，最高位D7是要求必須要為1 ，也就是實(shí)際是7位地址

比方說我們想要寫入第二行第一列，那么地址是40H(0100 0000),是不是直接寫就行了呢？，顯然是不行的，因?yàn)樽罡呶籇7不是1.所以需要加上一個(gè)80H(1000 0000)，也就是實(shí)際寫入的為40H(0100 0000)+80H(1000 0000)=C0H(1100 0000)

那這樣子的話，第一行起始地址就是(1000 0000)80H，第二行起始地址是(1100 0000)C0H

代碼如下：

/*********************************************************/

// 液晶光標(biāo)定位函數(shù)

/*********************************************************/

void LcdGotoXY(uchar line,uchar column)

{

// 第一行

if(line==0)

LcdWriteCmd(0x80+column);

// 第二行

if(line==1)

LcdWriteCmd(0x80+0x40+column);

}

LCD寫數(shù)據(jù)

這個(gè)就相對比較簡單，直接用一個(gè)指針，判斷字符是否結(jié)束，然后寫入數(shù)據(jù)就可以

/*********************************************************/

// 液晶輸出字符串函數(shù)

/*********************************************************/

void LcdPrintStr(uchar *str)

{

while(*str!='?')

LcdWriteData(*str++);

}

代碼及使用實(shí)例：

這里我們用Proteus仿真做演示

功能：LCD1602英文顯示字符

代碼如下：

#include

#include

#define uchar unsigned char// 以后unsigned char就可以用uchar代替

#define uint unsigned int// 以后unsigned int 就可以用uint 代替

sbit LcdRs_P = P1^1;// 1602液晶的RS管腳

sbit LcdRw_P = P1^2;// 1602液晶的RW管腳

sbit LcdEn_P = P1^3;// 1602液晶的EN管腳

/*********************************************************/

// 毫秒級(jí)的延時(shí)函數(shù)，time是要延時(shí)的毫秒數(shù)

/*********************************************************/

void DelayMs(uint time)

{

uint i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<112;j++);

}

/*********************************************************/

// 1602液晶寫命令函數(shù)，cmd就是要寫入的命令

/*********************************************************/

void LcdWriteCmd(uchar cmd)

{

LcdRs_P = 0;

LcdRw_P = 0;

LcdEn_P = 0;

P0=cmd;

DelayMs(2);

LcdEn_P = 1;

DelayMs(2);

LcdEn_P = 0;

}

/*********************************************************/

// 1602液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù)，dat就是要寫入的數(shù)據(jù)

/*********************************************************/

void LcdWriteData(uchar dat)

{

LcdRs_P = 1;

LcdRw_P = 0;

LcdEn_P = 0;

P0=dat;

DelayMs(2);

LcdEn_P = 1;

DelayMs(2);

LcdEn_P = 0;

}

/*********************************************************/

// 液晶光標(biāo)定位函數(shù)

/*********************************************************/

void LcdGotoXY(uchar line,uchar column)

{

// 第一行

if(line==0)

LcdWriteCmd(0x80+column);

// 第二行

if(line==1)

LcdWriteCmd(0x80+0x40+column);

}

/*********************************************************/

// 液晶輸出字符串函數(shù)

/*********************************************************/

void LcdPrintStr(uchar *str)

{

while(*str!='?')

LcdWriteData(*str++);

}

/*********************************************************/

// 1602液晶功能初始化

/*********************************************************/

void LcdInit()

{

LcdWriteCmd(0x38); // 16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)口

LcdWriteCmd(0x0C); // 開顯示，不顯示光標(biāo)

LcdWriteCmd(0x06); // 地址加1，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移

LcdWriteCmd(0x01); // 清屏

}

/*********************************************************/

// 開啟LCD1602顯示

/*********************************************************/

void LcdOn() //開顯示器，關(guān)光標(biāo)與閃爍

{

LcdWriteCmd(0x0c);

}

/*********************************************************/

//關(guān)閉LCD1602顯示，但DDRAM中內(nèi)容不丟失，重開后將恢復(fù)內(nèi)容

/*********************************************************/

void LcdOff()

{

LcdWriteCmd(0x08);

}

/*********************************************************/

// 1602液晶顯示內(nèi)容初始化

/*********************************************************/

void LcdShowInit()

{

LcdGotoXY(0,0); // 定位到第0行第0列

LcdPrintStr(" LCD Test ");// 第0行顯示“ ”

LcdGotoXY(1,0); // 定位到第1行第0列

LcdPrintStr("ABCDEFGHIJKLMNOP");// 第1行顯示“ ”

}

/*********************************************************/

// 主函數(shù)

/*********************************************************/

void main()

{

LcdInit();// 液晶功能初始化

LcdShowInit();

while(1)

{

}

}

測試效果如下：