51单片机基础-LCD1602液晶显示

第二十三章 LCD1602液晶显示

1. 导入

LCD1602（16×2 字符型液晶）使用基于HD44780控制器的命令集，支持8位或4位数据总线，常用于菜单、状态与调试信息显示。本章以"4位总线，RW接地（只写）"方案实现稳定驱动，提供完整API：初始化、定位、打印、清屏、自定义字符（CGRAM）。

目标：

• 掌握LCD1602引脚与对比度、电源接法
• 理解4位时序与初始化流程
• 实现常用API：定位、打印、清屏、滚动/移位
• 扩展：显示时钟/温度、自定义字符"°"

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2. 硬件设计

• 供电与对比度
  • VSS→GND，VDD→+5V
  • V0（对比度）→10k电位器中点（两端接VCC/GND）
• 背光（如有）：A→+5V，K→GND（可串电阻限流）
• 数据/控制引脚（4位方式，推荐）
  • RW→GND（只写，简单可靠）
  • RS：0=命令，1=数据
  • E（EN）：上升沿锁存
  • D4~D7：数据高四位，4位模式仅用这四根

示例接线（可按需改口）：

• P2.2 → RS，P2.3 → E
• P2.4 → D4，P2.5 → D5，P2.6 → D6，P2.7 → D7
• RW → GND

注意：若用P0口需外接上拉；P2口免上拉更稳。

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3. 指令与寻址要点

• 主要命令（十六进制）：
  • 0x01 清屏（>1.52ms）
  • 0x02 归位（>1.52ms）
  • 0x04/0x06 输入模式（增量/不移屏）
  • 0x08~0x0F 显示/光标/闪烁开关（如0x0C 显示开、无光标）
  • 0x10/0x14/0x18/0x1C 光标/整屏左/右移
  • 0x20/0x28 数据长度与行数（0x28=4位、两行、5×8点阵）
  • 0x80 | addr 设置DDRAM地址（行列定位）
• DDRAM行首地址（1602）：
  • 第1行：0x00
  • 第2行：0x40

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4. 完整驱动（4位、RW接地）

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

/* 引脚映射：按你的接线修改 */
sbit LCD_RS = P2^2;
sbit LCD_EN = P2^3;
sbit LCD_D4 = P2^4;
sbit LCD_D5 = P2^5;
sbit LCD_D6 = P2^6;
sbit LCD_D7 = P2^7;

/* 延时（粗略，不依赖忙标志） */
static void delay_us_inline() { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); }
void delay_ms(unsigned int ms){
    unsigned int i,j;
    for(i=0;i<ms;i++) for(j=0;j<125;j++);
}

/* 低级IO */
static void lcd_write4(unsigned char nib){   // 发送高4位或低4位
    LCD_D4 = (nib & 0x01) ? 1 : 0;
    LCD_D5 = (nib & 0x02) ? 1 : 0;
    LCD_D6 = (nib & 0x04) ? 1 : 0;
    LCD_D7 = (nib & 0x08) ? 1 : 0;
    delay_us_inline();
    LCD_EN = 1; delay_us_inline();
    LCD_EN = 0; delay_us_inline();
}

/* 发送一个字节（4位总线）：rs=0命令，rs=1数据 */
static void lcd_send(unsigned char value, bit rs){
    LCD_RS = rs;
    // 先发高四位
    lcd_write4((value >> 4) & 0x0F);
    // 再发低四位
    lcd_write4(value & 0x0F);

    // 大多数命令37us足够，清屏/归位需更长
    if (!rs && (value==0x01 || value==0x02)) {
        delay_ms(2);
    } else {
        // 约40us
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
    }
}
static void lcd_cmd(unsigned char cmd){ lcd_send(cmd, 0); }
static void lcd_data(unsigned char dat){ lcd_send(dat, 1); }

/* 初始化（4位，2行，5x8，显示开，光标关，自增） */
void lcd_init(void){
    LCD_RS = 0; LCD_EN = 0;

    delay_ms(40);          // 上电等待>30ms

    // 强制进入4位模式的固定序列（参考HD44780）
    lcd_write4(0x03); delay_ms(5);
    lcd_write4(0x03); delay_ms(5);
    lcd_write4(0x03); delay_ms(1);
    lcd_write4(0x02);      // 现在进入4位模式

    lcd_cmd(0x28);         // 功能设置：4位、2行、5x8点阵
    lcd_cmd(0x08);         // 显示关闭
    lcd_cmd(0x01);         // 清屏
    delay_ms(2);
    lcd_cmd(0x06);         // 输入模式：写入后地址+1，屏不移
    lcd_cmd(0x0C);         // 显示开，光标关，闪烁关
}

/* 常用API */
void lcd_clear(void){ lcd_cmd(0x01); delay_ms(2); }
void lcd_home(void){ lcd_cmd(0x02); delay_ms(2); }

/* 设置光标：行row=0/1，列col=0..15 */
void lcd_set_cursor(unsigned char row, unsigned char col){
    unsigned char addr = (row ? 0x40 : 0x00) + (col & 0x0F);
    lcd_cmd(0x80 | addr);
}

/* 打印字符串（以 '\0' 结束） */
void lcd_print(const char* s){
    while(*s) lcd_data((unsigned char)*s++);
}

/* 指定位置打印 */
void lcd_print_at(unsigned char row, unsigned char col, const char* s){
    lcd_set_cursor(row, col);
    lcd_print(s);
}

/* 自定义字符（CGRAM）。loc:0~7，对应字符码0..7；pattern[8]每行低5位有效 */
void lcd_define_char(unsigned char loc, const unsigned char pattern[8]){
    unsigned char i;
    loc &= 0x07;
    lcd_cmd(0x40 | (loc << 3));   // 设置CGRAM地址
    for(i=0;i<8;i++) lcd_data(pattern[i] & 0x1F);
    lcd_cmd(0x80);                // 返回DDRAM（可选）
}

/* 示例：主程序 */
void main(void){
    unsigned int cnt = 0;
    const unsigned char deg_sym[8] = {
        0x04,0x0A,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00  // 简易"°"
    };

    lcd_init();
    lcd_define_char(0, deg_sym); // 自定义字符0号为"°"

    lcd_print_at(0, 0, "Hello, LCD1602!");
    lcd_print_at(1, 0, "Cnt: ");

    while(1){
        char buf[6];
        unsigned int v = cnt;

        // 将数字转字符串
        buf[0] = (v/10000)%10 + '0';
        buf[1] = (v/1000)%10 + '0';
        buf[2] = (v/100)%10 + '0';
        buf[3] = (v/10)%10 + '0';
        buf[4] = (v%10) + '0';
        buf[5] = '\0';

        lcd_print_at(1, 5, buf);      // 在第2行第6列更新计数
        // 示范自定义符号（在末尾显示"°C"）
        lcd_set_cursor(1, 11);
        lcd_data(0);                   // 打印自定义"°"
        lcd_data('C');

        cnt++;
        delay_ms(500);
    }
}

要点：

• 初始化中四次lcd_write4(...)的固定序列是切入4位模式的关键。
• RW接地避开忙标志读取，使用"足够延时"保证可靠。
• 清屏/归位需要>1.52ms，其余指令约37μs，代码已分别处理。

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5. 常用拓展

• 光标与移屏
  • lcd_cmd(0x0E)：显示开、有光标
  • lcd_cmd(0x0F)：显示开、光标闪烁
  • lcd_cmd(0x18)：整屏左移；0x1C：右移
• 快速覆盖行尾空白
  • 打印后用空格填满剩余列，避免残留字符
• 数值/时间显示（与前章结合）
  • DS1302时间：lcd_print_at(0,0,"HH:MM:SS");
  • DS18B20温度：使用lcd_define_char自定义"°"，显示"23.5°C"

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6. 故障排查

• 无显示/黑方块一行：对比度V0未调；初始化时序错误；E脚未正确翻转。
• 乱码：4位高低半字节顺序错；数据线接错；延时不足。
• 显示位置错乱：行首地址理解错误；lcd_set_cursor计算错误。
• 闪烁严重：频繁清屏；改用覆盖更新局部字符。

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7. 进阶（可选）

• 8位总线：将D0~D7全部接入，初始化用0x38（8位、2行、5×8），写入一次8位即可（速度快，线多）。
• 读忙标志：RW接MCU，切换D口方向，读BF（D7=1忙）；但硬件与代码更复杂，通常延时法已足够。
• I²C转接模块：很多1602带PCF8574 I/O扩展，I²C仅占两线（与第17章I²C兼容），命令需映射到PCF8574位序

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