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AVR单片机教程——LCD1602

本文隶属于AVR单片机教程系列。

 

显示屏

开发板套件里有两块屏幕,大的是LCD(液晶显示),小的是OLED(有机发光二极管)。正与你所想的相反,短小精悍的比较贵,而本讲的主题——LCD1602——功能较少,使用起来也简单很多。

这块屏幕的显示是以字符为单位的。每个字符都是8像素高,5像素宽。1602这个名字,来源于显示字符的数量,共2行,每行16个字符。出售1602的商家提供了一份文档:提取码8c1u

硬件

一个典型的1602显示屏有16个引脚(还有些模块是用串行总线驱动的):

名称 功能 连接
VSS 电源地 GND
VDD 正电源 VCC(5V)
VO 对比度调整 左侧的电位器,其左端接GND,右端接VCC
RS 数据/指令选择 PB0
R/W 读/选择 PB1
E 使能 PB2
D0~D7 双向并行数据线 74HC595的输出,通过exout_write输出
A 背光LED正极 NPN三极管的发射极,其集电极接VCC,基极接BAK
K 背光LED负极 GND

很复杂吧?好在开发板已经处理好了这些,我们只需要关注2组线:RSR/WE这3根控制线,通过DDRBPORTB来操控,和D0~D7这8跟数据线,通过exout_write来以字节为单位输出(在这第一期的最后一篇中,我终于成功地将“尽量减少接线”的原则在第一期中贯彻到底了)。其他的还有对比度CON接口,可以不外接,还有背光BAK接口,可以接5V或3.3V以开启背光。当然,如果你是非主流,你可以把CON接到DAC上,把BAK接到PWM上。

此外,还需要把扩展输出的最高位(标注Ext Out 7)接到一个单片机引脚上。关于为什么会有这种诡异的接法,这是设计时的失误(也可能是不得已吧,毕竟单片机的32个IO已经占满了),参见:一个低电平引发的思考

协议

1602与单片机之间是通过并行总线通信的。AVR单片机硬件上不支持并行总线,需要通过软件模拟时序来实现。

写操作的时序如下:

进行一个写操作,需要先让RS根据写的类型设置电平,R/W输出低电平,D0~D7输出要发送的数据,然后在E的上升沿数据被对方读取,并保持R/WD0~D7电平不变,直到E的下降沿之后。两次E的上升沿之间至少需要400us时间间隔。

1602共有8条指令,都是一字节长度的。从高位到低位,每一条指令都由若干个0、一个1和有效指令组成,使得没有两条指令会有相同的二进制表示。这种编码方式成为前缀码,UTF-8也用了类似的编码。

前导0个数 功能
0 设置DDRAM(显示存储器)地址
1 设置CGRAM(字符发生存储器)地址
2 设置总线宽度、字符行数、字符大小
3 设置滚动对象(光标或画面)、滚动方向
4 设置画面、光标、闪烁的开关
5 设置AC(地址计数器)是否变化与变化方向
6 将AC清零
7 清屏

1602插上开发板后只有第一行有黑色背景。我们先把它设置为2行输出,这是最简单的有视觉效果的指令。

#include <avr/io.h>
#include <ee1/lcd.h>

inline void short_delay()
{
    asm("nop");
    asm("nop");
    asm("nop");
    asm("nop");
}

int main()
{
    DDRB |= 0b111; // PB2:0 for LCD control: E, R/W, RS
    exout_init();  // Ext Out 7:0 for LCD instructions/data
#define LCD_CONTROL(x) (PORTB = (PORTB & ~0b111) | (x))
    LCD_CONTROL(0b000);
    short_delay();
    LCD_CONTROL(0b100);
    short_delay();
    exout_write(0b00111000); // 8-bit, 2 lines, 5x7 font
    short_delay();
    LCD_CONTROL(0b000);
}

在这段代码中,asm("nop")是一句汇编语句nop,代表这个CPU周期内不执行操作,可以用来短时间而精确地延时。在控制信号与数据信号之间加入短暂的延时,使时序符合1602的要求。

其他指令见数据手册,这份数据手册本身就是很好的教程。需要提醒的是,显示屏内的控制器执行指令需要一定时间,程序在发送下一指令之前,应通过RS为低电平的读取操作来获取其状态,并等待直到状态为空闲。

软件

开发板的库不仅包装了这些硬件操作,还添加了对字符串的支持,包括对\b\t\n\r等不可打印字符的处理。

下面我们用1602显示屏来完成一个小项目,在之前用按键控制蜂鸣器的基础上,加入LCD显示与背光动态效果。

#include <string.h>
#include <ee1/lcd.h>
#include <ee1/pwm.h>
#include <ee1/button.h>
#include <ee1/tone.h>
#include <ee1/delay.h>

int main()
{
    lcd_init(PIN_3);
    lcd_set_status(true, false, false);
    button_init(PIN_6, PIN_7);
    wave_mode(WAVE_0, WAVE_MODE_PWM);
    wave_mode(WAVE_1, WAVE_MODE_TONE);
    char display[6] = {[0] = '\r', [5] = '\0'};        // 1. 为什么要开6字节字符数组?
    char* notes = display + 1;                         // 2. display数组是如何使用的?
    uint8_t brightness;                                // 3. 这一行有什么问题?
    uint16_t frequency[] = {262, 330, 392, 523};
    uint16_t buzzer = 0, tone;
    while (1)
    {
        memset(notes, ' ', 4);                         // 4. memset是什么函数?
        tone = 0;
        for (uint8_t i = 0; i != 4; ++i)
            if (button_down(i))
            {
                notes[i] = 0xFF;                       // 5. 0xFF是什么字符?
                brightness = 255;
                tone = frequency[i];                   // 6. 如果有多个按键按下,蜂鸣器会响什么音?
            }
        lcd_print_string(display);
        pwm_set(WAVE_0, brightness * brightness >> 8); // 7. 为什么第二个参数不直接写brightness?
        if (tone != buzzer)                            // 8. 为什么必须引入buzzer变量并在这里作判断?
        {
            buzzer = tone;
            tone_set(WAVE_1, buzzer);
        }
        if (brightness)
            brightness -= 5;
        delay(10);
    }
}

在这AVR单片机教程第一期最后一讲中,我在代码中留了8个问题。如果你能全部答上来,说明你对C语言已经有一些了解,熟悉了单片机开发中的部分细节,并具备初步的工程素养了。

作业

思考题:

  1. 明明可以选择4位总线来节省IO,为什么开发板上还是8位连接?

  2. 实现读取1602空闲状态。

  3. 在1602上画一颗心。

  4. 修改例程,使1602以滚动的横线指示按下的按键与发出的音符(类似于你玩过或看过的音游)。

扩展阅读:

  1. How LCDs Work

  2. OLED和LCD什么区别?

posted on 2020-01-13 23:42  jerry_fuyi  阅读(826)  评论(0编辑  收藏  举报