字符型液晶LCD模塊原理及設(shè)計(jì)學(xué)習(xí).doc

字符型液晶（LCD）模塊原理及設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)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，若遇到要顯示英文字母或圖像、漢字時(shí)，則必須選擇使用液晶顯示器（簡(jiǎn)稱LCD）。LCD顯示器的應(yīng)用很廣，簡(jiǎn)單的如手表、計(jì)算器上的液晶顯示器，復(fù)雜如筆記本電腦上的顯示器等，都使用LCD。在一般的商務(wù)辦公機(jī)器上，如復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)，以及一些娛樂器材、醫(yī)療儀器上，也常?？匆奓CD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(diǎn)矩陣式LCD模組（Liquid Crystal Display Module簡(jiǎn)稱LCM），或稱字符型LCD。市場(chǎng)上有各種不同廠牌的字符顯示類型的LCD，但大部分的控制器都是使用同一塊芯片來控制的，編號(hào)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(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。在顯示器件的電極圖形設(shè)計(jì)上，它是由若干個(gè)5*7或5*11等點(diǎn)陣字符位組成。每一個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。點(diǎn)陣字符位之間空有一個(gè)點(diǎn)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?jǐn)?shù)各不相同，但是都具有相同的輸入輸出界面。這里我們以16字*2行（簡(jiǎn)稱16*2）字符型液晶顯示模塊為例，詳細(xì)介紹字符液晶顯示模塊的應(yīng)用技術(shù)。讀者朋友經(jīng)過學(xué)習(xí)并實(shí)踐實(shí)際的LCD程序設(shè)計(jì)，那么當(dāng)你學(xué)完后，將掌握字符形液晶顯示模塊的程序設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的產(chǎn)品中后添色不少并增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)器為HD44100及其替代的兼容集成電路。17.2 16*2字符型液晶顯示模塊（LCM）特性1.+5V電壓，反視度（明暗對(duì)比度）可調(diào)整。2. 內(nèi)含振蕩電路，系統(tǒng)內(nèi)含重置電路。3.提供各種控制命令，如清除顯示器、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。4.顯示用數(shù)據(jù)DDRAM共有80個(gè)字節(jié)。5.字符發(fā)生器CGROM有160個(gè)5*7點(diǎn)陣字型。6.字符發(fā)生器CGRAM可由使用者自行定義8個(gè)5*7的點(diǎn)陣字型。17.3 16*2字符型液晶顯示模塊（LCM）引腳及功能1腳（Vdd/Vss）：電源5V10%或接地。2腳（Vss/Vdd）：接地或電源5V10%。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）：寄存器選擇。1：選擇數(shù)據(jù)寄存器；0：選擇指令寄存器。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(shí)應(yīng)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(jìn)行讀寫則DB7DB0都有效，若以4位方式進(jìn)行讀寫，則只用到DB7DB4。17.4 16*2字符型液晶顯示模塊（LCM）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)部分：LCD控制器，LCD驅(qū)動(dòng)器，LCD顯示裝置，如圖17-1所示。圖17-1 LCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LCM與單片機(jī)（MCU）之間是利用LCM的控制器進(jìn)行通信。HD44780是集驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)集成電路HD44780特點(diǎn)l.HD44780不僅作為控制器而且還具有驅(qū)動(dòng)40*16點(diǎn)陣液晶像素的能力，并且HD44780的驅(qū)動(dòng)能力可通過外接驅(qū)動(dòng)器擴(kuò)展360列驅(qū)動(dòng)。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?jī)?nèi)藏在芯片內(nèi)。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(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等顯示功能。圖17-2為HD44780的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)。圖17-2 HD44780的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)由于HD44780的DDRAM容量所限，HD44780可控制的字符為每行80個(gè)字。也就是5*80=400點(diǎn)。HD44780內(nèi)藏有16路行驅(qū)動(dòng)器和40路列驅(qū)動(dòng)器，所以HD44780本身就具有驅(qū)動(dòng)16*40點(diǎn)陣LCD的能力，（即單行16個(gè)字符或兩行8個(gè)字符）。如果在外部加一個(gè)HD44100外擴(kuò)展多40路/列驅(qū)動(dòng)，則可驅(qū)動(dòng)16*2LCD（圖17-3）。圖17-3 HD44780加HD44100外擴(kuò)展當(dāng)MCU寫入指令設(shè)置了顯示字符體的形式和字符行數(shù)后，驅(qū)動(dòng)器的液晶顯示驅(qū)動(dòng)的占空比系數(shù)就確定了下來，驅(qū)動(dòng)器在時(shí)序發(fā)生器的作用下，產(chǎn)生幀掃描信號(hào)和掃描時(shí)序，同時(shí)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(dòng)器和內(nèi)部列驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)的傳輸順序總是起始于顯示緩沖區(qū)所對(duì)應(yīng)一行顯示字符的最高地址的數(shù)據(jù)。當(dāng)全部一行數(shù)據(jù)到位后，鎖存時(shí)鐘CL1將數(shù)據(jù)鎖存在列驅(qū)動(dòng)器的鎖存器內(nèi)，最后傳輸?shù)?0位數(shù)據(jù)，也就是說各顯示行的前8個(gè)字符位總是被鎖存在HD44780的內(nèi)部列驅(qū)動(dòng)器的鎖存器中。CL1同時(shí)也是行驅(qū)動(dòng)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。17.6 HD44780工作原理HD44780的引腳圖如圖17-4所示。圖17-4 HD44780引腳圖17.6.1 DDRAM數(shù)據(jù)顯示用RAMDDRAM-數(shù)據(jù)顯示用RAM（Data display RAM，簡(jiǎn)稱DDRAM）DDRAM用來存放我們要LCD顯示的數(shù)據(jù)，只要將標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼送入DDRAM，內(nèi)部控制電路會(huì)自動(dòng)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(gè)字（每個(gè)字為1個(gè)bytes），其存儲(chǔ)器地址與實(shí)際顯示位置的排列順序與LCM的型號(hào)有關(guān)，請(qǐng)參閱圖17-5。圖17-5 DDRAM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。17.6.2 CGROM字符產(chǎn)生器ROMCGROM-字符產(chǎn)生器ROM（Character Generator的ROM，簡(jiǎn)稱CGROM）CGROM儲(chǔ)存了192個(gè)5*7的點(diǎn)矩陣字型，CGROM的字型要經(jīng)過內(nèi)部電路的轉(zhuǎn)換才會(huì)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(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼相同，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(shí)電路到CGROM中將A的字型點(diǎn)陣數(shù)據(jù)找出來顯示在LCD上。字符與字符碼對(duì)照表如表17-1所示。表17-1 字符與字符碼對(duì)照表17.6.3 CGRAM字型、字符產(chǎn)生器RAMCGRAM-字型、字符產(chǎn)生器RAM（Character Generator RAM，簡(jiǎn)稱CGRAM）CGRAM是供使用者儲(chǔ)存自行設(shè)計(jì)的特殊造型的造型碼RAM，CGRAM共有 512bits（64字節(jié)）。一個(gè)5*7點(diǎn)矩陣字型占用8*8bit，所以CGRAM最多可存8個(gè)造型。17.6.4 IR指令寄存器IR-指令寄存器（Instruction Register，簡(jiǎn)稱IR）IR寄存器負(fù)責(zé)儲(chǔ)存MCU要寫給LCM的指令碼。當(dāng)MCU要發(fā)送一個(gè)命令到IR寄存器時(shí)，必須要控制LCM的RS、R/W及E這三個(gè)引腳，當(dāng)RS及R/W引腳信號(hào)為0，E引腳信號(hào)由1變?yōu)?時(shí)，就會(huì)把在DB0DB7引腳上的數(shù)據(jù)送入IR寄存器。17.6.5 DR數(shù)據(jù)寄存器DR-數(shù)據(jù)寄存器（Data Register，簡(jiǎn)稱DR）DR寄存器負(fù)責(zé)儲(chǔ)存MCU要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)，或儲(chǔ)存MCU要從CGRAM或DDRAM讀出的數(shù)據(jù)，因此DR寄存器可視為一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，它也是由LCM的RS、R/W及E等三個(gè)引腳來控制。當(dāng)RS及R/W引腳信號(hào)為l，E接腳信號(hào)由1變?yōu)?時(shí)，LCM會(huì)將DR寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)由DB0DB7輸出以供MCU讀??；當(dāng)RS接腳信號(hào)為l，R/W接腳信號(hào)為0，E接腳信號(hào)由1變?yōu)?時(shí)，就會(huì)把在DB0DB7引腳上的數(shù)據(jù)存入DR寄存器。17.6.6 BF忙碌標(biāo)志信號(hào)BF-忙碌標(biāo)志信號(hào)（Busy Flag，簡(jiǎn)稱 BF）BF的功能是告訴MCU，LCM內(nèi)部是否正忙著處理數(shù)據(jù)。當(dāng)BF=1時(shí)，表示LCM內(nèi)部正在處理數(shù)據(jù)，不能接受MCU送來的指令或數(shù)據(jù)。LCM設(shè)置BF的原因?yàn)镸CU處理一個(gè)指令的時(shí)間很短，只需幾微秒左右，而LCM得花上40微秒1.64亳秒的時(shí)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。17.6.7 AC地址計(jì)數(shù)器AC-地址計(jì)數(shù)器（Address Counter，簡(jiǎn)稱AC）AC的工作是負(fù)責(zé)計(jì)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(shè)定指令寫到IR寄存器后，則地址數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過指令解碼器（Instruction Decoder），再存入AC。當(dāng)MCU從DDRAM或 CGRAM存取資料時(shí)，AC依照MCU對(duì)LCM的操作而自動(dòng)的修改它的地址計(jì)數(shù)值。17.7 LCD控制器的指令用MCU來控制LCD模塊，方式十分簡(jiǎn)單，LCD模塊其內(nèi)部可以看成兩組寄存器，一個(gè)為指令寄存器，一個(gè)為數(shù)據(jù)寄存器，由RS引腳來控制。所有對(duì)指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的存取均需檢查L(zhǎng)CD內(nèi)部的忙碌標(biāo)志BF，此標(biāo)志用來告知LCD內(nèi)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(dāng)此DB7為0時(shí)，才可以寫入指令或數(shù)據(jù)寄存器。LCD控制器的指令共有11組，以下分別介紹。17.7.1 清除顯示器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)行此指令將清除顯示器的內(nèi)容，同時(shí)光標(biāo)移到左上角。17.7.2 光標(biāo)歸位設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010000001*指令代碼為02H，地址計(jì)數(shù)器被清0，DDRAM數(shù)據(jù)不變，光標(biāo)移到左上角。*表示可以為0或1。17.7.3 設(shè)定字符進(jìn)入模式RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001000001I/DSI/D S工作情形00光標(biāo)左移一格，AC值減一，字符全部不動(dòng)01光標(biāo)不動(dòng)，AC值減一，字符全部右移一格10光標(biāo)右移一格，AC值加一，字符全部不動(dòng)11光標(biāo)不動(dòng)，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(shí)，顯示屏開啟；D=0時(shí)，則顯示屏關(guān)閉，但顯示數(shù)據(jù)仍保存于DDRAM中。C：光標(biāo)出現(xiàn)控制位，C=1時(shí)，則光標(biāo)會(huì)出現(xiàn)在地址計(jì)數(shù)器所指的位置；C=0則光標(biāo)不出現(xiàn)。B：光標(biāo)閃爍控制位，B=1光標(biāo)出現(xiàn)后會(huì)閃爍；B=0，光標(biāo)不閃爍。 17.7.5 顯示光標(biāo)移位RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010001S/CR/L*表示可以為0或1。S/CR/L工作情形00光標(biāo)左移一格，AC值減一01光標(biāo)右移一格，AC值加一10字符和光標(biāo)同時(shí)左移一格11字符和光標(biāo)同時(shí)右移一格17.7.6 功能設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001001DLNF*表示可以為0或1。DL:數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇位。DL=1時(shí)為8位（DB7DB0）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移；DL=0時(shí)則為4位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，使用DB7DB4位，分2次送入一個(gè)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(dāng)F=1時(shí)，為5*10字形（有的產(chǎn)品無此功能）；當(dāng)F=0時(shí)，則為5*7字型。17.7.7 CGRAM地址設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000101A5A4A3A2A1A0設(shè)定下一個(gè)要讀寫數(shù)據(jù)的CGRAM地址（A5A0）。17.7.8 DDRAM地址設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011A6A5A4A3A2A1A0設(shè)定下一個(gè)要讀寫數(shù)據(jù)的DDRAM地址（A6A0）。17.7.9 忙碌標(biāo)志BF或AC地址讀取RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0011BFA6A5A4A3