lcd1602 HDL
LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种字符型液晶显示模块。它是由字符型液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，以及少量电阻、电容元件和结构件等装配在PCB板上而组成。不同厂家生产的LCD1602芯片可能有所不同，但使用方法都是一样的。为了降低成本，绝大多数制造商都直接将裸片做到板子上。
字符型液晶显示原理
点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成。显示屏上64×16个显示单元与显示RAM区的1024字节相对应，每一字节的内容与显示屏上相应位置的亮暗对应。例如显示屏第一行的亮暗由RAM区的000H~00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，屏幕左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，屏幕右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H…，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，在屏幕的顶部显示一条由8条亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字和符号等的点阵式LCD，常用16×1，16×2，20×2和40×2等的模块。一般的LCD1602字符型液晶显示器的内部控制器大部分为HD44780，能够显示英文字母、阿拉伯数字、日文片假名和一般性符号。
外形尺寸
LCD1602字符型液晶显示器实物外形如图1所示。
图1
LCD1602分为带背光和不带背光两种，其控制器大部分为HD44780。带背光的比不带背光的厚，是否带背光在实际应用中并无差别，具体的鉴别办法可参考图2所示的器件尺寸示意图
图2
技术参数
（1）显示容量：16×2个字符。
（2）芯片工作电压：4.5~5.5V。
（3）工作电流：2.0mA（5.0V）。
（4）模块最佳的工作电压：5.0V。
（5）字符尺寸：2.95mm×4.35mm（宽×高）
引脚功能
LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明见表1。
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编号
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符号
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引脚说明
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标号
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符号
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引脚说明
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1
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VSS
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电源地
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9
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D2|
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数据
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|
2
|
VDD
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电源正极
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10
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D3
|
数据
|
|
3
|
VL
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液晶显示偏压
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11
|
D4
|
数据
|
|
4
|
RS
|
数据/命令选择
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12
|
D5
|
数据
|
|
5
|
R/W
|
读/写选择
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13
|
D6
|
数据
|
|
6
|
E
|
使能信号
|
14
|
D7
|
数据
|
|
7
|
D0
|
数据
|
15
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BLA
|
背光源正极
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|
8
|
D1
|
数据
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16
|
BLK
|
背光源负极
|
各引脚的功能介绍如下。
·引脚1：VSS为地电源。
·引脚2：VDD接5V正电源。
·引脚3：VL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10kQ的电位器调整其对比度。
·引脚4：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。
·引脚5：R/W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R/W共同为低电平时可以写入指令或显示地址；当RS为低电平，R/W为高电平时，可以读忙信号；当RS为高电平，R/W为低电平时，可以写入数据。
·引脚6：E端为使能端，当E端由高电平跳变为低电平时，液晶模块执行命令。
·引脚7~14：D0~D7为8位双向数据线。
·引脚15：背光源正极。
·引脚16：背光源负极。
LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，见表2。
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序号
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指令
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RS
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R/W
|
D7
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D6
|
D5
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D4
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D3
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D2
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D1
|
D0
|
|
1
|
清屏
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0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
2
|
光标复位
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
x
|
|
3
|
输入方式设置
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
I/D
|
S
|
|
4
|
显示开关控制
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
D
|
C
|
B
|
|
5
|
光标或字符移位控制
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
S/C
|
R/L
|
x
|
x
|
|
6
|
功能设置
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
DL
|
N
|
F
|
x
|
x
|
|
7
|
字符发生存储器地址设置
|
0
|
0
|
0
|
1
|
字符发生存储器地址
|
|||||
|
8
|
数据存储器地址设置
|
0
|
0
|
1
|
显示数据存储器地址
|
||||||
|
9
|
读忙标志或地址
|
0
|
1
|
BF
|
计数器地址
|
||||||
|
10
|
写入数据至CGRAM或DDRAM
|
1
|
0
|
要写入的数据内容
|
|||||||
|
11
|
从CGRAM或DDRAM中读取数据
|
1
|
1
|
读取的数据内容
|
|||||||
LCD1602液晶模块的读/写操作、显示屏和光标的操作都是通过指令编程来实现的（其中，1为高电平，0为低电平），分别介绍如下。
（1）指令1：清屏。指令码01H，光标复位到地址00H。
（2）指令2：光标复位。光标复位到地址00H。
（3）指令3：输入方式设置。其中，I/D表示光标的移动方向，高电平右移，低电平左移；S表示显示屏上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。
（4）指令4：显示开关控制。其中，D用于控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；C用于控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标；B用于控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
（5）指令5：光标或字符移位控制。其中，S/C表示在高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
（6）指令6：功能设置命令。其中，DL表示在高电平时为8位总线，低电平时为4位总线；N表示在低电平时为单行显示，高电平时双行显示；F表示在低电平时显示5×7的点阵字符，高电平时显示5×10的点阵字符。
（7）指令7：字符发生器RAM地址设置。
（8）指令8：DDRAM地址设置。
（9）指令9：读忙信号和光标地址。其中，BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平则表示不忙。
（10）指令10：写数据。
（11）指令11：读数据。
连接方式
LCD1602的8根数据线和3根控制线E，RS和R/W与单片机相连后即可正常工作。一般应用中只须往LCD1602中写入命令和数据，因此，可将LCD1602的R/W读/写选择控制端直接接地，这样可节省1根数据线。VO引脚是液晶对比度调试端，通常连接一个10kΩ的电位器即可实现对比度的调整；也可采用将一个适当大小的电阻从该引脚接地的方法进行调整，不过电阻的大小应通过调试决定。
VHDL操控LCD1602示例代码：
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity LCD1602 is
Port (
CLK : in std_logic;
RESET : in std_logic;
RS : out std_logic;
RW : out std_logic;
EN : out std_logic;
DATA : out std_logic_vector( 7 downto 0));
end LCD1602;
ARCHITECTURE BHV OF LCD1602 IS
TYPE STATEs IS (set_function,open_display,clear_display,set_cuRSor,set_display,
set_ddram1,write_DATA1,set_ddram2,write_DATA2,set_ddram3,write_DATA3,set_ddram4,write_DATA4);
SIGNAL STATE : STATES;
TYPE ram IS ARRAY (0 TO 15)OF STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
CONSTANT ram1:ram:=(X"d6",X"d0",X"b0",X"ec",X"b5",X"e7",X"d7",X"d3",X"bf",X"c6",X"bc",X"bc",X"d1",X"a7",X"d4",X"ba"); --显示库1，字库自带的，“中”为D6D0
CONSTANT ram2:ram:=(X"d0",X"a0",X"d0",X"c5",X"cf",X"a2",X"b0",X"b2",X"c8",X"ab",X"b9",X"a4",X"b3",X"cc",X"d0",X"a0"); --显示库2
CONSTANT ram3:ram:=(X"d0",X"a0",X"d0",X"a0",X"ca",X"b5",X"d1",X"e9",X"c6",X"bd",X"cc",X"a8",X"d0",X"a0",X"d0",X"a0"); --显示库3
CONSTANT ram4:ram:=(X"a1",X"ef",X"a1",X"ef",X"a2",X"f5",X"a3",X"b1",X"a1",X"a4",X"a3",X"b0",X"a1",X"ef",X"a1",X"ef"); --显示库4
BEGIN
EN<=CLK;
PROCESS(CLK,STATE)
VARIABLE cnt : INTEGER RANGE 0 TO 16;
BEGIN
IF RESET = '0' THEN
STATE<= set_function;
cnt := 0;
ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
CASE STATE IS
WHEN set_function => DATA <= "00110000";RS<='0';STATE<= set_display; --设置功能：8位,基本指令集，RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器
WHEN set_display => DATA <= "00001000";RS<='0';STATE<= set_cuRSor; --显示控制：显示开，光标关，光标不闪烁
WHEN set_cuRSor => DATA <= "00010100";RS<='0';STATE<= open_display; --显示模式：光标右移
WHEN open_display => DATA <= "00001100";RS<='0';STATE<= clear_display; --显示控制，显示开.
WHEN clear_display=> DATA <= "00000001";RS<='0';STATE<= set_ddram1; --清屏
WHEN set_ddram1 => DATA <= "10000000";RS<='0';STATE<=write_DATA1; --设置ADDRAM地址，第一行第一列,0x80
WHEN write_DATA1 => RS <='1'; DATA<=ram1(cnt); cnt := cnt + 1; --将ram1的15个byte写入ADDRAM
if cnt = 16 then STATE<=set_ddram2; cnt := 0;
end if;
WHEN set_ddram2 => RS<='0';DATA<="10010000";STATE<=write_DATA2; --设置ADDRAM地址，第二行第一列,0x90
WHEN write_DATA2 => RS<='1';DATA<=ram2(cnt); cnt := cnt + 1; --将ram2的15个byte写入ADDRAM
if cnt = 16 then STATE<=set_ddram3; cnt := 0;
end if;
WHEN set_ddram3 => RS<='0';DATA<="10001000";STATE<=write_DATA3; --设置ADDRAM地址，第三行第一列,0x88
WHEN write_DATA3 => RS<='1';DATA<=ram3(cnt); cnt := cnt + 1; --将ram3的15个byte写入ADDRAM
if cnt = 16 then STATE<=set_ddram4; cnt := 0;
end if;
WHEN set_ddram4 => RS<='0';DATA<="10011000";STATE<=write_DATA4; --设置ADDRAM地址，第四行第一列,0x98
WHEN write_DATA4 => RS<='1';DATA<=ram4(cnt); cnt := cnt + 1; --将ram4的15个byte写入ADDRAM
if cnt = 16 then STATE<=set_ddram1; cnt := 0;
end if;
WHEN OTHERS => NULL;
END CASE;
END IF;
END PROCESS;
END BHV;
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