LCD1602与MCS-51单片机的接口

LCD1602与MCS-51单片机的接口液晶显示器〔LCD〕具有工作电压低、微功耗、显示信息量大和接口方便等优点，现在已被广泛应用于计算机和数字式仪表等领域，成为测量结果显示和人机对话的重要工具。液晶显示器按其功能可分为三类：笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，到达图文并茂的效果，其应用越来越广泛。本节将以RT-1602C液晶显示模块为例，介绍液晶显示器的结构和功能，讨论其与MCS-51单片机的硬件接口电路及软件编程方法。LCD1602概述LCD1602是216字符型液晶显示模块，可以显示两行，每行16个字符，采用5×7点阵显示，工作电压4.5～5.5V，工作电流2.0mA(5.0V)，其控制器采用HD44780液晶芯片〔市面上字符液晶显示器的控制器绝大多数都是基于HD44780液晶芯片，它们的控制原理是完全相同的〕。LCD1602可采用标准的14引脚接口或16引脚接口，多出来的2条引脚是背光源正极BLA(15脚)和背光源负极BLK(16脚)，其外观形状如图7.1所示。(a)正面(b)反面图7.1RT-1602C的外观(a)图是LCD1602的正面，(b)图LCD1602的反面。标准的16引脚接口如下：第1脚：VSS，电源地。第2脚：VDD，+5V电源。第3脚：VEE，液晶显示比照度调整输入端。接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高。使用时通常通过一个10K的电位器来调整比照度。器。第5脚：R/，读/写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/共同为低电平时，可以写入指令或者显示地址；当RS为低电平、R/为高电平时，可以读忙信号；当RS为高电平、R/为低电平时，可以写入数据。第6脚：E，使能端，当E为高电平时读取液晶模块的信息，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行写操作。第7～14脚：D0～D7，为8位双向数据线。第15脚：BLA，背光源正极。第16脚：BLK，背光源负极。LCD1602的内部结构液晶显示模块LCD1602的内部结构可以分成三局部：一为LCD控制器，二为LCD驱动器，三为LCD显示装备，如图7.2所示。图7.2RT-1602C的内部结构控制器采用HD44780，驱动器采用HD44100。HD44780是集控制器、驱动器于一体，专用于字符显示控制驱动的集成电路。HD44100是作扩展显示字符位的。HD44780是字符型液晶显示控制器的代表电路。HD44780集成电路的特点如下。(1)可选择5×7或5×10点阵字符。(2)HD44780不仅可作为控制器，而且还具有驱动16×40点阵液晶像素的能力，并且HD44780的驱动能力可通过外接驱动器扩展360列驱动。HD44780可控制的字符高达每行80个字，也就是580=400点，HD44780内藏有16路行驱动器和40路列驱动器，所以HD44780本身就具有驱动16×40点阵LCD的能力(即单行16个字符或两行8个字符)。如果在外部加一HD44100再扩展40路/列驱动，那么可驱动16×2LCD。(3)HD44780的显示缓冲区DDRAM、字符发生存储器ROM及用户自定义的字符发生器CGRAM全部内藏在芯片内。HD44780有80个字节的显示缓冲区，分两行，地址分别为00H～27H，40H～67H，它们实际显示位置的排列顺序跟LCD的型号有关，LCD1602的显示地址与实际显示位置的关系，如图7.3所示。图7.3RT-1602C的显示地址与实际显示位置的关系图HD44780内藏的字符发生存储器(ROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图7.4所示。图7.4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。如数字“1”的代码是00110001B(31H)，又如大写的英文字母“A〞的代码是01000001B(41H)，可以看出英文字母的代码与ASCII编码相同。要在LCD的某个位置显示符号，只需将显示的符号的ASCII码存入DDRAM的对应位置。如在LCD1602的第一行第二列显示“1”，只须将“1”的ASCII码31H存入DDRAM的01单元；在LCD1602的第二行第三列显示“(4)HD44780具有8位数据和4位数据传输两种方式，可与4/8位CPU相连。(5)HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动、闪烁等显示功能。HD44780的指令格式与指令功能HD44780控制器内有多个存放器，通过RS和R/引脚共同决定选择哪一个存放器，选择情况如表7.1所示。表7.1HD44870内部存放器选择表RSR/存放器及操作00指令存放器写入01忙标志和地址计数器读出10数据存放器写入11数据存放器读出总共有11条指令，它们的格式和功能如下。1) 清屏命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00000000001功能：去除屏幕，将显示缓冲区DDRAM的内容全部写入空格(ASCII20H)。光标复位，回到显示器的左上角。地址计数器AC清零。2) 光标复位命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00000000010功能：光标复位，回到显示器的左上角。地址计数器AC清零。显示缓冲区DDRAM的内容不变。3) 输入方式设置命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D000000001I/DS功能：设定当写入一个字节后，光标的移动方向以及后面的内容是否移动。当I/D=1时，光标从左向右移动；I/D=0时，光标从右向左移动。当S=1时，内容移动，S=0时，内容不移动。4) 显示开关控制命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00000001DCB功能：控制显示的开关，当D=1时显示，D=0时不显示。控制光标开关，当C=1时光标显示，C=0时光标不显示。控制字符是否闪烁，当B=1时字符闪烁，B=0时字符不闪烁。5) 光标移位命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D0000001S/CR/L**功能：移动光标或整个显示字幕移位。当S/C=1时整个显示字幕移位，当S/C=0时只光标移位。当R/L=1时光标右移，R/L=0时光标左移。6) 功能设置命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D000001DLNF**功能：设置数据位数，当DL=1时数据位为8位，DL=0时数据位为4位。设置显示行数，当N=1时双行显示，N=0时单行显示。设置字形大小，当F=1时为5×10点阵，F=0时为5×7点阵。7) 设置字库CGRAM地址命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D00001CGRAM的地址功能：设置用户自定义CGRAM的地址，对用户自定义CGRAM访问时，要先设定CGRAM的地址，地址范畴为0～63。8) 显示缓冲区DDRAM地址设置命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D0001DDRAM的地址功能：设置当前显示缓冲区DDRAM的地址，对DDRAM访问时，要先设定DDRAM的地址，地址范畴为0～127。9) 读忙标志及地址计数器AC命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D001BFAC的值功能：读忙标志及地址计数器AC命令。当BF=1时表示忙，这时不能接收命令和数据；当BF=0时表示不忙。低7位为读出的AC的地址，值为0～127。10)写DDRAM或CGRAM命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D010写入的数据功能：向DDRAM或CGRAM当前位置中写入数据，写入后地址指针自动移动到下一个位置。对DDRAM或CGRAM写入数据之前须设定DDRAM或CGRAM的地址。11)读DDRAM或CGRAM命令格式：RSR/D7D6D5D4D3D2D1D011读出的数据功能：从DDRAM或CGRAM当前位置中读出数据。当DDRAM或CGRAM读出数据时，须先设定DDRAM或CGRAM的地址。LCD1602的编程与接口LCD显示器在使用之前须根据具体配置情况初始化，初始化可在复位后完成，LCD1602初始化过程一般如下：(1)清屏。去除屏幕，将显示缓冲区DDRAM的内容全部写入空格(ASCII20H)。光标复位，回到显示器的左上角。地址计数器AC清零。(2)功能设置。设置数据位数，根据LCD1602与处理器的连接选择(LCD1602与51单片机连接时一般选择8位)，设置显示行数(LCD1602为双行显示)。设置字形大小(LCD1602为5×7点阵)。(3)开/关显示设置。控制光标显示、字符是否闪烁等。(4)输入方式设置。设定光标的移动方向以及后面的内容是否移动。初始化后就可用LCD进行显示，显示时应根据显示的位置先定位，即设置当前显示缓冲区DDRAM的地址，再向当前显示缓冲区写入要显示的内容，如果连续显示，那么可连续写入显示的内容。由于LCD是外部设备，处理速度比CPU的速度慢，向LCD写入命令到完成功能须要一定的时间，在这个过程中，LCD处于忙状态，不能向LCD写入新的内容。LCD是否处于忙状态可通过读忙标志命令来了解。另外，由于LCD执行命令的时间根本固定，而且比拟短，因此也可以通过延时等待命令完成后再写入下一个命令。图7.5是LCD1602与8051单片机的接口图，图中LCD1602的数据线与8051的P2口相连，RS与8051的P1.7相连，R/与8051的P1.6相连，E端与8051的P1.5相连。编程在LCD显示器的第1行、第1列开始显示“HOW〞，第2行、第5列开始显示“AREYOU!〞。图7.5LCD1602与8051单片机的接口图汇编语言程序：RSBITP1.7RWBITP1.6EBITP1.5ORG00HAJMPSTARTORG50H ;主程序START: MOVSP,#50HACALLINIT MOVA,#10000000B ;写入显示缓冲区起始地址为第1行第1列ACALLWC51R MOVA,#'H' ;第1行第1列显示字母'H' ACALLWC51DDR MOVA,#'O' ;第1行第2列显示字母"O" ACALLWC51DDR MOVA,#'W' ;第1行第3列显示字母'W' ACALLWC51DDR MOVA,#11000100B ;写入显示缓冲区起始地址为第2行第5列 ACALLWC51R MOVA,#'A' ;第2行第5列显示字母'A' ACALLWC51DDR MOVA,#'R' ;第2行第6列显示字母'R' ACALLWC51DDR MOVA,#'E' ;第2行第7列显示字母'E'ACALLWC51DDR MOVA,#'' ;第2行第8列显示字母'' ACALLWC51DDR MOVA,#'Y' ;第2行第9列显示字母'Y' ACALLWC51DDR MOVA,#'O' ;第2行第10列显示字母'O'ACALLWC51DDR MOVA,#'U' ;第2行第11列显示字母'U' ACALLWC51DDR MOVA,#'!' ;第2行第12列显示字母'!' ACALLWC51DDRLOOP: AJMPLOOP ;初始化子程序INIT: MOVA,#00000001H ;清屏 ACALLWC51R MOVA,#00111000B ;使用8位数据,显示两行,使用5×7的字型LCALLWC51R MOVA,#00001100B ;显示器开,光标关,字符不闪烁LCALLWC51R MOVA,#00000110B ;字符不动,光标自动右移一格LCALLWC51RRET ;检查忙子程序 F_BUSY:PUSHACC ;保护现场 MOVP2,#0FFHCLRRSSETBRWWAIT: CLRESETBEJBP2.7,WAIT ;忙,等待POPACC ;不忙,恢复现场RET ;写入命令子程序WC51R: ACALLF_BUSYCLRECLRRSCLRRWSETBEMOVP2,ACCCLRERET ;写入数据子程序WC51DDR:ACALLF_BUSYCLRESETBRSCLRRWSETBEMOVP2,ACCCLRERETENDC语言编程：#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharsbitRS=P1^7;sbitRW=P1^6;sbitE=P1^5;voidinit(void);voidwc51r(uchari);voidwc51ddr(uchari);voidfbusy(void);//主函数voidmain(){SP=0x50;init();wc51r(0x80);//写入显示缓冲区起始地址为第1行第1列wc51ddr(’H’);//第1行第1列显示字母’H’wc51ddr(’O’);//第1行第2列显示字母’O’wc51ddr(’W’