字符型液晶(LCD)模块原理及设计学习

字符型液晶（LCD）模块原理及设计学习

17.1 液晶显示器概述

在小型的智能化电子产品中，普通的7段LED数码管只能用来显示数字，若遇到要显示英文字母或图像、汉字时，则必须选择使用液晶显示器（简称LCD）。

LCD显示器的应用很广，简单的如手表、计算器上的液晶显示器，复杂如笔记本电脑上的显示器等，都使用LCD。在一般的商务办公机器上，如复印机和传真机，以及一些娱乐器材、医疗仪器上，也常常看见LCD的足迹。

LCD可分为两种类型，一种是字符模式LCD，另一种为图形模式LCD。这里要介绍的LCD 为字符型点矩阵式LCD模组（Liquid Crystal Display Module简称LCM），或称字符型LCD。市场上有各种不同厂牌的字符显示类型的LCD，但大部分的控制器都是使用同一块芯片来控制的，编号为HD44780，或是兼容的控制芯片。

字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。在显示器件的电极图形设计上，它是由若干个5*7或5*11等点阵字符位组成。每一个点阵字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间空有一个点距的间隔起到了字符间距和行距的作用。

目前常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符模组。这些LCM 虽然显示的字数各不相同，但是都具有相同的输入输出界面。

这里我们以16字*2行（简称16*2）字符型液晶显示模块为例，详细介绍字符液晶显示模块的应用技术。读者朋友经过学习并实践实际的LCD程序设计，那么当你学完后，将掌握字符形液晶显示模块的程序设计技术，使液晶显示器听你的指挥显示出各种字符及信息，用到你设计的产品中后添色不少并增强市场竞争力。

字符LCD模块的控制器主要为日立公司的HD44780及其替代集成电路，驱动器为HD44100及其替代的兼容集成电路。

17.2 16*2字符型液晶显示模块（LCM）特性

1.+5V电压，反视度（明暗对比度）可调整。

2. 内含振荡电路，系统内含重置电路。

3.提供各种控制命令，如清除显示器、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。

4.显示用数据DDRAM共有80个字节。

5.字符发生器CGROM有160个5*7点阵字型。

6.字符发生器CGRAM可由使用者自行定义8个5*7的点阵字型。

17.3 16*2字符型液晶显示模块（LCM）引脚及功能

1脚（Vdd/Vss）：电源5V±10%或接地。

2脚（Vss/Vdd）：接地或电源5V±10%。

3脚（VO）：反视度调整。使用可变电阻调整，通常接地。

4脚（RS）：寄存器选择。1：选择数据寄存器；0：选择指令寄存器。

5脚（R/W）：读/写选择。1：读；0：写。

6脚（E）：使能操作。1：LCM可做读写操作；0：LCM不能做读写操作。

7脚（DB0）：双向数据总线的第0位。

8脚（DB1）：双向数据总线的第1位。

9脚（DB2）：双向数据总线的第2位。

11脚（DB3）：双向数据总线的第3位。

11脚（DB4）：双向数据总线的第4位。

12脚（DB5）：双向数据总线的第5位。

13脚（DB6）：双向数据总线的第6位。

14脚（DB7）：双向数据总线的第7位。

15脚（Vdd）：背光显示器电源+5V。

16脚（Vss）：背光显示器接地。

说明：由于生产LCM厂商众多，使用时应注意电源引脚1、2的不同。LCM数据读写方式可以分为8位及4位2种，以8位数据进行读写则DB7~DB0都有效，若以4位方式进行读写，则只用到DB7~DB4。

17.4 16*2字符型液晶显示模块（LCM）的内部结构

LCM的内部结构可分为三个部分：LCD控制器，LCD驱动器，LCD显示装置，如图17-1所示。

图17-1 LCM的内部结构

LCM与单片机（MCU）之间是利用LCM的控制器进行通信。HD44780是集驱动器与控制器于一体，专用于字符显示的液晶显示控制驱动集成电路。HD44780是字符型液晶显示控制器的代表电路，了解熟知HD44780，将可通晓字符型液晶显示控制器的工作原理。

17.5 液晶显示控制驱动集成电路HD44780特点

l.HD44780不仅作为控制器而且还具有驱动40*16点阵液晶像素的能力，并且HD44780的驱动能力可通过外接驱动器扩展360列驱动。

2.HD44780的显示缓冲区及用户自定义的字符发生器CGRAM全部内藏在芯片内。

3.HD44780具有适用于M6800系列MCU的接口，并且接口数据传输可为8位数据传输和4位数据传输两种方式。

4.HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动、闪烁等显示功能。

图17-2为HD44780的内部组成结构。

图17-2 HD44780的内部组成结构

由于HD44780的DDRAM容量所限，HD44780可控制的字符为每行80个字。也就是5*80=400点。HD44780内藏有16路行驱动器和40路列驱动器，所以HD44780本身就具有驱动16*40点阵LCD的能力，（即单行16个字符或两行8个字符）。如果在外部加一个HD44100外扩展

多40路/列驱动，则可驱动16*2LCD（图17-3）。

图17-3 HD44780加HD44100外扩展

当MCU写入指令设置了显示字符体的形式和字符行数后，驱动器的液晶显示驱动的占空比系数就确定了下来，驱动器在时序发生器的作用下，产生帧扫描信号和扫描时序，同时把由字符代码确定的字符数据通过并/串转换电路串行输出给外部列驱动器和内部列驱动，数据的传输顺序总是起始于显示缓冲区所对应一行显示字符的最高地址的数据。当全部一行数据到位后，锁存时钟CL1将数据锁存在列驱动器的锁存器内，最后传输的40位数据，也就是说各显示行的前8个字符位总是被锁存在HD44780的内部列驱动器的锁存器中。CL1同时也是行驱动器的移位脉冲，使得扫描行更新。如此循环，使得屏上呈现字符的组合。

17.6 HD44780工作原理

HD44780的引脚图如图17-4所示。