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文檔簡介

字符型液晶(LCD)模塊原理及設(shè)計學(xué)習(xí)17.1 液晶顯示器概述在小型的智能化電子產(chǎn)品中,普通的7段LED數(shù)碼管只能用來顯示數(shù)字,若遇到要顯示英文字母或圖像、漢字時,則必須選擇使用液晶顯示器(簡稱LCD)。LCD顯示器的應(yīng)用很廣,簡單的如手表、計算器上的液晶顯示器,復(fù)雜如筆記本電腦上的顯示器等,都使用LCD。在一般的商務(wù)辦公機器上,如復(fù)印機和傳真機,以及一些娛樂器材、醫(yī)療儀器上,也常??匆奓CD的足跡。LCD可分為兩種類型,一種是字符模式LCD,另一種為圖形模式LCD。這里要介紹的LCD為字符型點矩陣式LCD模組(Liquid Crystal Display Module簡稱LCM),或稱字符型LCD。市場上有各種不同廠牌的字符顯示類型的LCD,但大部分的控制器都是使用同一塊芯片來控制的,編號為HD44780,或是兼容的控制芯片。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶顯示模塊。在顯示器件的電極圖形設(shè)計上,它是由若干個5*7或5*11等點陣字符位組成。每一個點陣字符位都可以顯示一個字符。點陣字符位之間空有一個點距的間隔起到了字符間距和行距的作用。目前常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符模組。這些LCM雖然顯示的字?jǐn)?shù)各不相同,但是都具有相同的輸入輸出界面。這里我們以16字*2行(簡稱16*2)字符型液晶顯示模塊為例,詳細介紹字符液晶顯示模塊的應(yīng)用技術(shù)。讀者朋友經(jīng)過學(xué)習(xí)并實踐實際的LCD程序設(shè)計,那么當(dāng)你學(xué)完后,將掌握字符形液晶顯示模塊的程序設(shè)計技術(shù),使液晶顯示器聽你的指揮顯示出各種字符及信息,用到你設(shè)計的產(chǎn)品中后添色不少并增強市場競爭力。字符LCD模塊的控制器主要為日立公司的HD44780及其替代集成電路,驅(qū)動器為HD44100及其替代的兼容集成電路。17.2 16*2字符型液晶顯示模塊(LCM)特性1.+5V電壓,反視度(明暗對比度)可調(diào)整。2. 內(nèi)含振蕩電路,系統(tǒng)內(nèi)含重置電路。3.提供各種控制命令,如清除顯示器、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。4.顯示用數(shù)據(jù)DDRAM共有80個字節(jié)。5.字符發(fā)生器CGROM有160個5*7點陣字型。6.字符發(fā)生器CGRAM可由使用者自行定義8個5*7的點陣字型。17.3 16*2字符型液晶顯示模塊(LCM)引腳及功能1腳(Vdd/Vss):電源5V10%或接地。2腳(Vss/Vdd):接地或電源5V10%。3腳(VO):反視度調(diào)整。使用可變電阻調(diào)整,通常接地。4腳(RS):寄存器選擇。1:選擇數(shù)據(jù)寄存器;0:選擇指令寄存器。5腳(R/W):讀/寫選擇。1:讀;0:寫。6腳(E):使能操作。1:LCM可做讀寫操作;0:LCM不能做讀寫操作。7腳(DB0):雙向數(shù)據(jù)總線的第0位。8腳(DB1):雙向數(shù)據(jù)總線的第1位。9腳(DB2):雙向數(shù)據(jù)總線的第2位。11腳(DB3):雙向數(shù)據(jù)總線的第3位。11腳(DB4):雙向數(shù)據(jù)總線的第4位。12腳(DB5):雙向數(shù)據(jù)總線的第5位。13腳(DB6):雙向數(shù)據(jù)總線的第6位。14腳(DB7):雙向數(shù)據(jù)總線的第7位。15腳(Vdd):背光顯示器電源+5V。16腳(Vss):背光顯示器接地。說明:由于生產(chǎn)LCM廠商眾多,使用時應(yīng)注意電源引腳1、2的不同。LCM數(shù)據(jù)讀寫方式可以分為8位及4位2種,以8位數(shù)據(jù)進行讀寫則DB7DB0都有效,若以4位方式進行讀寫,則只用到DB7DB4。17.4 16*2字符型液晶顯示模塊(LCM)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為三個部分:LCD控制器,LCD驅(qū)動器,LCD顯示裝置,如圖17-1所示。圖17-1 LCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LCM與單片機(MCU)之間是利用LCM的控制器進行通信。HD44780是集驅(qū)動器與控制器于一體,專用于字符顯示的液晶顯示控制驅(qū)動集成電路。HD44780是字符型液晶顯示控制器的代表電路,了解熟知HD44780,將可通曉字符型液晶顯示控制器的工作原理。17.5 液晶顯示控制驅(qū)動集成電路HD44780特點l.HD44780不僅作為控制器而且還具有驅(qū)動40*16點陣液晶像素的能力,并且HD44780的驅(qū)動能力可通過外接驅(qū)動器擴展360列驅(qū)動。2.HD44780的顯示緩沖區(qū)及用戶自定義的字符發(fā)生器CGRAM全部內(nèi)藏在芯片內(nèi)。3.HD44780具有適用于M6800系列MCU的接口,并且接口數(shù)據(jù)傳輸可為8位數(shù)據(jù)傳輸和4位數(shù)據(jù)傳輸兩種方式。4.HD44780具有簡單而功能較強的指令集,可實現(xiàn)字符移動、閃爍等顯示功能。圖17-2為HD44780的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)。圖17-2 HD44780的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)由于HD44780的DDRAM容量所限,HD44780可控制的字符為每行80個字。也就是5*80=400點。HD44780內(nèi)藏有16路行驅(qū)動器和40路列驅(qū)動器,所以HD44780本身就具有驅(qū)動16*40點陣LCD的能力,(即單行16個字符或兩行8個字符)。如果在外部加一個HD44100外擴展多40路/列驅(qū)動,則可驅(qū)動16*2LCD(圖17-3)。圖17-3 HD44780加HD44100外擴展當(dāng)MCU寫入指令設(shè)置了顯示字符體的形式和字符行數(shù)后,驅(qū)動器的液晶顯示驅(qū)動的占空比系數(shù)就確定了下來,驅(qū)動器在時序發(fā)生器的作用下,產(chǎn)生幀掃描信號和掃描時序,同時把由字符代碼確定的字符數(shù)據(jù)通過并/串轉(zhuǎn)換電路串行輸出給外部列驅(qū)動器和內(nèi)部列驅(qū)動,數(shù)據(jù)的傳輸順序總是起始于顯示緩沖區(qū)所對應(yīng)一行顯示字符的最高地址的數(shù)據(jù)。當(dāng)全部一行數(shù)據(jù)到位后,鎖存時鐘CL1將數(shù)據(jù)鎖存在列驅(qū)動器的鎖存器內(nèi),最后傳輸?shù)?0位數(shù)據(jù),也就是說各顯示行的前8個字符位總是被鎖存在HD44780的內(nèi)部列驅(qū)動器的鎖存器中。CL1同時也是行驅(qū)動器的移位脈沖,使得掃描行更新。如此循環(huán),使得屏上呈現(xiàn)字符的組合。17.6 HD44780工作原理HD44780的引腳圖如圖17-4所示。圖17-4 HD44780引腳圖17.6.1 DDRAM數(shù)據(jù)顯示用RAMDDRAM-數(shù)據(jù)顯示用RAM(Data display RAM,簡稱DDRAM)DDRAM用來存放我們要LCD顯示的數(shù)據(jù),只要將標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼送入DDRAM,內(nèi)部控制電路會自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上,例如要LCD顯示字符A,則我們只須將ASCII碼41H存入DDRAM即可。DDRAM有80bytes(字節(jié))空間,共可顯示80個字(每個字為1個bytes),其存儲器地址與實際顯示位置的排列順序與LCM的型號有關(guān),請參閱圖17-5。圖17-5 DDRAM地址與顯示位置映射圖圖17-5(A)為16字*1行的LCM,它的地址從00H到0FH;圖17-5(B)為20字*2行的LCM,第一行的地址從00H到13H,第二行的地址從40H到53H;圖17-5(C)為20字*4行的LCM,第一行的地址從00H到13H,第二行的地址從40H到53H,第三行的地址從14H到27H,第四行的地址從54H到67H。17.6.2 CGROM字符產(chǎn)生器ROMCGROM-字符產(chǎn)生器ROM(Character Generator的ROM,簡稱CGROM)CGROM儲存了192個5*7的點矩陣字型,CGROM的字型要經(jīng)過內(nèi)部電路的轉(zhuǎn)換才會傳到顯示器上,僅能讀出不可寫入。字型或字符的排列方式與標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼相同,例如字符碼 31H為 l字符,字符碼41H為A字符。如我們要在LCD中顯示A,就是將A的ASCII代碼41H寫入DDRAM中,同時電路到CGROM中將A的字型點陣數(shù)據(jù)找出來顯示在LCD上。字符與字符碼對照表如表17-1所示。表17-1 字符與字符碼對照表17.6.3 CGRAM字型、字符產(chǎn)生器RAMCGRAM-字型、字符產(chǎn)生器RAM(Character Generator RAM,簡稱CGRAM)CGRAM是供使用者儲存自行設(shè)計的特殊造型的造型碼RAM,CGRAM共有 512bits(64字節(jié))。一個5*7點矩陣字型占用8*8bit,所以CGRAM最多可存8個造型。17.6.4 IR指令寄存器IR-指令寄存器(Instruction Register,簡稱IR)IR寄存器負責(zé)儲存MCU要寫給LCM的指令碼。當(dāng)MCU要發(fā)送一個命令到IR寄存器時,必須要控制LCM的RS、R/W及E這三個引腳,當(dāng)RS及R/W引腳信號為0,E引腳信號由1變?yōu)?時,就會把在DB0DB7引腳上的數(shù)據(jù)送入IR寄存器。17.6.5 DR數(shù)據(jù)寄存器DR-數(shù)據(jù)寄存器(Data Register,簡稱DR)DR寄存器負責(zé)儲存MCU要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù),或儲存MCU要從CGRAM或DDRAM讀出的數(shù)據(jù),因此DR寄存器可視為一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū),它也是由LCM的RS、R/W及E等三個引腳來控制。當(dāng)RS及R/W引腳信號為l,E接腳信號由1變?yōu)?時,LCM會將DR寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)由DB0DB7輸出以供MCU讀取;當(dāng)RS接腳信號為l,R/W接腳信號為0,E接腳信號由1變?yōu)?時,就會把在DB0DB7引腳上的數(shù)據(jù)存入DR寄存器。17.6.6 BF忙碌標(biāo)志信號BF-忙碌標(biāo)志信號(Busy Flag,簡稱 BF)BF的功能是告訴MCU,LCM內(nèi)部是否正忙著處理數(shù)據(jù)。當(dāng)BF=1時,表示LCM內(nèi)部正在處理數(shù)據(jù),不能接受MCU送來的指令或數(shù)據(jù)。LCM設(shè)置BF的原因為MCU處理一個指令的時間很短,只需幾微秒左右,而LCM得花上40微秒1.64亳秒的時間,所以MCU要寫數(shù)據(jù)或指令到LCM之前,必須先查看BF是否為0。17.6.7 AC地址計數(shù)器AC-地址計數(shù)器(Address Counter,簡稱AC)AC的工作是負責(zé)計數(shù)寫到CGRAM、DDRAM數(shù)據(jù)的地址,或從DDRAM、CGRAM讀出數(shù)據(jù)的地址。使用地址設(shè)定指令寫到IR寄存器后,則地址數(shù)據(jù)會經(jīng)過指令解碼器(Instruction Decoder),再存入AC。當(dāng)MCU從DDRAM或 CGRAM存取資料時,AC依照MCU對LCM的操作而自動的修改它的地址計數(shù)值。17.7 LCD控制器的指令用MCU來控制LCD模塊,方式十分簡單,LCD模塊其內(nèi)部可以看成兩組寄存器,一個為指令寄存器,一個為數(shù)據(jù)寄存器,由RS引腳來控制。所有對指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的存取均需檢查LCD內(nèi)部的忙碌標(biāo)志BF,此標(biāo)志用來告知LCD內(nèi)部正在工作,并不允許接收任何的控制命令。而此位的檢查可以令RS=0,用讀取DB7來加以判斷,當(dāng)此DB7為0時,才可以寫入指令或數(shù)據(jù)寄存器。LCD控制器的指令共有11組,以下分別介紹。17.7.1 清除顯示器RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000100000001指令代碼為01H,將DDRAM數(shù)據(jù)全部填入“空白” 的ASCII代碼20H,執(zhí)行此指令將清除顯示器的內(nèi)容,同時光標(biāo)移到左上角。17.7.2 光標(biāo)歸位設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010000001*指令代碼為02H,地址計數(shù)器被清0,DDRAM數(shù)據(jù)不變,光標(biāo)移到左上角。*表示可以為0或1。17.7.3 設(shè)定字符進入模式RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001000001I/DSI/D S工作情形00光標(biāo)左移一格,AC值減一,字符全部不動01光標(biāo)不動,AC值減一,字符全部右移一格10光標(biāo)右移一格,AC值加一,字符全部不動11光標(biāo)不動,AC值加一,字符全部左移一格17.7.4 顯示器開關(guān)RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000100001DCBD:顯示屏開啟或關(guān)閉控制位,D=1時,顯示屏開啟;D=0時,則顯示屏關(guān)閉,但顯示數(shù)據(jù)仍保存于DDRAM中。C:光標(biāo)出現(xiàn)控制位,C=1時,則光標(biāo)會出現(xiàn)在地址計數(shù)器所指的位置;C=0則光標(biāo)不出現(xiàn)。B:光標(biāo)閃爍控制位,B=1光標(biāo)出現(xiàn)后會閃爍;B=0,光標(biāo)不閃爍。 17.7.5 顯示光標(biāo)移位RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010001S/CR/L*表示可以為0或1。S/CR/L工作情形00光標(biāo)左移一格,AC值減一01光標(biāo)右移一格,AC值加一10字符和光標(biāo)同時左移一格11字符和光標(biāo)同時右移一格17.7.6 功能設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001001DLNF*表示可以為0或1。DL:數(shù)據(jù)長度選擇位。DL=1時為8位(DB7DB0)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移;DL=0時則為4位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移,使用DB7DB4位,分2次送入一個完整的字符數(shù)據(jù)。N:顯示屏為單行或雙行選擇。N=1為雙行顯示;N=0則為單行顯示。F:大小字符顯示選擇。當(dāng)F=1時,為5*10字形(有的產(chǎn)品無此功能);當(dāng)F=0時,則為5*7字型。17.7.7 CGRAM地址設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000101A5A4A3A2A1A0設(shè)定下一個要讀寫數(shù)據(jù)的CGRAM地址(A5A0)。17.7.8 DDRAM地址設(shè)定RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011A6A5A4A3A2A1A0設(shè)定下一個要讀寫數(shù)據(jù)的DDRAM地址(A6A0)。17.7.9 忙碌標(biāo)志BF或AC地址讀取RSR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0011BFA6A5A4A3

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