LCD液晶屏的控制原理

一路上

前言

型号1602，它是上世纪80的产物，但是直到现在它还是非常受欢迎，在很多设备上都可以看到它的身影。1602A液晶作为一种液晶模块，是专门用于显示字幕、数字以及符号。

工作原理

1602A液晶显示图案如下，如果放大来看，会发现它的像素就是一个个的小方块。

如果我们让它的像素全部显示出来是这样的；它横着有16个这样的区域，竖着有两个，所以这种屏幕的型号是1602。

每一个区域横着数有5个像素，竖着数有7个像素，每个区域就是35个像素，所以整个屏幕就是1120个像素。

那这个玩意儿是怎么控制这1000多个像素的，要搞明白这个问题，我们首先要知道它的一个像素是怎么控制的。

屏幕的最下面是一层LED背光板，当我们给它接上电，它就可以发光。在它的上面有一层液晶，每一个像素都是由一小块液晶来控制的。

当我们不给液晶施加电压，它几乎是完全透明的；而当我们给某一小块液晶施加电压之后，它就不透光了，因此形成了一个的小黑点，也就是我们看到的像素点。

因为不需要色彩显示，所以只需要让液晶介于透光和不够光两种状态之间就可以，我们只需要控制液晶的高低电压，就能控制一个像素点了。如果是控制一个像素点，那很简单，让微控制器的引脚直接控制液晶的电压就可以了。

但是面对1120个像素点，微控制器就力不从心了。因为一般的微控制器引脚数量有限，没办法控制1000多块液晶。

控制方式

针对这个疼点，聪明的人类开发了一个显示芯片HD44780U，它有80个引脚。

这样我们只需要要把要发送的东西丢给这个芯片，它就能控制液晶屏的像素点了，极大的方面了我们的编程工作，形象一点来说，这个显示芯片其实充当着计算机当中显卡的角色。

可以看一下1602屏的背面，这个大黑点里面封装的就是HD4478U芯片。采用这种封装能节省成本。

1602上有16个引脚，它的数据引脚有8个；通过这些引脚我们就能控制LCD屏幕了。

因为一块区域只有35个像素，所以它只能显示数字、字母和符号这些简单的信息，一共能显示240个字符。不能显示汉字。

这些字符基本上都是通过ascii码进行编码的，只需要8位0或者1的排列组合，这就能表述这些字符。所以它的数据引脚正好也是是8根线。比如大写字母A的ASCLL码是0100 0001，那只需要让微控制器的这8个引脚分别输出相应的高低电平就可以了。

但是还没有指定这个大写字母A要发到哪一块区域；因此HD44780U为每一块区域都设计了一个字节的DRAM（内存），这个DRAM就相当于现在显卡的显存，可以对比一下，Nvidia最新旗舰显卡4090显存是24GB。

而这块显示芯片一共也才80个字节。可以横着显示40个字符，竖着显示两个字符。所以它可以同时控制80个字符。

看LCD屏幕一共也才能显示32个字符，那这个芯片为什么能控制80个字符呢；因为这个HD44780U芯片是通用芯片，不单单是用来控制这一种规格的屏幕。如果用来控制1602的话，它的显存永远都是有48字节用不到的。

在微控制器给它发送数据之前，都需要先发送显存的地址，然后再发送数据，这样数据就会被保存在相应的显存里面。比如我们想让第一块区域显示A，就需要先发送第一块显存的地址，然后再发送A的ASCLL码。这样就能在第一块区域显示A了。

这就是微控制器的编程思路，因为有这个显示芯片的存在，让编程变的简单了很多。

那这个显示芯片又是怎么控制这块LCD屏幕的呢。

这是HD44780U的引脚分布图，直接控制液晶像素点的是这些引脚，COM引脚控制横向像素，SEG引脚控制纵向像素，比如我们控制A这个字符。就需要这些引脚分别输出不同的电压就可以了。

但还有一个问题，就拿第一块区域来说，这些引脚是没办法同时控制每一个像素的。

比如我们控制第一行的时候，先让COM端为低电压。然后再来控制它的SEG引脚，就能控制第一行的像素了，如果是显示像素就给这个引脚高电压，不显示就给它低电平；但在同一时间就没有办法控制其它行的像素了。

因此人们想到了扫描的控制方式，比如先控制第一行像素，然后再来控制第二行像素，这样逐行扫描，就能控制所有的像素了。

那这样我们人眼不就看到它一直在扫描了吗；当然不会了，这里面运用了人眼的视觉暂留，它的扫描频率很快，所以我们看到的就是静止的画面。

但还有一个问题，你看它一共有40个SEG引脚，而一个字符纵向有5个像素点，这样的话它就只能控制纵向的8个区域，那另一半区域怎么控制呢？

刚才不是说它内置了80个字节的显存，那应该能控制80个字符，现在怎么只能控制16个字符呢？

它确实能控制80个字符，但如果超过16个字符，就没有多余的引脚了，因此就得就得借助驱动电路。你看这个1602的背面，除了主控HD44780U之外，还有一个HD44100H的驱动芯片，它就是来协助主控完成另一半的显示任务的。

这是它的引脚分布，它正好也有40个SEG引脚。

把它和主控连到一块，就可以控制LCD所有的像素了。

主控是通过串行方式给这个驱动芯片发送信息，然后这个驱动芯片就可以控制它引脚的状态了；现在正好能控制的就是32个字符个字符。

如果我们给它再加3块驱动芯片，然后再换一款能显示80个字符的液晶屏，它就能控制80个字符了。

此时显示芯片HD44780U的性能正好被榨干了，就是再让它多控制一个像素都是不可能的，因为此时的显存已经满了。

总结 ：

LCD常用的偏光片有三种类型

反射型：这种玻璃没有背光源，只能正显(浅色屏底，深色字幕)，而且在低亮度环境下有余没有背光而不能被看清楚。
半透型：这种玻璃有背光源，可正显也可负显，在亮度较高的环境下可关闭背光源，亮度低时开启背光源。
透射型：这种玻璃的背光源是常亮的。大部分LCD是带有背光源的，因为显示模块需要在不同的亮度环境下都能显示出能被识别的内容。

想要对1602液晶屏了解掌握，就先要明白这一工业产品的作用以及它的工作原理，只有明白了其中的工作原理，我们才能举一反三。