51单片机外设篇：点阵式LCD

什么是LCD

LCD(Liquid Crystal Display)俗称液晶。

液晶是一种材料，液晶这种材料具有一种特点：可以在电信号的驱动下液晶分子进行旋转，旋转时会影响透光性，因此我们可以在整个液晶面板后面用白光照（称为背光），可以通过不同电信号让液晶分子进行选择性的透光，此时在液晶面板前面看到的就是亮和不亮的点，这就是LCD显示。

被动发光和主动发光。

有些显示器（譬如LED显示器、CRT显示器）自己本身会发光称为主动发光，有些（LCD）本身不会发光只会透光，需要背光的协助才能看起来是发光的，称为被动发光。
液晶应用领域：电视机、电脑显示屏、手机显示屏、工业显示屏等····

其他显示设备（LED、CRT、等离子、OLED）

• CRT：阴极摄像管显示器。早期电视机的大屁股。寿命短，笨重；
• 等离子显示：未成为主流；
• OLED：目前未成为主流，但是很有市场潜力；
• LED：（自发光）主要用在户外大屏幕；
• LCD：目前是主流显示器（LCD易受光照影响，比如在亮处看不清屏幕）

像素(pixel)
像素就是组成图像的最基本元素，或者说显示中可以被控制的最小单位，整个图像就是由很多个像素组成的。
像素可以被单独控制，控制其亮或不亮（单色屏）、或控制其亮度强弱（譬如亮50%，35%，这样叫灰度屏，以前的黑白电视机）、或控制其显示一定的颜色（这就是我们现在最常用的彩色显示屏）。
总结：像素很重要，整个显示图像是由一个个的像素组成的。我们要在显示器上显示一个图像，就是把这个图像离散化成一个一个的点，然后把各个点的颜色对应在显示器的像素上。

分辨率（resolution）
整个屏幕的横向和纵向的像素个数就叫分辨率。
屏幕尺寸和分辨率无关的。屏幕尺寸和分辨率和像素间距三者之间有关联。

字模

也就是字符、汉字或者图像所对应的亮灭信息的二进制数组，就和点阵中的显示源一致。

字库

所有字模的集合，就是字库。

有些LCD带字库，有些不带字库。带字库的肯定比不带字库的要贵。

驱动器&控制器&显存
LCD实现功能一般需要以下几个模组：LCD面板+驱动器+控制器+显存。

LCD面板是发光的实现；驱动器是提供足够的电压；控制器是控制哪些点亮哪些点不亮；显存是用来存放字模数据的，通过控制器，将显存中的数据通过亮或者不亮显示在液晶屏上。

LCD控制器会自动从显存中读取像素数据传输给LCD驱动器。这个显示的过程不需要CPU的参与。我们只要把要显示的字符、汉字或者图像的像素数据丢到显存中，硬件就会自动响应，屏幕上就能自动看到显示的图像了。

这里具体的过程自行百度，我们重点关注显存即可。

LCD1602

为什么叫1602？

16x2，显示器显示2排，每排16个字符。

能显示的字符数是32，但是像素数不是32，因为一个字符是由多个像素组成的。有可能一个字符是由5*7=35个像素组成的，也有可能是由6*8=48个像素组成的。但是我们不用去管，因为LCD1602内置了字库了。

带ASCII码字库，不能显示中文。每个字符ASCLL对应一个字模，所有字模的集合就是字库。当我们想让LCD1602显示某个ASCII码字符时，只需要将这个字符对应的ASCII码发给LCD1602内部的控制器，控制器就会去查字库得到字模，然后将字模发给内部的驱动器去驱动LCD显示。

内部结构如下：

查看原理图

引脚功能如下：

引脚分为：数据接口（8）+控制接口（3）+VL（1）+电源地（4）

LCD1602是并行接口，有8根数据线，所以一次同时传输8个bit位。

地址映射：

RAM地址范围（芯片范围是每行40个字符位，但是实际每行只用了15个）

控制器接口

基本读写时序：

RS=1时，D0-D7上传输的是数据
RS=0时，D0-D7上传输的是命令

RW=1时，表示我们要读
RW=0时，表示我们要写

E=1时，表示使能        enable
E=0时，表示禁止        disable

读状态

主要读STA7，以判断LCD1602当前是否处于忙状态。

指令说明

具体指令详见LCD1602的数据手册（注意1602的具体型号）

列出重点指令：

00001000    0x08    关闭显示
00001100    0x0C    打开显示不显示光标
00001111     0x0F    打开显示并且显示光标并且光标闪烁
00000110    0x06    地址指针自动加1，整体屏幕不移动
0x80+(0x00-0x0F)    第一行设置地址指针指令
0x80+(0x40-0x4F)    第二行设置地址指针指令

00000001     0x01    显示清屏
00000010     0x02    回车

初始化（复位）过程

LCD读写没有什么时序要求，只需要使能相应的控制位，然后往对应的显存中放数据即可。

代码实现

#include <reg51.h>

// 对LCD1602的底层以及高层时序做封装

// IO接口定义
#define LCD1602_DB  P0      //data bus 数据总线
// 控制总线
sbit LCD1602_RS = P2^6;
sbit LCD1602_RW = P2^5;
sbit LCD1602_EN = P2^7;	


/************ 低层时序 ********************************/
void Read_Busy()           //忙检测函数，判断bit7是0，允许执行；1禁止
{
    unsigned char sta;      //
    LCD1602_DB = 0xff;
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 1;
    do
    {
        LCD1602_EN = 1;
        sta = LCD1602_DB;
        LCD1602_EN = 0;    //使能，用完就拉低
    }while(sta & 0x80);
}

void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd)     //写命令
{
    Read_Busy();
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 0;	
    LCD1602_DB = cmd;
    LCD1602_EN = 1;
    LCD1602_EN = 0;    
}

void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat)   //写数据
{
      Read_Busy();
      LCD1602_RS = 1;
      LCD1602_RW = 0;
      LCD1602_DB = dat;
      LCD1602_EN = 1;
      LCD1602_EN = 0;
}

/************* 高层时序 ******************************/
// 本函数用来设置当前光标位置，其实就是设置当前正在编辑的位置，
// 其实就是内部的数据地址指针，其实就是RAM显存的偏移量
// x范围是0-15，y=0表示上面一行，y=1表示下面一行
void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y)  //坐标显示
{
    unsigned char addr;
    if(y == 0)
        addr = 0x00 + x;
    else
        addr = 0x40 + x;
    
    Lcd1602_Write_Cmd(addr|0x80);
}

// 函数功能是：从坐标(x,y)开始显示字符串str
// 注意这个函数不能跨行显示，因为显存地址是不连续的
// 其实我们可以封装出一个能够折行显示的函数的
void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str)     //显示字符串
{
    LcdSetCursor(x,y);      //当前字符的坐标
    while(*str != '\0')
    {
        Lcd1602_Write_Data(*str++);
    }
}

// 初始化LCD，使之能够开始正常工作
void InitLcd1602()              //1602初始化
{
    Lcd1602_Write_Cmd(0x38);    //打开，5*8,8位数据
    //Lcd1602_Write_Cmd(0x0c);	// 打开显示并且无光标
	Lcd1602_Write_Cmd(0x0f);	// 打开显示并且光标闪烁
    Lcd1602_Write_Cmd(0x06);
    Lcd1602_Write_Cmd(0x01);    //清屏   
}

LCD12864（了解）

128p*64p，注意不是字符而是pixel。

没有内置字库，用户需要提供字模给LCD12864内部的控制器
可以显示文字（英文、中文或其他文字）和图片（点阵图）

查看原理图

LCD12864共有20个引脚，其引脚具体功能如下表所示，由表可得LCD12864引脚组成为：

• 8位数据传输端口（DB0-DB7）；
• 两个电源引脚（VCC，GND）；
• 两个电源背光引脚（BLK，BLA）,控制LCD的背景亮度；
• 一个VO引脚，外接一个上拉电阻（控制LCD12864的字符对比度，让字符更加的清晰可见）；
• RST复位引脚，低电平有效，此处直接接高电平；
• 第16、17位空引脚，不用管；
• 剩下的RS，RW，EN和PSB四个引脚则跟LCD12864的写入息息相关，通过PSB可以控制LCD12864跟单片机的通信方式，输入高电平，则LCD12864跟单片机的通信模式为并行通信，低电平则为串行通信。单片机对RS，RW，EN端口的写入控制，则可以控制LCD12864的数据传输模式，决定单片机写入LCD12864数据端口DB的是命令还是数据。写入命令可以控制LCD的模式和工作状态，然后写入数据，让LCD显示需要的界面。

要控制12864，重点在熟悉其控制器，比如ST7565，具体内容自行查阅资料。

ST7565是指令式交互系统，熟悉指令表是关键。

通过发送对应的指令，让控制器做对应的事情。

总体采用：控制总线+数据总线

有些控制器不带字库，有些带字库。

如果不带字库，那么，我们就需要将对应的字模写入LCD12864的控制器，以控制哪些点亮，哪些点不亮，从而显示字符、汉字以及各种各样的简单图案。

注意：通常显示汉字都需要16*16的点阵屏，要不然看起来不像。

LCD12864在竖向上被分为8个页，每个页在竖向是8个像素点，显示字符通常只需要1个页。

但是显示汉字或者其他图案则需要两页甚至更多页，那么取模时就要注意取模的方式。要竖着8个点8个点地取。类似于多块8*8点阵拼在一起。

具体的自行研究，不再赘述。关键要了解其原理。