【雕爷学编程】Arduino动手做（85）---LCD1602液晶屏模块

37款传感器与执行器的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手尝试系列实验，不管成功（程序走通）与否，都会记录下来—小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

实验八十五：LCD1602液晶显示屏1602A模块蓝屏黄绿屏灰屏5V 3.3V焊排针 IIC/I2C

1602液晶

也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

LCD
是 Liquid Crystal Display 的简称，意为“液态晶体显示器”，也叫液晶显示器。LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分普及。

液晶
某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。液晶是在自然界中出现的一种十分新奇的中间态，并由此引发了一个全新的研究领域。自然界是由各种各样不同的物质组成。以前，人们熟知的是物质存在有3态：固态、液态和气态。而固态又可以分为晶态和非晶态。在晶态固体中分子具有取向有序性和位置有序性，即所谓的长程有序。当然这些分子在平衡位置会发生少许振动，但平均说来，它们一直保持这种高度有序的排列状态。

当通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。液晶是一种介于晶体状态和液态状态之间的中间物质。它兼有液体和晶体的某些特点，表现出一些独特的性质。

液晶显示材料
具有明显的优点：驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、生产过程自动化、成本低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器，便于携带等。由于这些优点。用液晶材料制成的计算机终端和电视可以大幅度减小体积等。液晶显示技术对显示显像产品结构产生了深刻影响，促进了微电子技术和光电信息技术的发展。液晶显示材料最常见的用途是电子表和计算器的显示板，为什么会显示数字呢？原来这种液态光电显示材料，利用液晶的电光效应把电信号转换成字符、图像等可见信号。液晶在正常情况下，其分子排列很有秩序，显得清澈透明，一旦加上直流电场后，分子的排列被打乱，一部分液晶会改变光的传播方向，液晶屏前后的偏光片会阻挡特定方向的光线，从而产生颜色深浅的差异，因而能显示数字和图象。

LCD 构成
1．背光源（或背光模组）——由于液晶分子自身是无法发光的，因此若想出现画面，液晶显示器需要专门的发光源来提供光线，然后经过液晶分子的偏转来产生不同的颜色。而背光源起到的就是提供光能的作用。之前液晶显示器采用的都是名叫CCFL的冷阴极射线管，其发光原理与日光灯几乎完全相同，而现在新品液晶显示器都采用了更加节能、长寿面的LED背光源。灯管（或LED）发光后藉由导光板将光线分布到各处，通过背面的反射板将所有的光线的方向集中朝向液晶分子。最后光线通过prism sheet以及扩散板将光线均匀的散发出去，避免出现中央亮度过高、四周亮度过低的情况。
2．上下层两个偏光片——偏光片的作用是让光线从单方向通过。
3．上层和下层两块玻璃基板——玻璃基板不仅仅是两块玻璃那么简单，其内侧具有沟槽结构，并附着配向膜，可以让液晶分子沿着沟槽整齐的排列。在上、下两层玻璃两侧会贴有TFT薄膜晶体管和彩色滤光片。
4．ITO透明导电层——其作用是提供导电通路，分为像素电极（P级）和公共电极（M级）。在下一页中我们为大家讲解液晶面板结构更多的内容。
5．薄膜晶体管（就是我们经常所说的TFT）——我们经常说TFT-LCD，其实际上指的就是这个薄膜晶体管，它的作用类似于开关，TFT能够控制IC控制电路上的信号电压，并将其输送到液晶分子中，决定液晶分子偏转的角度大小，因此其是非常重要的一个部件。
6．液晶分子层 ——液晶分子层是改变光线偏光状态最重要的元素，通过电力和弹性力共同决定其排列和偏光状态。
7．彩色滤光片——通过液晶分子偏转的光线只能显示不同的灰阶，但是不能提供红、绿、蓝（RGB）三原色，而彩色滤光片则由RGB三种过滤片组成，通过三者混和调节各个颜色与亮度。液晶面板中每一个像素由红、绿、蓝3个点构成，每种颜色的点各自拥有不同的灰阶变化。

LCD与OLED的不同点
虽然在一定环境下观看LCD显示屏会出现色彩失真的现象，但这并不代表LCD一点优点都没有，存在即合理，LCD也还是具有很多优点的。例如消费者最关心的功率消耗的问题，LCD的功率消耗量是比较小的，而且一般LCD显示屏都会采用数字式接口，用起来也是非常方便的。

OLED的工作原理是利用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为期间的阳极和也阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层和空穴传输层，然后分别迁移到发光层激发后发出可见光。OLED的显示核心是自发光体，与LCD相比，虽然OLED的成本相对较高，但它快速响应时间可缩短为微妙级别，因为其不需要背光，所以具有宽视角的特性，上下左右的视角宽度可高达170度。此外，由于OLED理论上可以显示无穷种色彩，所以即便是显示黑色，也是可以达到全黑画面的，这在对比度上就拥有了很大的优势。OLED屏可以做到弯曲、折叠的状态，然而OLED最大的优势还不止对比度一点，OLED拥有超薄面板、重量轻的特点，值得一提的是，OLED屏可以做到弯曲、折叠，甚至可以像一张纸一样挂在墙上、放在口袋里、镶在衣服上。所以OLED更是受到大众的喜爱。总的来说，OLED在图像质量与超薄的特点方面略胜一筹，在未来显示行业中，OLED也将处于领先的趋势。不过目前OLED受限于生产成本，在突破大尺寸显示屏方面遭遇了瓶颈，在考虑成本方面，近些年OLED有望转战小屏市场，但无论如何，OLED仍将是未来几年显示行中的一匹黑马。

LCD1602液晶屏5V显示模块
1602字符型液晶也叫1602液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。

1602模块管脚功能
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1引脚：GND为电源地
第2引脚：VCC接5V电源正极
第3引脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4引脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5引脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。
第6引脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。
第7～14引脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。
第15引脚背光正极，
第16引脚背光负极。

1602模块电原理图

IIC/I2C接口LCD1602转接板
控制板IO口只有20个，加些传感器、SD卡啥的，继电器等模块多了，IO口就不够用了，原来的1602屏至少需要7个IO口才能驱动起来，这个模块可以帮你省5个IO口。

参数
1.供电电压：+5V
2.支持I2C协议
3.具有背光灯，和对比度调节电位器
4.4线输出更简单
5.设备地址：0x27

PCF8574
用于 I2C 总线的远程 8 位 I/O 扩展器，该8位输入/输出（I/O）扩展器用于双线双向总线（I2c），设计用于2.5-V至6-V VCC操作。PCF8574设备通过I2C接口[串行时钟（SCL）、串行数据（SDA）]为大多数微控制器系列提供通用远程I/O扩展。该设备具有一个8位准双向I/O端口（p0-p7），包括用于直接驱动LED的高电流驱动能力的锁存输出。每个准双向I/O可以用作输入或输出，而无需使用数据方向控制信号。通电时，I/O很高。在此模式下，只有VCC的电流源处于激活状态。

实验开源代码

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验八十五： LCD1602A液晶屏5V显示模块（IIC/I2C接口）项目一：寻找查询设备IIC地址，在串口上即可看到1602的地址这里查询结果是“0x27”（这个地址不对的话，实测无法烧录程序）Arduino------LCD16025V-------------VCCGND-----------GNDA4-----------SDA IIC 数据线A5-----------SCL IIC 时钟线*/#include <Wire.h>void setup(){Wire.begin();Serial.begin(9600);Serial.println("\nI2C Scanner");}void loop(){byte error, address;int nDevices;Serial.println("Eagler8 Scanning...");nDevices = 0;for (address = 1; address < 127; address++ ){Wire.beginTransmission(address);error = Wire.endTransmission();if (error == 0){Serial.print("I2C device found at address 0x");if (address < 16)Serial.print("0");Serial.print(address, HEX);Serial.println(" !");nDevices++;}else if (error == 4){Serial.print("Unknow error at address 0x");if (address < 16)Serial.print("0");Serial.println(address, HEX);}}if (nDevices == 0)Serial.println("No I2C devices found\n");elseSerial.println("done\n");delay(5000); }

实验串口返回情况

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验八十五： LCD1602A液晶屏5V显示模块（IIC/I2C接口）项目二：显示字符“Welcome to Eagler8”Arduino------LCD16025V-------------VCCGND-----------GNDA4-----------SDA IIC 数据线A5-----------SCL IIC 时钟线*/#include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h>LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);  void MyPrintLCD(String MyString){for (int i=0;i<MyString.length();i++)lcd.write(MyString.charAt(i));}void setup(){lcd.init(); lcd.backlight(); MyPrintLCD("Welcome to "); lcd.setCursor(0,1); MyPrintLCD("     Eagler8");}void loop(){}

实验开源图形编程（Mixly、Mind+、编玩边学）

实验开源仿真编程（Linkboy V4.2）