物联网AI MicroPython传感器学习 之 LCD1602液晶屏

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一、产品简介

LCD1602 字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。分4位和8位数据传输方式。提供5x7点阵+游标的显示模式。提供显示数据缓冲区 DDRAM、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM，可以使用CGRAM来存储自己定义的最多8个5x8点阵的图形字符的字模数据。提供了丰富的指令设置：清显示；游标回原点；显示开/关；游标开/关；显示字符闪烁；游标移位；显示移位等。提供内部上电自动复位电路，当外加电源电压超过+4.5V时，自动对模块进行初始化操作，将模块设置为默认的显示工作状态。

引脚定义：

• VSS：电源地
• VDD：电源+5V
• VO：液晶显示偏压，接电位计VO
• RS：数据/命令选择
• RW：读/写选择
• E：使能信号，用于数据传输
• D0-D3：数据，暂未用
• D4-D7：数据，接入 GPIO
• A：背光源正极，接电源+5V
• S：背光源负极，接电源地

二、技术参数

• 显示容量：16×2个字符
• 芯片工作电压：4.5—5.5V
• 工作电流：2.0mA（5.0V）
• 模块最佳工作电压：5.0V
• 字符尺寸：2.95×4.35（W×H）mm

三、软件接口

LCD1602() - 创建 LCD1602 驱动对象

• 函数原型：

lcd1602Obj = LCD1602(RS, RW, E, D4, D5, D6, D7)

• 参数说明：

• 返回值：
  LCD1602 对象成功，返回 LCD1602 对象；LCD1602 对象创建失败，抛出 Exception
• 示例代码：

from machine import Pin
import lcd1602

# 初始化 LCD 的各个 GPIO 管脚
print('GPIO init begin')
# 按照 board.json 中名为 "RS" 的设备节点的配置参数，如下以此类推
gpioRSObj = Pin(2,Pin.OUT)
gpioRWObj = Pin(4,Pin.OUT)
gpioEObj = Pin(16,Pin.OUT)
gpioD4Obj = Pin(17,Pin.OUT)
gpioD5Obj = Pin(18,Pin.OUT)
gpioD6Obj = Pin(19,Pin.OUT)
gpioD7Obj = Pin(21,Pin.OUT)

print('GPIO init done')

lcd1602Obj = lcd1602.LCD1602(gpioRSObj, gpioRWObj, gpioEObj, gpioD5Obj, gpioD5Obj, gpioD5Obj, gpioD5Obj)
print('LCD inited!')
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• 输出：

GPIO init begin
GPIO init done
LCD inited!
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displayString(row, col, text) - 向 LCD 屏幕指定行列打印字符

• 函数功能：
  先设置光标到指定行列偏移位置，然后打印字符，其中行列偏移为字符偏移而非点阵偏移，共2行16列
• 函数原型：

drv.displayString(1, 0, ‘Hello’)

• 参数说明：
  • row 表示行偏移，范围是 0-1 表示 行1-行2
  • col 表示列偏移，范围是 0-15 表示 列1-列16
  • text 待打印的字符串
• 返回值：
  成功打印的字符数量
• 示例：

# 在第二行，第一列打印字符 Hello
from machine import Pin
import lcd1602

# 初始化 LCD 的各个 GPIO 管脚
print('GPIO init begin')
# 按照 board.json 中名为 "RS" 的设备节点的配置参数，如下以此类推
gpioRSObj = Pin(2,Pin.OUT)
gpioRWObj = Pin(4,Pin.OUT)
gpioEObj = Pin(16,Pin.OUT)
gpioD4Obj = Pin(17,Pin.OUT)
gpioD5Obj = Pin(18,Pin.OUT)
gpioD6Obj = Pin(19,Pin.OUT)
gpioD7Obj = Pin(21,Pin.OUT)

print('GPIO init done')

lcd1602Obj = lcd1602.LCD1602(gpioRSObj, gpioRWObj, gpioEObj, gpioD5Obj, gpioD5Obj, gpioD5Obj, gpioD5Obj)
print('LCD inited!')
lcd1602Obj.displayString(1, 0, 'Hello')
print('LCD printed')
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• 输出：

GPIO init begin
GPIO init done
LCD inited!
LCD printed
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四、接口案例

• 代码：

# Python代码
from machine import Pin
import lcd1602

if __name__ == '__main__':
    # 初始化 LCD 的各个 GPIO 管脚
print('GPIO init begin')
# 按照 board.json 中名为 "RS" 的设备节点的配置参数，如下以此类推
gpioRSObj = Pin(2,Pin.OUT)
gpioRWObj = Pin(4,Pin.OUT)
gpioEObj = Pin(16,Pin.OUT)
gpioD4Obj = Pin(17,Pin.OUT)
gpioD5Obj = Pin(18,Pin.OUT)
gpioD6Obj = Pin(19,Pin.OUT)
gpioD7Obj = Pin(21,Pin.OUT)

print('GPIO init done')

lcd1602Obj = lcd1602.LCD1602(gpioRSObj, gpioRWObj, gpioEObj, gpioD5Obj, gpioD5Obj, gpioD5Obj, gpioD5Obj)
print('LCD inited!')
lcd1602Obj.displayString(1, 0, 'Hello')
print('LCD printed')
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• 输出：

...
GPIO init begin
GPIO init done
LCD inited!
LCD printed
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五、通信协议

主控芯片和 LCD1602 控制器之间通信为 GPIO 通讯，分为初始化阶段以及指令通讯阶段。

• 初始化阶段
  • 通过三次发送 0x03，向 LCD 控制器发起初始化请求，每次间隔不同；
  • 初始化后立即设置数据/命令传输模式为 4bits 模式；
  • 然后进行功能、显示模式、打印项模式的设置，均为指令通讯方式；

• 指令通讯阶段
  • 通过 RS=0，选择 LCD 控制器的指令寄存器，随后通过D4-D7发送指令内容，可实现：清显示；游标回原点；显示开/关；游标开/关；显示字符闪烁；游标移位；显示移位等。
  • 通过 RS=1，选择 LCD 控制器的数据寄存器，随后通过D4-D7发送数据内容，可实现向 LCD 屏幕打印字符的功能；

• 4线传输机制
  • 指令和数据每次传输均为 8bits，因此分为两次传输，每次传输4bits
  • 传输时序：
    • RS=0/1 先稳定寄存器显示选择
    • 因为目前我们仅用到写，因此 RW=0 同时保持拉低
    • 随即准备数据到 D4-D7 管脚，准备通知 LCD 读取
    • 控制 E 管脚产生下降沿，其中高电平保持需要>450ns
    • 因为 LCD 控制器获得下降沿时需要读取数据并执行指令，因此再保持一个命令执行的时间稳定，时间为 40us

六、工作原理

液晶显示屏从 LCD 控制器引出 16 个管脚用于控制指令/数据输入，通过 GPIO 控制。

• VSS 为地电源
• VDD 接5V正电源
• VO 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”现象，使用时可以通过一个10k欧姆的电位器调整其对比度。
• RS 为寄存器选择脚，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
• RW 为读/写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或显示地址；当RS为低电平，RW为高电平时，可以读忙信号；当RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据。
• E 端为使能端，当E端由高电平跳变为低电平时，液晶模块读取 D0-D7 数据执行命令。
• D0-D7 为8位双向数据线。
• A 背光源正极。
• K 背光源负极。

参考文献及购买链接

[1] LCD1602电气手册
[2] LCD1602系列
[3] LCD1602商品购买链接