LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，即可以顯示出圖形。在這一章我們就來討論LCD1602液晶顯示屏驅(qū)動的設(shè)計與實現(xiàn)。

1、功能概述

??LCD1602液晶又被稱作1602字符型液晶，這是一種只用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。LCD1602里面存儲器一般有三種：CGROM、CGRAM、DDRAM。其中DDRAM(Display Data RAM)就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共80個字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如下如圖所示：

??LCD1602使用三條控制線：EN、RW、RS。 其中EN的作用其實就是中線的功能，RW和RS指示了讀、它寫的是寫的方向和內(nèi)容。在讀數(shù)據(jù)（或者Busy標志）期間，EN線必須保持高電平；而在寫指令（或者數(shù)據(jù)）過程中，EN線上必須送出一個正脈沖。RW、RS的組合一共有四種情況，分別對應(yīng)四種操作：

??（1）、RS＝0、RW＝0——表示向LCD寫入指令。

??（2）、RS＝0、RW＝1——表示讀取Busy標志。

??（3）、RS＝1、RW＝0——表示向LCD寫入數(shù)據(jù)。

??（4）、RS＝1、RW＝1——表示從LCD讀取數(shù)據(jù)。

??LCD1602利用指令碼來區(qū)分不同的操作，主要的有兩類：一是用于初始化配置的指令碼；二是用于數(shù)據(jù)控制的指令碼。第一類用于LCD初始化配置的指令碼基本上都是在系統(tǒng)啟動時，用于對LCD1602的一次性配置。而第二類數(shù)據(jù)操作的指令碼主要用于設(shè)置數(shù)據(jù)指針的位置，現(xiàn)實信息的實現(xiàn)與清楚等。這兩類指令碼從使用上并無太大區(qū)別，后續(xù)我們將詳細說明。

2、驅(qū)動設(shè)計與實現(xiàn)

??我們已經(jīng)了解了LCD1602的基本情況，接下來我們將給予對LCD1602的基本了解設(shè)計LCD602的驅(qū)動程序。

2.1、對象定義

??在使用一個對象之前我們需要獲得一個對象。同樣的我們想要LCD1602液晶顯示屏就需要先定義LCD1602液晶顯示屏的對象。

2.1.1、對象的抽象

??我們要得到LCD1602液晶顯示屏對象，需要先分析其基本特性。一般來說，一個對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個方面思考一下LCD1602液晶顯示屏的對象。

??先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于標識或記錄對象特征的東西。我們來考慮LCD1602液晶顯示屏對象屬性。對于LCD1602顯示屏，它主要的功能就是顯示信息，為了標識當前的狀態(tài)，我們將狀態(tài)寄存器的值作為對象的屬性。

??接著我們還需要考慮LCD1602液晶顯示屏對象的操作問題。首先我們需要控制LCD1602的3個控制引腳以實現(xiàn)對LCD1602的控制，但這些控制引腳的操作都與具體的操作平臺相關(guān)，所以我們將其作為對象的操作來實現(xiàn)。同樣的我們還需要向LCD1602發(fā)送命令和數(shù)據(jù)以及從LCD1602獲取消息，而讀取和發(fā)送都是依賴于具體的操作平臺的所以我們將其作為LCD1602的兩個操作。我們對LCD1602進行操作，免不了要進行時序控制，所以我們需要有延時操作，但我們都明白演示操作依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們將延時處理函數(shù)也作為對象的操作。

??根據(jù)上述我們對LCD1602液晶顯示屏的分析，我們可以定義LCD1602液晶顯示屏的對象類型如下：

/* 定義LCD1602的對象類型 */
typedef struct LCD1602Object {
  uint8_t status;
  LCD1602PinSetType *PinHandle;
  void(*SendByte)(uint8_t data);
  uint8_t(*GetByte)(void);
  void (*Delayus)(volatile uint32_t period);    //微秒延時函數(shù)
  void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);     //毫秒秒延時函數(shù)
}LCD1602ObjectType;

2.1.2、對象初始化

??我們知道，一個對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進行初始化，所以這里我們來考慮LCD1602液晶顯示屏對象的初始化函數(shù)。一般來說，初始化函數(shù)需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數(shù)是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據(jù)此我們設(shè)計LCD1602液晶顯示屏對象的初始化函數(shù)如下：

/*對顯示屏作初始化配置*/
void LCD1602Initialization(LCD1602ObjectType *lcd,              //LCD1602對象指針
                           LCD1602PinSetType *PinHandle,         //控制引腳操作函數(shù)指針數(shù)組
                           LCD1602SendByteType sendByte,        //發(fā)送一個字節(jié)函數(shù)指針
                           LCD1602GetByteType getByte,          //讀取一個字節(jié)函數(shù)指針
                           LCD1602DelayType delayus,            //微秒延時函數(shù)指針
                           LCD1602DelayType delayms             //毫秒延時函數(shù)指針
                             )
{
  if((lcd==NULL)||(PinHandle==NULL)||(sendByte==NULL)||(getByte==NULL)||(delayus==NULL)||(delayms==NULL))
  {
    return;
  }
  
  lcd->PinHandle=PinHandle;
  lcd->SendByte=sendByte;
  lcd->GetByte=getByte;
  lcd->Delayus=delayus;
  lcd->Delayms=delayms;
  
  lcd->Delayus(15);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x38);
  lcd->Delayms(5);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x38);
  lcd->Delayms(5);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x38);
  
  /*后續(xù)需要檢測BUSY，等待10Mms*/
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x38);//顯示模式設(shè)置
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x08);//顯示關(guān)閉
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x01);//顯示清屏
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x06);//顯示光標移動位置
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x0C);//顯示開及光標設(shè)置

  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](Low);
  
  lcd->status=ReadStatusFromLCD1602(lcd);
}

2.2、對象操作

我們已經(jīng)完成了LCD1602液晶顯示屏對象類型的定義和對象初始化函數(shù)的設(shè)計。但我們的主要目標是獲取對象的信息，接下來我們還要實現(xiàn)面向LCD1602液晶顯示屏的各類操作。

2.2.1、讀數(shù)據(jù)操作

??我們需要從LCD1602液晶顯示屏獲取一定的數(shù)據(jù)，包括讀取狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息，唯一的區(qū)別只是RS控制引腳的電平，其他的操作都一樣，讀取數(shù)據(jù)的時序圖如下所示：

??根據(jù)我們前面的描述及上面的時序圖，我們可以實現(xiàn)獲取狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)的操作函數(shù)如下：

/*從LCD1602讀狀態(tài)*/
static uint8_t ReadStatusFromLCD1602(LCD1602ObjectType *lcd)
{
  uint8_t status;
  lcd->PinHandle[LCD1602_RS](Low);
  lcd->PinHandle[LCD1602_RW](High);
  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](High);
  
  lcd->Delayus(20);
  status=lcd->GetByte();
  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](Low);
  lcd->Delayus(5);
  return status;
}
/*從LCD1602讀數(shù)據(jù)*/
static uint8_t ReadDataFromLCD1602(LCD1602ObjectType *lcd)
{
  uint8_t data;
  lcd->PinHandle[LCD1602_RS](High);
  lcd->PinHandle[LCD1602_RW](High);
  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](High);
  
  lcd->Delayus(20);
  data=lcd->GetByte();
  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](Low);
  lcd->Delayus(5);
  return data;
}

2.2.2、寫數(shù)據(jù)操作

??我們想要在LCD1602顯示屏上顯示我們想要的消息就需要向LCD1602顯示屏發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送命令的區(qū)別僅是RS控制引腳的操作電平不同，具體的操作時序如下所示：

/*向LCD1602寫指令*/
static void WriteCommandToLCD1602(LCD1602ObjectType *lcd,uint8_t command)
{
  lcd->PinHandle[LCD1602_RS](Low);
  lcd->PinHandle[LCD1602_RW](Low);

  lcd->SendByte(command);

  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](High);
  lcd->Delayus(20);
  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](Low);
  lcd->Delayus(5);
}
/*向LCD1602寫數(shù)據(jù)*/
static void WriteDatatoLCD1602(LCD1602ObjectType *lcd,uint8_t data)
{
  lcd->PinHandle[LCD1602_RS](High);
  lcd->PinHandle[LCD1602_RW](Low);

  lcd->SendByte(data);

  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](High);
  lcd->Delayus(20);
  lcd->PinHandle[LCD1602_EN](Low);
  lcd->Delayus(5);
}

3、驅(qū)動的使用

??我們已經(jīng)實現(xiàn)了LCD1602液晶顯示屏驅(qū)動程序，在接下來我們還需要設(shè)計一個簡單的應(yīng)用驗證這一驅(qū)動設(shè)計是否正確。

3.1、聲明并初始化對象

??使用基于對象的操作我們需要先得到這個對象，所以我們先要使用前面定義的LCD1602液晶顯示屏對象類型聲明一個LCD1602液晶顯示屏對象變量，具體操作格式如下：

??LCD1602ObjectType lcd;

??聲明了這個對象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅(qū)動中定義的初始化函數(shù)對這個變量進行初始化。這個初始化函數(shù)所需要的輸入?yún)?shù)如下：

LCD1602ObjectType *lcd,              //LCD1602對象指針
LCD1602PinSetType *PinHandle,         //控制引腳操作函數(shù)指針數(shù)組
LCD1602SendByteType sendByte,        //發(fā)送一個字節(jié)函數(shù)指針
LCD1602GetByteType getByte,          //讀取一個字節(jié)函數(shù)指針
LCD1602DelayType delayus,            //微秒延時函數(shù)指針
LCD1602DelayType delayms             //毫秒延時函數(shù)指針

??對于這些參數(shù)，對象變量我們已經(jīng)定義了。主要的是我們需要定義幾個函數(shù)，并將函數(shù)指針作為參數(shù)。這幾個函數(shù)的類型如下：

/*定義引腳操作函數(shù)指針類型*/
typedef void (*LCD1602PinSetType)(uint8_t value);
/*定義發(fā)送一個字節(jié)操作函數(shù)指針*/
typedef void(*LCD1602SendByteType)(uint8_t data);
/*定義讀取一個字節(jié)操作函數(shù)指針*/
typedef uint8_t(*LCD1602GetByteType)(void);
/*定義延時操作函數(shù)指針*/
typedef void (*LCD1602DelayType)(volatile uint32_t time);

??對于這幾個函數(shù)我們根據(jù)樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬件平臺有關(guān)系?？刂埔_的操作函數(shù)實際是3個，組成一個函數(shù)指針數(shù)組，分別對應(yīng)RS、RW、EN控制引腳。具體函數(shù)定義如下：

LCD1602PinSetType pinSets[3]={RsPinOperation,RwPinOperation,EnPinOperation};

/*RS控制引腳操作*/
static void RsPinOperation(uint8_t value)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_7,(GPIO_PinState)value);
}

/*RW控制引腳操作*/
static void RwPinOperation(uint8_t value)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_8,(GPIO_PinState)value);
}

/*EN控制引腳操作*/
static void EnPinOperation(uint8_t value)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_9,(GPIO_PinState)value);
}

/*從LCD1602讀一個字節(jié)*/
static uint8_t ReadByteFromLCD(void)
{
  uint8_t data=0;
  
  data=(uint8_t)(GPIOD->IDR);
  
  return data;
}
                               
/*向LCD1602寫一個字節(jié)*/
static void WriteByteToLCD(uint8_t data)
{
  uint16_t value=GPIOD->ODR;
  
  value=(value&&0xFF00)||data;
  
  GPIOD->ODR=value;
}

??對于延時函數(shù)我們可以采用各種方法實現(xiàn)。我們采用的STM32平臺和HAL庫，所以毫秒延時函數(shù)可以直接使用HAL_Delay()函數(shù)。微秒延時函數(shù)采用我們編寫的delayus于是我們可以調(diào)用初始化函數(shù)如下：

LCD1602Initialization(&lcd,              //LCD1602對象指針
                 pinSets,         //控制引腳操作函數(shù)指針數(shù)組
                 WriteByteToLCD,        //發(fā)送一個字節(jié)函數(shù)指針
                 ReadByteFromLCD,          //讀取一個字節(jié)函數(shù)指針
                 Delayus,            //微秒延時函數(shù)指針
                 HAL_Delay             //毫秒延時函數(shù)指針
               );

3.2、基于對象進行操作

??我們定義了對象變量并使用初始化函數(shù)給其作了初始化。接著我們就來考慮操作這一對象獲取我們想要的數(shù)據(jù)。我們在驅(qū)動中已經(jīng)將獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換值的比例值，接下來我們使用這一驅(qū)動開發(fā)我們的應(yīng)用實例。

/*在LCD1602中顯示數(shù)據(jù)*/
void LCD1602Display(void)
{
  float temp=20.5;
  float pres=101.35;
  float humi=34.6;
  
  LCD1602DisplayClear(&lcd,LCD1602_AllLine),
  
  Lcd1602ContentDisplay(&lcd,0x80, "T%0.1fC,P%0.1fKPa,H%0.1f%%", temp,pres, humi);
  Lcd1602ContentDisplay(&lcd,0xC0, "T%0.1fC,P%0.1fKPa,H%0.1f%%", temp,pres, humi);
}

??我們將顯示器清屏，然后再每一行都顯示溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)。

4、應(yīng)用總結(jié)

??我們已經(jīng)設(shè)計并實現(xiàn)了LCD1602的驅(qū)動程序，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了簡單的驗證應(yīng)用。我們可以正常讀寫LCD1602顯示屏，并且在LCD1602顯示屏正確心事我們想要的信息，說明我們的驅(qū)動設(shè)計是沒有問題的。

??在使用驅(qū)動時，有一點需要注意。因為在初始化函數(shù)中，對控制引腳的操作采用的時函數(shù)指針數(shù)組，但這個數(shù)組元素的順序不是隨意的，而是必須與枚舉類型LCD1602PinType中定義的順序一致才能正確操作。