如何将 16×2 LCD 模块与 MCU 连接

本文将讨论基本 16x2 LCD 模块与 MCU 的连接细节。

本文将介绍基本 16×2 LCD 模块的引脚排列。然后，将讨论与HD44780 LCD 控制器/驱动器芯片兼容的常见 LCD 模块的一些重要说明。，本文将给出一个 C 代码示例，用于连接 AVR ATMEGA32 微控制器与 16×2 LCD。

模块引脚排列

1602A是一款 16 字符、2 行显示器，与当今使用的许多其他16x2 显示器类似。每个字符以5列×8行点阵或5列×10行点阵显示。应正确控制这些像素，以便我们可以显示所需的字符。使用微控制器直接控制所有这些像素并不容易，这就是为什么我们通常使用带有控制器/驱动器芯片的 LCD 模块，以方便将 LCD 连接到处理器。常见的 LCD 驱动器是HD44780。这些 LCD 模块的引脚排列通常如下图 1 所示。

图 1. 16×2 LCD 模块的公共引脚排列。图片由AAC提供。

GND 和Vcc (+5V) 引脚是电源引脚。 VEE 引脚用于调节显示对比度。我们可以使用电位器将 VEE 连接到低于 +5 V 的合适正电压。Led+ 和 Led- 引脚用于打开显示屏背光（分别将它们连接到 +5 V 和地）。

RS 引脚是 LCD 控制器的寄存器选择器引脚。 HD44780 有两个寄存器：指令寄存器 (IR) 和数据寄存器 (DR)。 RS 引脚是一个控制引脚，指定 IR 或 DR 是否应连接到数据总线（DB0 至 DB7 引脚）。当RS为低电平时，选择IR，并将DB7-DB0视为指令代码。例如，指令代码可以表示“显示清除”命令。当RS为高电平时，选择DR，并将DB7-DB0视为数据。此时，DB7-DB0可以是表示“a”等字符的代码。

R/W 引脚指定我们是向模块写入 (R/W=0) 还是从模块读取 (R/W=1)。

E 引脚（“启用”）启动读/写操作，将在下一节中讨论。

写操作的时序图

虽然我们既可以从数据总线写入也可以读取，但写入操作更为常见。因此，在本节中，我们将研究写入操作的时序图，如下图 2 所示。表 1 给出了不同参数的定义和期望值。

图 2.写操作的时序图。图片由日立提供。

表 1由日立提供。

时序图显示，我们应该将 RS 和 R/W 引脚设置为适当的值，并等待 t AS（应大于 40 ns），然后再将 E 引脚设置为逻辑高电平。根据该表，E 信号的宽度 (PW EH ) 应大于 230 ns。

然后，E 信号应具有开始写入操作的从高到低的沿。请注意，在该边沿之前的 t DSW数据必须有效。另外，在E的下降沿之后，控制信号和数据在图中t AH和t H表示的一段时间内不应改变。另一个重要问题是“启用周期时间”，它应大于 500 ns。这表明我们应该等待一段时间才能开始进行下读或写操作。

总而言之，E 上的从高到低的转换启动数据读取或写入，但必须满足某些时序条件。将 LCD 模块与 MCU 连接时，我们必须考虑这些因素。

重要说明

您可以在本数据表的第 24 页上找到 HD44780 兼容 LCD 模块的完整说明列表。在这里，我们将仅使用其中一些指令来执行一些基本操作。

清晰显示

该指令清除显示。您必须将 RS 和 R/W 设置为逻辑低电平，并执行写入操作，将十六进制值 0x01 应用到数据总线。此外，数据表指出“清除显示”命令“在地址计数器中设置 DDRAM 地址 0”。这意味着什么？

图 3.由日立提供。

显示数据 RAM (DDRAM) 是存储我们发送到 LCD 模块的字符的 ASCII 代码的 RAM。 DDRAM 多可存储 80 个字符（容量为 80×8 位）。然而，LCD 上仅显示这 80 个字符中的一部分。例如，在 16×2 LCD 的情况下，仅显示这些存储位置中的 32 个。显示的DDRAM地址和LCD位置之间的关系如图4所示。

图 4.由HITACHI提供。

根据图4，如果我们将一个特定字符写入DDRAM地址0x00，它将显示在上面一行的个单元格中。同样，如果我们向地址 0x40 写入一个字符，该字符将出现在下一行的个单元格中。

要访问 DDRAM 的特定地址，我们可以将所需的地址写入地址计数器 (AC)。此外，AC 还确定通过写入操作输入的字符在 LCD 上的位置。

请注意，LCD 支持移位操作，可以更改图 4 中所示的关系。例如，对图 4 的默认状态应用左移将导致图 5。有关更多信息，请参阅数据表。

图 4.由HITACHI提供 。

现在您已经熟悉了 DDRAM 和 AC，“清除显示”命令的描述对您来说应该有意义了。 “清除显示”命令“在地址计数器中设置 DDRAM 地址 0”，因此，它将把光标返回到起始位置（上一行的个单元格）。

回家

图 6 给出了该命令的代码及其描述。

图 6.由HITACHI提供。

该命令还将光标返回到原始位置，并将显示返回到其原始状态（如果发生移动）。对于这个命令，DB0 是一个无关命令。

输入模式设置

该命令的详细信息如图 7 所示。

图 7.由HITACHI提供。

当“I/D”为1时，写入操作后光标位置加1（在显示屏上向右移动）。当“I/D”为0时，光标位置减1（向左移动）。

S 位指定是否移位显示（移位会更改 LCD 上显示的 DDRAM 地址）。当S为0时，显示不移位。对于移位选项（当S=1时），请参考数据表。

在许多情况下，我们希望在写入操作后光标位置增加，同时显示保持静止（不使用移位选项）。对于此类应用，DB7-DB0 的命令代码将为十六进制值 0x06。

显示开/关控制

下面给出了该命令的详细信息。

图 8.由HITACHI提供。

通过将D位设置为1或0，我们可以分别打开和关闭显示。类似地，C 位可用于打开/关闭光标。 B 控制光标位置的闪烁能力。因此，如果我们将十六进制值0x0C作为指令写入DB7-DB0，则LCD将打开并且光标将关闭。

功能设定

下图给出了“功能设置”命令的详细信息。

图 9.由HITACHI提供。

DL 位指定 LCD 模块的数据长度。如果 DL=1，则数据在数据总线（DB7 至 DB0）上作为 8 位字发送和接收。当DL=0时，以4位长度（DB7至DB4）发送和接收数据。为了简单起见，我们将在本文中使用 8 位选项。

N 位指定显示行数。对于单行显示，N 应为 0。对于两行及以上，N 应为 1。

“F”决定字符字体，常见的是 0。

因此，当使用接收和发送 8 位长度数据的 16×2 LCD 时，DB7-DB0 的“功能集”代码将是十六进制值 0x38。

设置显存地址

该指令设置 DDRAM 的地址。它可用于在 LCD 的特定单元中写入字符。例如，发送十六进制值0x80到数据总线将使光标移动到上一行的个单元格。

图 10.由HITACHI提供。

现在，我们将使用上述命令来操作 16×2 LCD。下表总结了上面讨论的命令。

表2

将 LCD 与 AVR 连接

现在，我们将编写一些函数来将 16×2 LCD 连接到 ATMEGA32。假设如图11所示，端口A连接到LCD数据总线，端口B的前三个引脚用于控制LCD的RS、RW和E引脚。请注意，图 11 中未显示 VSS、VDD 和 VEE 的连接。

图11