LCD1602是一種工業字元型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字元。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的實體特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，即可以顯示出圖形。在這一章我們就來讨論LCD1602液晶顯示屏驅動的設計與實作。

1、功能概述

LCD1602液晶又被稱作1602字元型液晶，這是一種隻用來顯示字母、數字、符号等的點陣型液晶子產品。LCD1602裡面存儲器一般有三種：CGROM、CGRAM、DDRAM。其中DDRAM(Display Data RAM)就是顯示資料RAM，用來寄存待顯示的字元代碼。共80個位元組，其位址和螢幕的對應關系如下如圖所示：

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訓示了讀、它寫的是寫的方向和内容。在讀資料（或者Busy标志）期間，EN線必須保持高電平；而在寫指令（或者資料）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，分别對應四種操作：

（1）、RS＝0、RW＝0——表示向LCD寫入指令。

（2）、RS＝0、RW＝1——表示讀取Busy标志。

（3）、RS＝1、RW＝0——表示向LCD寫入資料。

（4）、RS＝1、RW＝1——表示從LCD讀取資料。

LCD1602利用指令碼來區分不同的操作，主要的有兩類：一是用于初始化配置的指令碼；二是用于資料控制的指令碼。第一類用于LCD初始化配置的指令碼基本上都是在系統啟動時，用于對LCD1602的一次性配置。而第二類資料操作的指令碼主要用于設定資料指針的位置，現實資訊的實作與清楚等。這兩類指令碼從使用上并無太大差別，後續我們将詳細說明。

2、驅動設計與實作

我們已經了解了LCD1602的基本情況，接下來我們将給予對LCD1602的基本了解設計LCD602的驅動程式。

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辨別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資訊，為了辨別目前的狀态，我們将狀态寄存器的值作為對象的屬性。

接着我們還需要考慮LCD1602液晶顯示屏對象的操作問題。首先我們需要控制LCD1602的3個控制引腳以實作對LCD1602的控制，但這些控制引腳的操作都與具體的操作平台相關，是以我們将其作為對象的操作來實作。同樣的我們還需要向LCD1602發送指令和資料以及從LCD1602擷取消息，而讀取和發送都是依賴于具體的操作平台的是以我們将其作為LCD1602的兩個操作。我們對LCD1602進行操作，免不了要進行時序控制，是以我們需要有延時操作，但我們都明白示範操作依賴于具體的軟硬體平台，是以我們将延時處理函數也作為對象的操作。

根據上述我們對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
  void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);     //毫秒秒延時函數
}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，是以這裡我們來考慮LCD1602液晶顯示屏對象的初始化函數。一般來說，初始化函數需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數是否合理；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。據此我們設計LCD1602液晶顯示屏對象的初始化函數如下：

/*對顯示屏作初始化配置*/
void LCD1602Initialization(LCD1602ObjectType *lcd,              //LCD1602對象指針
                           LCD1602PinSetType *PinHandle,         //控制引腳操作函數指針數組
                           LCD1602SendByteType sendByte,        //發送一個位元組函數指針
                           LCD1602GetByteType getByte,          //讀取一個位元組函數指針
                           LCD1602DelayType delayus,            //微秒延時函數指針
                           LCD1602DelayType delayms             //毫秒延時函數指針
                             )
{
  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);
  
  /*後續需要檢測BUSY，等待10Mms*/
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x38);//顯示模式設定
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x08);//顯示關閉
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x01);//顯示清屏
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x06);//顯示光标移動位置
  lcd->Delayms(10);
  WriteCommandToLCD1602(lcd,0x0C);//顯示開及光标設定

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

2.2、對象操作

我們已經完成了LCD1602液晶顯示屏對象類型的定義和對象初始化函數的設計。但我們的主要目标是擷取對象的資訊，接下來我們還要實作面向LCD1602液晶顯示屏的各類操作。

2.2.1、讀資料操作

我們需要從LCD1602液晶顯示屏擷取一定的資料，包括讀取狀态資訊和資料資訊，唯一的差別隻是RS控制引腳的電平，其他的操作都一樣，讀取資料的時序圖如下所示：

根據我們前面的描述及上面的時序圖，我們可以實作擷取狀态資訊及資料的操作函數如下：

/*從LCD1602讀狀态*/
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讀資料*/
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、寫資料操作

我們想要在LCD1602顯示屏上顯示我們想要的消息就需要向LCD1602顯示屏發送指令和資料。發送資料和發送指令的差別僅是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寫資料*/
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、驅動的使用

我們已經實作了LCD1602液晶顯示屏驅動程式，在接下來我們還需要設計一個簡單的應用驗證這一驅動設計是否正确。

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，是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，我們還需要使用驅動中定義的初始化函數對這個變量進行初始化。這個初始化函數所需要的輸入參數如下：

LCD1602ObjectType *lcd,              //LCD1602對象指針
LCD1602PinSetType *PinHandle,         //控制引腳操作函數指針數組
LCD1602SendByteType sendByte,        //發送一個位元組函數指針
LCD1602GetByteType getByte,          //讀取一個位元組函數指針
LCD1602DelayType delayus,            //微秒延時函數指針
LCD1602DelayType delayms             //毫秒延時函數指針

對于這些參數，對象變量我們已經定義了。主要的是我們需要定義幾個函數，并将函數指針作為參數。這幾個函數的類型如下：

/*定義引腳操作函數指針類型*/
typedef void (*LCD1602PinSetType)(uint8_t value);
/*定義發送一個位元組操作函數指針*/
typedef void(*LCD1602SendByteType)(uint8_t data);
/*定義讀取一個位元組操作函數指針*/
typedef uint8_t(*LCD1602GetByteType)(void);
/*定義延時操作函數指針*/
typedef void (*LCD1602DelayType)(volatile uint32_t time);

對于這幾個函數我們根據樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬體平台有關系。控制引腳的操作函數實際是3個，組成一個函數指針數組，分别對應RS、RW、EN控制引腳。具體函數定義如下：

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

對于延時函數我們可以采用各種方法實作。我們采用的STM32平台和HAL庫，是以毫秒延時函數可以直接使用HAL_Delay()函數。微秒延時函數采用我們編寫的delayus于是我們可以調用初始化函數如下：

LCD1602Initialization(&lcd,              //LCD1602對象指針
                 pinSets,         //控制引腳操作函數指針數組
                 WriteByteToLCD,        //發送一個位元組函數指針
                 ReadByteFromLCD,          //讀取一個位元組函數指針
                 Delayus,            //微秒延時函數指針
                 HAL_Delay             //毫秒延時函數指針
               );

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給其作了初始化。接着我們就來考慮操作這一對象擷取我們想要的資料。我們在驅動中已經将擷取資料并轉換為轉換值的比例值，接下來我們使用這一驅動開發我們的應用執行個體。

/*在LCD1602中顯示資料*/
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);
}

我們将顯示器清屏，然後再每一行都顯示溫度、壓力和濕度資料。

4、應用總結

我們已經設計并實作了LCD1602的驅動程式，并在此基礎上設計了簡單的驗證應用。我們可以正常讀寫LCD1602顯示屏，并且在LCD1602顯示屏正确心事我們想要的資訊，說明我們的驅動設計是沒有問題的。

在使用驅動時，有一點需要注意。因為在初始化函數中，對控制引腳的操作采用的時函數指針數組，但這個數組元素的順序不是随意的，而是必須與枚舉類型LCD1602PinType中定義的順序一緻才能正确操作。

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外設驅動庫開發筆記33：LCD1602液晶顯示屏驅動

1、功能概述

2、驅動設計與實作

2.1、對象定義

2.1.1、對象的抽象

2.1.2、對象初始化

2.2、對象操作

2.2.1、讀資料操作

2.2.2、寫資料操作

3、驅動的使用

3.1、聲明并初始化對象

3.2、基于對象進行操作

4、應用總結

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