第二讲：视觉的另一种方式

1、第二单元 视觉的另一种方式序 言在千变万化的世界里，我们能够用双眼看到东西，当我们用普通的肉眼看不到的时候会用各种设备仪器去代替，于是显示器就呈现在了人们的生活当中，我们将会在屏幕上呈现出另一种更加独特的方式，用液晶来展示我们肉眼看不到的电信号，我们可以想让它显示什么就显示什么，于是我们的生活中又添了很多五彩缤纷的东西，让我们更加地认知这个世界貌似不存在的东西，液晶显示更是一种视觉的艺术。我们这一章将会介绍液晶的工作原理，工作方式和如何运用液晶更好的呈现我们对于现实世界的认知，如何为我们的生活添上更多的信息，让世界不再停留在表面的颜色，使其变得绚烂多彩。我们日常所看到商场大屏幕、电脑、电视、K

2、TV主机显示器、车载显示器，还有我们小实验用的1602，12864，点阵液晶等等，仿佛我们身边充斥着液晶的世界，用一双眼睛看另一个世界。这一章的内容如表2-1所示：表2-1 本单元学习内容第二讲：液晶显示第一课时认知生活中的液晶屏幕实验1：显示单个数字和字母液晶显示器的硬件构成液晶屏工作原理 实验2：显示自己的学号第二课时实验3：滚动显示1602液晶转接板IIC通信讲解实验4：配合蜂鸣器做一个倒计时 图2-1：生活中的液晶 第一课时 认知生活中的液晶屏幕【任务导航】1认识生活中的液晶，了解液晶的一些基本知识；2动手亲自操作让液晶显示出我们想要的内容。Part1：认知生活中的液晶 现在液晶面板的

3、生产厂商主要有夏普、三星、LG-飞利浦、友达光电、奇美电子、京东方等。液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。 【动手操作1】：实验1：单独显示一个字符任务描述：在1602液晶屏的制定位置显示一个字符器件准备：插线、arduino系统板、IIC1602液晶、Mind+软件。1.硬件搭建 我们准备好材料后，自己动手按图2-2所示进行连接：图2

4、-2：arduino连接IIC驱动液晶2.编写程序 这里我用两种方式，打开Mind+软件，将LCD驱动模块拖入程序脚本区。制定显示位置坐标为（7,0）显示单个字母“A”，如图2-3所示；需要我们注意的是，IIC显示文本和显示数字两个有稍微的区别，number只能显示阿拉伯数字，而text可以显示各种字符和英文字母。图2-3：显示单独字符3.程序下载，观察现象 编译上传程序，没有错误后，选定芯片，点击Mind+程序界面右上角的Upload按钮进行程序上传，当提示上传成功后，自己动手进行程序的修改，想要显示什么就显示什么，以上程序结果如图2-4所示：图2-4：数字显示现象Part2：液晶显示器的硬

5、件构成 LED显示屏由于其不受面积的限制,广泛的应用于室内/室外的各种公共场合显示文字、图形、图像、动画、视频图像等各种信息，它有着较强的广告渲染力和震撼力。其高亮度、全彩化、便捷快速的错误侦查及LED亮度的自由调节是市场的发展趋势。 一般它的系统组成架构有: 1.显示单元：这是LED显示屏幕的主体部分，由发光材料及驱动电路构成。室内屏幕就是各种规格的单元显示板，室外屏幕就是单元箱体。 2.主控制器：作用是将输入的RGB数字视频信号缓冲，灰度变换，重新组织，并产生各种控制信号。 3.开关电源：用途是将220V交流电变为各种直流电提供给各种电路。 4.传输电缆：主控仪产生的显示资料及各种控制信号

6、由双绞线电缆传输至屏幕本体。 5.扫描控制器：该电路板的功能是资料缓冲，产生各种扫描信号以及占空比灰度控制信号。 6.专用显示卡及多媒体卡（视频卡）：LED全彩屏专用显示卡除了具有电脑显示卡的基本功能外，还同时输出数字RGB信号及行、场、消隐等信号给主控仪。多媒体卡除了以上功能外还可将输入的模拟Video信号变为数字RGB信号（即视频采集）。其他信号源及其外接装置：包括电脑、电视机、蓝光、DVD、VCD、摄录像机等。Part3：1602液晶显示原理 1602液晶属于工业字符型液晶，顾名思义，他有2行16列，能够同时显示16x02即32个字符。它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模

7、块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，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，正因为如此所以它不能很好地显示图形。1602液晶有16个引脚，标号从1到16。下面对每一个引脚的功能进行说明：引脚编号符号功能说明1GND电源地2VCC电源正3VLV0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5RWRW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电

8、平(0)时进行写操作。6ENE(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息。7-14D0-D7D0D7为8位双向数据端15BL+背光电源正极16BL-背光电源负极1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A。因为CGROM储存的字符代码与我们PC中的

9、字符代码是基本一致的，因此我们想要显示A时，直接将字符A写入程序脚本区的LCD模块，PC在编译时就把'A'先转换为41H代码了。了解了1602液晶的显示原理，我们再来使用液晶来显示多个字符。【动手操作2】：实验2：显示自己的学号任务描述：让液晶显示自己的学号。器件准备：插线、arduino系统板、IIC1602液晶、Mind+软件。1.硬件搭建 我们准备好材料后，自己按照图2-2进行连接。2.编写程序打开Mind+软件，我们使用多个LCD驱动模块，分别给每个模块写入不同的坐标值，并将自己的学号分别填入这些LCD模块中，如图2-5所示：图2-5 显示学号程序图13.程序下载，观察

10、现象 编译上传程序，没有错误后，选定芯片，点击Mind+程序界面右上角的Upload按钮进行程序上传，当提示上传成功后，自己动手进行程序的修改，想要显示什么就显示什么，以上程序结果如图2-6所示：图2-6：学号显示现象这样去编程，当显示的字符过多，程序图会显得非常臃肿。然而Mind+集成的LCD驱动模块能很好的解决这个问题，该模块在显示多个字符时，其X坐标会自动加1，如此我们可以直接多个字符填入一个LCD驱动模块即可。其程序图如下图2-7所示。下载程序，我们会发现“2016001”几个数字显示在相连的几个字符块上。图2-7：显示学号程序图2Part3：【扩展阅读】液晶发展历程 1968年，在美

11、国RCA公司的沙诺夫研发中心，工程师们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原理，RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。 1888年，奥地利植物学家莱尼兹发现的一种特殊的混合物质，这种物质在常态下是处於固态和液态之间，不仅如此，其还兼具固态物质和液态物质的双重特性。在那个年代并没有对於此物质的适当称呼，因此就称之为 Liquid Crystal（顾名思义就是液态的晶体）。 液晶这种物质用于电子显示是1888年往后80年的1968年。 1968年，在美国RCA公司（收音机与电视的发明公司）的沙诺夫研发中心，工程师们发现液晶分子会受

12、到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原理，RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕并申请了美国国家专利。随后的几年，液晶显示技术被广泛的用在一般的电子产品中，举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器或是数字相机上面的屏幕等等。 第二课时 向青草更青处漫溯【任务导航】1 深入了解液晶的另一种接线方式，了解IIC通信协议；2 动手操作滚动显示和倒计时程序。【动手操作3】：实验3：滚动显示任务描述：滚动显示自己输入的内容。器件准备：插线、arduino系统板、IIC1602液晶、Mind+软件。1.硬件搭建 我们准备好材料后，自己按照图2-2进行

13、连接。2.编写程序 我们只需要改动编写的程序来实现其功能，实现自己想要的功能现象。首先我们先用自己的思路来想象一下，如何来编写滚动显示的程序。滚动显示是让我们通过延时一个一个的把所要显示的内容放在指定的位置。如图2-8是一个滚动显示程序，想要显示“Prettyboy”：图2-8：滚动显示程序 值得注意的是，我们图形化没有清屏的功能，只能用后来的显示空格来替代以前的内容，并且注意要覆盖的位置。3. 程序下载，观察现象 编译下载到Arduino中，观察现象如图2-9所示：图2-9: 液晶滚动显示现象Part4：1602液晶转接板IIC通信 Arduino驱动IIC/I2C LCD1602模块显示（

14、4根线解决连接），由于Arduino控制器的控制端口数量有限，按照原来的硬件连接方法，我们需要11个IO口才能驱动1602液晶，这样是对单片机资源的浪费。因此，我们使用了一种能将并行输入转换成IIC通信的模块。使用这一模块，我们只需要用4根线就可以解决1602液晶与arduino之间硬件连接问题，同时模块上也设计了一个滑动变阻器，能对1602液晶的显示对比度进行调节。非常方便初学者使用，再也不用为繁琐的连线头疼了。 那么，IIC通信有时什么呢？IIC 即Inter-Integrated Circuit(集成电路总线），一种总线结构，这种总线类型是由菲利浦半导体公司在八十年代初设计出来的，IIC

15、是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实施数据传输的控制源。 IIC串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。IIC LCD1602模块有4个引脚，连接非常简单，分别连接arduino，虽然连线只有4根，但是还是要注意下连线，正负极不可反接： GND GND VCC 5V SDA A4（AREF旁的SDA） SCL A5 (AREF旁的SCL) 该模块的应用极大的方便了我们对液晶的使用，节省arduino很多I/O口资源，并且连接很方便。其中模块的SDA端接arduino的SDA端口，SCL端口接arduino的SCL端口，剩下两个接电源了。图2-10：IIC驱动1602液晶【动手操作4】：实验4：配合蜂鸣器做一个倒计时任务描述：完成一个简单的倒计时实验。器件准备：插线、arduino系统板、IIC1602液晶、Mind+软件。1.硬件搭建 我们准备好材料后，自己按照图2-2进行连接。2.编写程序 程序编写思路是利用1s钟的延时模块，实现一个5秒的倒计时，计时结束，蜂鸣器工作。程序如图2-11所示：图2-