51单片机——LCD1602液晶显示（二）

就是蠢啊2025-12-27 8:42

目录

[4. 硬件设计](#4. 硬件设计)

[4.1 8位 lcd1602](#4.1 8位 lcd1602)

[4.2 VS 4位lcd1602](#4.2 VS 4位lcd1602)

[5. 软件设计](#5. 软件设计)

[5.1 lcd1602.h、lcd1602.c](#5.1 lcd1602.h、lcd1602.c)

[5.2 main.c](#5.2 main.c)

[5.3 public.c、public.h](#5.3 public.c、public.h)

4. 硬件设计
4.1 8位 lcd1602

lcd1602 液晶接口电路如下：

lcd1602 的8位数据口 DB0-DB7 与单片机的 P0.0-P0.7 管脚连接

lcd1602 的 RS、RW、E 脚与单片机的 P2.6、P2.5、P2.7 管脚连接

RJ1 是一个电位器，用来调节 lcd1602 对比度，即显示亮度

4.2 VS 4位lcd1602

LCD1602 接收的指令 / 数据都是 8 位（1 个字节），两种模式的传输方式完全不同

8 位 / 4 位模式的本质是LCD1602 数据总线的使用位数不同，最终显示效果完全一致

4 位模式是为了节省单片机 IO 口

① 硬件接线区别

维度 8 位模式 4 位模式
数据引脚使用 D0~D7 全部接单片机 IO 口 仅用 D4~D7 接单片机 IO 口（D0~D3 悬空 / 接地）
总 IO 口占用（含控制） 至少 10 个（RS、RW、E + D0~D7） 至少 6 个（RS、RW、E + D4~D7）
接线复杂度 高（要接 8 个数据引脚） 低（仅接 4 个数据引脚）

② 数据传输原理区别

LCD1602 接收的指令 / 数据都是 8 位（1 个字节），两种模式的传输方式完全不同：

  1. 8 位模式（一次传完 8 位）

逻辑：1 个字节（指令 / 数据）一次传输完成；

过程（对应代码里 8 位模式的lcd1602_write_cmd）：

① 把 8 位指令（如 0x38）直接放到 D0~D7 总线；

② 拉低 E→拉高 E（上升沿锁存）→拉低 E，一次时序完成传输；

举例：写指令 0x38（8 位模式初始化），直接把 00111000 放到 D0~D7，一次 E 时序就完成

  1. 4 位模式（分两次传 8 位）

逻辑：1 个字节拆成高 4 位、低 4 位，分两次传输（仅用 D4~D7）；

过程（理论标准逻辑，对应你代码里 4 位模式的函数）：

① 先传高 4 位：把指令的高 4 位（如 0x38 的高 4 位是 0011）放到 D4~D7；

② 一次 E 时序完成高 4 位传输；

③再传低 4 位：把指令的低 4 位（如 0x38 的低 4 位是 1000）放到 D4~D7；

④ 第二次 E 时序完成低 4 位传输；

举例：写指令 0x28（4 位模式初始化），先传高 4 位 0010→D4~D7，再传低 4 位 1000→D4~D7，两次时序完成。

③ 优缺点对比

维度 8 位模式 4 位模式
传输速度 快（一次传输） 稍慢（分两次）
IO 口占用 多（费 IO） 少（省 IO，51 单片机首选）
代码复杂度 简单（逻辑少） 稍复杂（分两次传输）
显示效果 无差异 无差异
适用场景 单片机 IO 口充足、追求简洁代码 单片机 IO 口紧张（如同时接按键 / 传感器）
5. 软件设计
5.1 lcd1602.h、lcd1602.c

lcd1602.c

cpp 复制代码 
#include "lcd1602.h"
/*******************************************************************************
* 函 数 名       : lcd1602_write_cmd
* 函数功能		 : LCD1602写命令
* 输    入       : cmd：指令
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE == 0)//8位LCD
void lcd1602_write_cmd(u8 cmd)
{
	LCD1602_RS = 0;//选择命令
	LCD1602_RW = 0;//选择写
	LCD1602_E  = 0;
	LCD1602_DATAPORT = cmd;//准备命令
	delay_ms(1);
	LCD1602_E = 1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E = 0;//使能脚E后负跳变完成写入	
}
#else	//4位LCD
void lcd1602_write_cmd(u8 cmd)
{
	LCD1602_RS=0;//选择命令
	LCD1602_RW=0;//选择写
	LCD1602_E=0;
	LCD1602_DATAPORT=cmd;//准备命令
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入
	
	LCD1602_DATAPORT = cmd<<4;//准备命令
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入	
}
#endif

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : lcd1602_write_data
* 函数功能		 : LCD1602写数据
* 输    入       : dat：数据
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE==0)//8位LCD
void lcd1602_write_data(u8 dat) 
{
	LCD1602_RS=1;//选择数据
	LCD1602_RW=0;//选择写
	LCD1602_E=0;
	LCD1602_DATAPORT=dat;//准备数据
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入		
}
#else
void lcd1602_write_data(u8 dat) 
{
	LCD1602_RS=1;//选择数据
	LCD1602_RW=0;//选择写
	LCD1602_E=0;
	LCD1602_DATAPORT=dat;//准备数据
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入
	
	LCD1602_DATAPORT=dat<<4;//准备数据
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入		
}
#endif

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : lcd1602_init
* 函数功能		 : LCD1602初始化
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE==0)//8位LCD
void lcd1602_init(void)
{
	lcd1602_write_cmd(0x38);//数据总线8位，显示2行，5*7点阵/字符
	lcd1602_write_cmd(0x0c);//显示功能开，无光标，光标不闪烁
	lcd1602_write_cmd(0x06);//写入新数据后光标右移，显示屏不移动
	lcd1602_write_cmd(0x01);//清屏	
}
#else
void lcd1602_init(void)
{
	lcd1602_write_cmd(0x28);//数据总线4位，显示2行，5*7点阵/字符
	lcd1602_write_cmd(0x0c);//显示功能开，无光标，光标闪烁
	lcd1602_write_cmd(0x06);//写入新数据后光标右移，显示屏不移动
	lcd1602_write_cmd(0x01);//清屏	
}
#endif

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : lcd1602_clear
* 函数功能		 : LCD1602清屏
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void lcd1602_clear(void)
{
	lcd1602_write_cmd(0x01);	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : lcd1602_show_string
* 函数功能		 : LCD1602显示字符
* 输    入       : x,y：显示坐标，x=0~15，y=0~1;
				   str：显示字符串
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void lcd1602_show_string(u8 x,u8 y,u8 *str)
{
	u8 i=0;	//计数器，记录已经显示了多少个字符（初始值 0）；

	if(y>1||x>15)return;//行列参数不对则强制退出

	if(y<1)	//第1行显示
	{	
		while(*str!='\0')//字符串是以'\0'结尾，只要前面有内容就显示
		{
			if(i<16-x)//如果字符长度超过第一行显示范围，则在第二行继续显示
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+i+x);//第一行显示地址设置	
			}
			else
			{
				lcd1602_write_cmd(0x40+0x80+i+x-16);//第二行显示地址设置	
			}
			lcd1602_write_data(*str);//显示内容：当前指针指向的字符
			str++;//指针递增，即指向字符串下一个字符
			i++;	
		}	
	}
	else	//第2行显示
	{
		while(*str!='\0')
		{
			if(i<16-x) //如果字符长度超过第二行显示范围，则在第一行继续显示
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+0x40+i+x);	
			}
			else
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+i+x-16);	
			}
			lcd1602_write_data(*str);
			str++;
			i++;	
		}	
	}				
}

lcd1602.h

cpp 复制代码 
#ifndef _lcd1602_H
#define _lcd1602_H

#include "public.h"

//LCD1602数据口4位和8位定义，若为1，则为LCD1602四位数据口驱动，反之为8位
#define LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE	0	//默认使用8位数据口LCD1602

//管脚定义
sbit LCD1602_RS=P2^6;//数据命令选择
sbit LCD1602_RW=P2^5;//读写选择
sbit LCD1602_E=P2^7; //使能信号
#define LCD1602_DATAPORT P0	//宏定义LCD1602数据端口


//函数声明
void lcd1602_init(void);
void lcd1602_clear(void);
void lcd1602_show_string(u8 x,u8 y,u8 *str);

#endif

1. lcd1602_write_cmd：LCD1602 写命令函数

核心作用：向 LCD1602 写入控制指令（如初始化、地址设置、清屏等），是所有操作的底层基础

cpp 复制代码 
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE == 0)//8位LCD
void lcd1602_write_cmd(u8 cmd)
{
	LCD1602_RS = 0;//选择命令
	LCD1602_RW = 0;//选择写
	LCD1602_E  = 0;
	LCD1602_DATAPORT = cmd;//准备命令
	delay_ms(1);
	LCD1602_E = 1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E = 0;//使能脚E后负跳变完成写入	
}
#else	//4位LCD
void lcd1602_write_cmd(u8 cmd)
{
	LCD1602_RS=0;//选择命令
	LCD1602_RW=0;//选择写
	LCD1602_E=0;
	LCD1602_DATAPORT=cmd;//准备命令
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入
	
	LCD1602_DATAPORT = cmd<<4;//准备命令
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入	
}
#endif

  • 通用时序逻辑（8/4 位模式共用）：

    • LCD1602_RS=0：告诉 LCD1602"当前传输的是命令，不是显示数据"；
    • LCD1602_RW=0：告诉 LCD1602"当前是写操作，不是读操作"；
    • LCD1602_E的电平跳变：先拉低 E 脚准备数据，上升沿让 LCD 锁存总线数据，下降沿完成写入（完全匹配 LCD1602 的核心时序要求）；
    • delay_ms(1)：提供足够的时序裕量，避免因单片机运行速度过快导致 LCD 识别不到数据

2. lcd1602_write_data：LCD1602 写数据函数

核心作用：向 LCD1602 写入 ASCII 字符数据，是字符显示的核心函数。

cpp 复制代码 
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE==0)//8位LCD
void lcd1602_write_data(u8 dat) 
{
	LCD1602_RS=1;//选择数据
	LCD1602_RW=0;//选择写
	LCD1602_E=0;
	LCD1602_DATAPORT=dat;//准备数据
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入		
}
#else
void lcd1602_write_data(u8 dat) 
{
	LCD1602_RS=1;//选择数据
	LCD1602_RW=0;//选择写
	LCD1602_E=0;
	LCD1602_DATAPORT=dat;//准备数据
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入
	
	LCD1602_DATAPORT=dat<<4;//准备数据
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=1;//使能脚E先上升沿写入
	delay_ms(1);
	LCD1602_E=0;//使能脚E后负跳变完成写入		
}
#endif

逻辑与写命令函数几乎一致，唯一区别是LCD1602_RS=1（告诉 LCD1602 "当前传输的是显示数据"）；

8 位模式：直接写入 8 位 ASCII 码，逻辑标准，字符显示无偏差；

4 位模式：同理，虽有数据偏移，但 LCD 仅识别高 4 位，而 ASCII 字符的核心编码（高 4 位）足以让 LCD 显示正确字符，因此实验中字符显示正常。

为什么代码里 4 位模式没有按 "标准拆高 / 低 4 位"（cmd>>4和cmd&0x0F），而是直接写cmd和cmd<<4，却依然能正常工作？

cpp 复制代码 
// 第一步：直接写cmd
LCD1602_DATAPORT=cmd; 
// 第二步：写cmd<<4
LCD1602_DATAPORT=cmd<<4;

本质是LCD1602 4 位模式的硬件特性 + 接线匹配 + 时序裕量 共同抵消了代码的 "逻辑瑕疵"

① 硬件铁律

LCD1602 工作在 4 位模式时，只识别数据引脚 D4~D7（高 4 位），D0~D3（低 4 位）完全无效

② 分析代码

操作步骤 代码写入的值 单片机端口电平（8 位） LCD 实际识别的有效位（D4~D7） 对应标准操作的功能
第一步 cmd D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0（=cmd 的 8 位） D4~D7 = cmd 的 D4~D7（cmd 的 "中 4 位"） （本应传 "高 4 位"）
第二步 cmd<<4 cmd 的 D3~D0 0 0 0 0 D4~D7 = cmd 的 D0~D3（cmd 的 "低 4 位"） （本应传 "低 4 位"）

③ 时序裕量的 "兜底作用"

代码里每一步都加了delay_ms(1)------LCD1602 对 4 位模式的时序要求是 "每次传输后保持稳定≥40us"，而 1ms=1000us，远超过要求。

哪怕数据传输的 "步骤顺序" 有小瑕疵，充足的延时也能让 LCD 有足够时间识别数据，不会因为时序过快导致识别错误。

3. lcd1602_init：LCD1602 初始化函数

核心作用：向 LCD 写入初始化指令，配置显示模式，是 LCD 能正常工作的前提。

cpp 复制代码 
#if (LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE==0)//8位LCD
void lcd1602_init(void)
{
	lcd1602_write_cmd(0x38);//数据总线8位，显示2行，5*7点阵/字符
	lcd1602_write_cmd(0x0c);//显示功能开，无光标，光标不闪烁
	lcd1602_write_cmd(0x06);//写入新数据后光标右移，显示屏不移动
	lcd1602_write_cmd(0x01);//清屏	
}
#else
void lcd1602_init(void)
{
	lcd1602_write_cmd(0x28);//数据总线4位，显示2行，5*7点阵/字符
	lcd1602_write_cmd(0x0c);//显示功能开，无光标，光标闪烁
	lcd1602_write_cmd(0x06);//写入新数据后光标右移，显示屏不移动
	lcd1602_write_cmd(0x01);//清屏	
}
#endif
  • 8 位模式初始化指令（完全标准）：
    • 0x38：8 位数据总线、2 行显示、5×7 点阵（适配 LCD1602 的硬件特性）；
    • 0x0c：开显示、无光标、光标不闪烁；
    • 0x06：光标随数据写入右移、屏幕不滚动（符合日常显示习惯）；
    • 0x01：清屏（初始化必备，避免残留数据干扰）。
  • 4 位模式：仅将0x38替换为0x28（4 位数据总线），其余指令完全一致，初始化效果相同。

4. lcd1602_clear：LCD1602 清屏函数

核心作用 ：封装清屏指令0x01，简化清屏操作。

cpp 复制代码 
void lcd1602_clear(void)
{
	lcd1602_write_cmd(0x01);	
}

仅调用lcd1602_write_cmd(0x01)，符合 LCD1602 的清屏时序，实验中清屏操作能立即生效。

5. lcd1602_show_string：LCD1602 字符串显示函数

核心作用：在指定坐标（x:0-15 列，y:0-1 行）显示字符串，是最贴近实验效果的函数，也是 "显示正确" 的关键。

cpp 复制代码 
void lcd1602_show_string(u8 x,u8 y,u8 *str)
{
	u8 i=0;

	if(y>1||x>15)return;//行列参数不对则强制退出

	if(y<1)	//第1行显示
	{	
		while(*str!='\0')//字符串是以'\0'结尾，只要前面有内容就显示
		{
			if(i<16-x)//如果字符长度超过第一行显示范围，则在第二行继续显示
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+i+x);//第一行显示地址设置	
			}
			else
			{
				lcd1602_write_cmd(0x40+0x80+i+x-16);//第二行显示地址设置	
			}
			lcd1602_write_data(*str);//显示内容
			str++;//指针递增
			i++;	
		}	
	}
	else	//第2行显示
	{
		while(*str!='\0')
		{
			if(i<16-x) //如果字符长度超过第二行显示范围，则在第一行继续显示
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+0x40+i+x);	
			}
			else
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+i+x-16);	
			}
			lcd1602_write_data(*str);
			str++;
			i++;	
		}	
	}				
}
cpp 复制代码 
while(*str!='\0')//字符串是以'\0'结尾，只要前面有内容就显示
		{
			if(i<16-x)//如果字符长度超过第一行显示范围，则在第二行继续显示
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+i+x);//第一行显示地址设置	
			}
			else
			{
				lcd1602_write_cmd(0x40+0x80+i+x-16);//第二行显示地址设置	
			}
			lcd1602_write_data(*str);//显示内容：当前指针指向的字符
			str++;//指针递增，即指向字符串下一个字符
			i++;	
		}
  • 核心逻辑拆解：
  • ① 参数校验 ：if(y>1||x>15)return------ 避免坐标越界导致的显示异常；
  • ② 地址映射 ：
    • 第一行基地址：0x80，因此0x80+i+x是第一行第x+i列的地址；
    • 第二行基地址：0x80+0x40=0xC0，因此0x80+0x40+i+x是第二行第x+i列的地址；（地址计算完全匹配 LCD1602 的硬件地址映射规则）
    • ③ 跨行显示 ：当字符串长度超过当前行剩余位置（i≥16-x），自动切换到另一行显示，实验中能看到长字符串跨行显示，效果符合预期；④ 循环写入 ：直到字符串结束符'\0'，确保完整显示字符串。

举例：当 x = 15，y = 0,i = 0 时，显示字符串 AB（即在第一行第十五列显示 A，第二行第一列显示 B）

满足 i < 16 - x，在第一行显示，0x80+i+x = 0x80+0+15 = 0x8F，即第一行第15列硬件地址

之后，i = 1（I:记录已经显示了多少个字符）

不满足 i < 16 - x，在第二行显示，0x40+0x80+i+x-16 = 0x40+0x80+1+15-16 = 0xC0，即第二行第一列硬件地址

此外，LCD1602 的地址分为两种，很容易混淆：

类型 含义 格式 / 规则
DDRAM 绝对地址 LCD 内部存储显示字符的 RAM 地址（截图里标注的 00、40 等） 第一行 0-15 列 → 00H~0FH（0~15） 第二行 0-15 列 → 40H~4FH（64~79）
DDRAM 地址设置指令 发给 LCD 的 "定位显示位置" 的命令 （代码里的 0x80、0xC0 等） 指令格式为 1xxxxxxx（最高位 D7 必须为 1）即：指令 = 0x80 + DDRAM 绝对地址
cpp 复制代码 
while(*str!='\0')
		{
			if(i<16-x) //如果字符长度超过第二行显示范围，则在第一行继续显示
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+0x40+i+x);	
			}
			else
			{
				lcd1602_write_cmd(0x80+i+x-16);	
			}
			lcd1602_write_data(*str);
			str++;
			i++;	
		}

核心作用：从第二行第 x 列开始显示字符串，当第二行剩余位置不够时，自动切回第一行继续显示，直到字符串结束。

5.2 main.c
cpp 复制代码 
/**************************************************************************************	
实验现象：下载程序后，LCD1602上显示字符信息
注意事项：																				  
***************************************************************************************/
#include "public.h"
#include "lcd1602.h"


/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	lcd1602_init();//LCD1602初始化
	lcd1602_show_string(0,0,"Hello World!");//第一行显示
	lcd1602_show_string(0,1,"0123456789");//第二行显示
	while(1)
	{
		
	}	
}
cpp 复制代码 
	while(1)
	{
		
	}

核心作用 ：进入死循环，让程序一直运行，保持 LCD 显示不变；

  1. 51 单片机的main函数如果执行完（没有死循环），程序会从头重新执行（导致 LCD 反复初始化、闪烁）；
  2. 死循环内无代码，说明不需要动态更新显示，仅需保持当前字符稳定显示；
5.3 public.c、public.h

public.c

cpp 复制代码 
#include "public.h"

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : delay_10us
* 函数功能		 : 延时函数，ten_us=1时，大约延时10us
* 输    入       : ten_us
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void delay_10us(u16 ten_us)
{
	while(ten_us--);	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : delay_ms
* 函数功能		 : ms延时函数，ms=1时，大约延时1ms
* 输    入       : ms：ms延时时间
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void delay_ms(u16 ms)
{
	u16 i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
		for(j=110;j>0;j--);
}

public.h

cpp 复制代码 
#ifndef _public_H
#define _public_H

#include "reg52.h"

typedef unsigned int u16;	//对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned long u32;

void delay_10us(u16 ten_us);
void delay_ms(u16 ms);

#endif
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