LCD1602與MCS-51單片機的接口

LCD1602與MCS-51單片機的接口液晶顯示器〔LCD〕具有工作電壓低、微功耗、顯示信息量大和接口方便等優(yōu)點，現(xiàn)在已被廣泛應用于計算機和數字式儀表等領域，成為測量結果顯示和人機對話的重要工具。液晶顯示器按其功能可分為三類：筆段式液晶顯示器、字符點陣式液晶顯示器和圖形點陣式液晶顯示器。前兩種可顯示數字、字符和符號等，而圖形點陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形，到達圖文并茂的效果，其應用越來越廣泛。本節(jié)將以RT-1602C液晶顯示模塊為例，介紹液晶顯示器的結構和功能，討論其與MCS-51單片機的硬件接口電路及軟件編程方法。LCD1602概述LCD1602是216字符型液晶顯示模塊，可以顯示兩行，每行16個字符，采用5×7點陣顯示，工作電壓4.5～5.5V，工作電流2.0mA(5.0V)，其控制器采用HD44780液晶芯片〔市面上字符液晶顯示器的控制器絕大多數都是基于HD44780液晶芯片，它們的控制原理是完全相同的〕。LCD1602可采用標準的14引腳接口或16引腳接口，多出來的2條引腳是背光源正極BLA(15腳)和背光源負極BLK(16腳)，其外觀形狀如圖7.1所示。(a)正面(b)反面圖7.1RT-1602C的外觀(a)圖是LCD1602的正面，(b)圖LCD1602的反面。標準的16引腳接口如下：第1腳：VSS，電源地。第2腳：VDD，+5V電源。第3腳：VEE，液晶顯示比照度調整輸入端。接正電源時比照度最弱，接地時比照度最高。使用時通常通過一個10K的電位器來調整比照度。器。第5腳：R/，讀/寫選擇端，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/共同為低電平時，可以寫入指令或者顯示地址；當RS為低電平、R/為高電平時，可以讀忙信號；當RS為高電平、R/為低電平時，可以寫入數據。第6腳：E，使能端，當E為高電平時讀取液晶模塊的信息，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行寫操作。第7～14腳：D0～D7，為8位雙向數據線。第15腳：BLA，背光源正極。第16腳：BLK，背光源負極。LCD1602的內部結構液晶顯示模塊LCD1602的內部結構可以分成三局部：一為LCD控制器，二為LCD驅動器，三為LCD顯示裝備，如圖7.2所示。圖7.2RT-1602C的內部結構控制器采用HD44780，驅動器采用HD44100。HD44780是集控制器、驅動器于一體，專用于字符顯示控制驅動的集成電路。HD44100是作擴展顯示字符位的。HD44780是字符型液晶顯示控制器的代表電路。HD44780集成電路的特點如下。(1)可選擇5×7或5×10點陣字符。(2)HD44780不僅可作為控制器，而且還具有驅動16×40點陣液晶像素的能力，并且HD44780的驅動能力可通過外接驅動器擴展360列驅動。HD44780可控制的字符高達每行80個字，也就是580=400點，HD44780內藏有16路行驅動器和40路列驅動器，所以HD44780本身就具有驅動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HD44100再擴展40路/列驅動，那么可驅動16×2LCD。(3)HD44780的顯示緩沖區(qū)DDRAM、字符發(fā)生存儲器ROM及用戶自定義的字符發(fā)生器CGRAM全部內藏在芯片內。HD44780有80個字節(jié)的顯示緩沖區(qū)，分兩行，地址分別為00H～27H，40H～67H，它們實際顯示位置的排列順序跟LCD的型號有關，LCD1602的顯示地址與實際顯示位置的關系，如圖7.3所示。圖7.3RT-1602C的顯示地址與實際顯示位置的關系圖HD44780內藏的字符發(fā)生存儲器(ROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖7.4所示。圖7.4點陣字符圖形這些字符有阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。如數字“1”的代碼是00110001B(31H)，又如大寫的英文字母“A〞的代碼是01000001B(41H)，可以看出英文字母的代碼與ASCII編碼相同。要在LCD的某個位置顯示符號，只需將顯示的符號的ASCII碼存入DDRAM的對應位置。如在LCD1602的第一行第二列顯示“1”，只須將“1”的ASCII碼31H存入DDRAM的01單元；在LCD1602的第二行第三列顯示“(4)HD44780具有8位數據和4位數據傳輸兩種方式，可與4/8位CPU相連。(5)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。HD44780的指令格式與指令功能HD44780控制器內有多個存放器，通過RS和R/引腳共同決定選擇哪一個存放器，選擇情況如表7.1所示。表7.1HD44870內部存放器選擇表RSR/存放器及操作00指令存放器寫入01忙標志和地址計數器讀出10數據存放器寫入11數據存放器讀出總共有11條指令，它們的格式和功能如下。1) 清屏命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00000000001功能：去除屏幕，將顯示緩沖區(qū)DDRAM的內容全部寫入空格(ASCII20H)。光標復位，回到顯示器的左上角。地址計數器AC清零。2) 光標復位命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00000000010功能：光標復位，回到顯示器的左上角。地址計數器AC清零。顯示緩沖區(qū)DDRAM的內容不變。3) 輸入方式設置命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D000000001I/DS功能：設定當寫入一個字節(jié)后，光標的移動方向以及后面的內容是否移動。當I/D=1時，光標從左向右移動；I/D=0時，光標從右向左移動。當S=1時，內容移動，S=0時，內容不移動。4) 顯示開關控制命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00000001DCB功能：控制顯示的開關，當D=1時顯示，D=0時不顯示。控制光標開關，當C=1時光標顯示，C=0時光標不顯示?？刂谱址欠耖W爍，當B=1時字符閃爍，B=0時字符不閃爍。5) 光標移位命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D0000001S/CR/L**功能：移動光標或整個顯示字幕移位。當S/C=1時整個顯示字幕移位，當S/C=0時只光標移位。當R/L=1時光標右移，R/L=0時光標左移。6) 功能設置命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D000001DLNF**功能：設置數據位數，當DL=1時數據位為8位，DL=0時數據位為4位。設置顯示行數，當N=1時雙行顯示，N=0時單行顯示。設置字形大小，當F=1時為5×10點陣，F(xiàn)=0時為5×7點陣。7) 設置字庫CGRAM地址命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00001CGRAM的地址功能：設置用戶自定義CGRAM的地址，對用戶自定義CGRAM訪問時，要先設定CGRAM的地址，地址范疇為0～63。8) 顯示緩沖區(qū)DDRAM地址設置命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D0001DDRAM的地址功能：設置當前顯示緩沖區(qū)DDRAM的地址，對DDRAM訪問時，要先設定DDRAM的地址，地址范疇為0～127。9) 讀忙標志及地址計數器AC命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D001BFAC的值功能：讀忙標志及地址計數器AC命令。當BF=1時表示忙，這時不能接收命令和數據；當BF=0時表示不忙。低7位為讀出的AC的地址，值為0～127。10)寫DDRAM或CGRAM命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D010寫入的數據功能：向DDRAM或CGRAM當前位置中寫入數據，寫入后地址指針自動移動到下一個位置。對DDRAM或CGRAM寫入數據之前須設定DDRAM或CGRAM的地址。11)讀DDRAM或CGRAM命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D011讀出的數據功能：從DDRAM或CGRAM當前位置中讀出數據。當DDRAM或CGRAM讀出數據時，須先設定DDRAM或CGRAM的地址。LCD1602的編程與接口LCD顯示器在使用之前須根據具體配置情況初始化，初始化可在復位后完成，LCD1602初始化過程一般如下：(1)清屏。去除屏幕，將顯示緩沖區(qū)DDRAM的內容全部寫入空格(ASCII20H)。光標復位，回到顯示器的左上角。地址計數器AC清零。(2)功能設置。設置數據位數，根據LCD1602與處理器的連接選擇(LCD1602與51單片機連接時一般選擇8位)，設置顯示行數(LCD1602為雙行顯示)。設置字形大小(LCD1602為5×7點陣)。(3)開/關顯示設置。控制光標顯示、字符是否閃爍等。(4)輸入方式設置。設定光標的移動方向以及后面的內容是否移動。初始化后就可用LCD進行顯示，顯示時應根據顯示的位置先定位，即設置當前顯示緩沖區(qū)DDRAM的地址，再向當前顯示緩沖區(qū)寫入要顯示的內容，如果連續(xù)顯示，那么可連續(xù)寫入顯示的內容。由于LCD是外部設備，處理速度比CPU的速度慢，向LCD寫入命令到完成功能須要一定的時間，在這個過程中，LCD處于忙狀態(tài)，不能向LCD寫入新的內容。LCD是否處于忙狀態(tài)可通過讀忙標志命令來了解。另外，由于LCD執(zhí)行命令的時間根本固定，而且比擬短，因此也可以通過延時等待命令完成后再寫入下一個命令。圖7.5是LCD1602與8051單片機的接口圖，圖中LCD1602的數據線與8051的P2口相連，RS與8051的P1.7相連，R/與8051的P1.6相連，E端與8051的P1.5相連。編程在LCD顯示器的第1行、第1列開始顯示“HOW〞，第2行、第5列開始顯示“AREYOU!〞。圖7.5LCD1602與8051單片機的接口圖匯編語言程序：RSBITP1.7RWBITP1.6EBITP1.5ORG00HAJMPSTARTORG50H ;主程序START: MOVSP,#50HACALLINIT MOVA,#10000000B ;寫入顯示緩沖區(qū)起始地址為第1行第1列ACALLWC51R MOVA,#'H' ;第1行第1列顯示字母'H' ACALLWC51DDR MOVA,#'O' ;第1行第2列顯示字母"O" ACALLWC51DDR MOVA,#'W' ;第1行第3列顯示字母'W' ACALLWC51DDR MOVA,#11000100B ;寫入顯示緩沖區(qū)起始地址為第2行第5列 ACALLWC51R MOVA,#'A' ;第2行第5列顯示字母'A' ACALLWC51DDR MOVA,#'R' ;第2行第6列顯示字母'R' ACALLWC51DDR MOVA,#'E' ;第2行第7列顯示字母'E'ACALLWC51DDR MOVA,#'' ;第2行第8列顯示字母'' ACALLWC51DDR MOVA,#'Y' ;第2行第9列顯示字母'Y' ACALLWC51DDR MOVA,#'O' ;第2行第10列顯示字母'O'ACALLWC51DDR MOVA,#'U' ;第2行第11列顯示字母'U' ACALLWC51DDR MOVA,#'!' ;第2行第12列顯示字母'!' ACALLWC51DDRLOOP: AJMPLOOP ;初始化子程序INIT: MOVA,#00000001H ;清屏 ACALLWC51R MOVA,#00111000B ;使用8位數據,顯示兩行,使用5×7的字型LCALLWC51R MOVA,#00001100B ;顯示器開,光標關,字符不閃爍LCALLWC51R MOVA,#00000110B ;字符不動,光標自動右移一格LCALLWC51RRET ;檢查忙子程序 F_BUSY:PUSHACC ;保護現(xiàn)場 MOVP2,#0FFHCLRRSSETBRWWAIT: CLRESETBEJBP2.7,WAIT ;忙,等待POPACC ;不忙,恢復現(xiàn)場RET ;寫入命令子程序WC51R: ACALLF_BUSYCLRECLRRSCLRRWSETBEMOVP2,ACCCLRERET ;寫入數據子程序WC51DDR:ACALLF_BUSYCLRESETBRSCLRRWSETBEMOVP2,ACCCLRERETENDC語言編程：#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharsbitRS=P1^7;sbitRW=P1^6;sbitE=P1^5;voidinit(void);voidwc51r(uchari);voidwc51ddr(uchari);voidfbusy(void);//主函數voidmain(){SP=0x50;init();wc51r(0x80);//寫入顯示緩沖區(qū)起始地址為第1行第1列wc51ddr(’H’);//第1行第1列顯示字母’H’wc51ddr(’O’);//第1行第2列顯示字母’O’wc51ddr(’W’