16×2 LCD 模块的驱动

16×2 LCD 模块的驱动

点阵字符型LCD-TC1602A
点阵字符型液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的显示
器。由于其具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等优点，自问世以来LCD 就得到了广泛应
用。字符型液晶显示器模块在国际上已经规范化，在市场上内核为HD44780 的较常见（可
以参考配套光盘上的数据手册）。本章以TC1602A型LCD为例介绍其驱动程序的编写方法。
1. TC1602A 液晶显示器与DP-51PROC 实验仪的连接
DP-51PROC 实验仪上有一标准的LCD 液晶显示器接口J106，标注为LCD1602。
它与P87C52X2 以总线方式连接，其硬件连接如图2.57 所示。
2. 驱动程序的使用
本驱动程序可以在没有Small RTOS51 的情况下使用。此时，要使用本驱动程序只需
要配置设置读写液晶模块LCD1602 的数据、命令、状态的方法。定义它们的例子见程序
清单4.1。因为在驱动程序的主文件lcd1602.c 仅包含一个文件config.h，所以用户必须
把它们放在文件config.h 中。如果用户单独使用lcd1602.c，还要在config.h 包含
lcd1602.h 文件和其它必须的文件如reg51 等；并定义宏TRUE、FALSE 和与编译器无关
的数据类型。在使用Small RTOS51 的情况下，如果用户只有一个任务使用液晶模块
LCD1602 总线，用户只要在config.h 定义这些方法就可以了。 如果用户不止一个任务需要访问液晶模块LCD1602，则驱动程序需要使用信号量保证各个任务对液晶模块
LCD1602 的互斥操作。这时，需要将宏LCD1602_SEM 定义为分配给液晶模块LCD1602
驱动程序的信号量的索引，并在使用驱动程序前建立这个信号量。
在使用液晶模块LCD1602 驱动程序前应该调用函数Lcd1602Init()初始化液晶模块。
单独使用或单任务使用本驱动程序时，使用函数Lcd1602DispStr()在屏幕指定位置显示
字符串，使用函数Lcd1602Clr()清除指定行。如果有特殊字符需要写入液晶模块，则可以
调用函数Lcd1602LoadC()。如果有多个任务需要对使用本驱动程序，则是分别调用宏
OSLcd1602DispStr()、OSLcd1602Clr()和OSLcd1602LoadC()。
当有多个任务需要对液晶模块LCD1602 操作时，还要注意驱动程序的重入问题。如果
用户不是在Keil C51 中使用Small RTOS51，可能不需要关心这个问题。但在Small
RTOS51 中，因为液晶驱动程序使用了通用指针，导致函数Lcd1602DispStr()和
Lcd1602LoadC()不可重入。幸好这个问题并不严重，只要禁止所有使用了液晶的任务与
Lcd1602DispStr()和Lcd1602LoadC()进行覆盖分析就对程序没有影响了。这是因为使
用了信号量使各个任务互斥调用函数Lcd1602DispStr()和Lcd1602LoadC()。如果只有
一个任务对器件写，则不需要禁止对它们进行覆盖分析。
程序清单4.1 DP-51PROC 中读写液晶模块LCD1602 的数据、命令、状态的方法
/* 定义LCD1602 操作地址 */
#define LCD1602_WR XBYTE[0x2001] /* 写数据操作地址 */
#define LCD1602_RD XBYTE[0x2002] /* 读状态操作地址 */
#define LCD1602_WC XBYTE[0x2000] /* 写命令操作地址 */
//写命令
#define LCD1602_SEND_COMMAND(a)
LCD1602_WC = a; /* 写命令 */
//写数据
#define LCD1602_SEND_DATA(a)
LCD1602_WR = a; /* 写数据 */
#ifdef IN_LCD17602
//返回状态
uint8 LCD1602_GET_FLAG(void)
{
return (LCD1602_RD); /* 返回液晶状态 */
}
#endif
3. 对TC1602A 操作的基本函数
1) 等待TC1602A 操作完成
液晶模块TC1602A 的控制器HD44780 速度较慢，每次进行读写操作时，应首先检测
上次操作是否完成，或在每次读写操作后延时1ms 等待读写完成。这是通过调用函数
Lcd1602Delay()来完成的。程序Lcd1602Delay()的代码见程序清单4.2。
程序清单4.2 等待TC1602A 空闲

void Lcd1602Delay(void)
{
uint8 i;
i = 100; (1)
do
{
if ((LCD1602_GET_FLAG() & 0x80) == 0) (2)
{
break; (3)
}
} while (--i != 0); (4)
}
程序首先设置循环次数（程序清单4.2(1)），然后在循环中检测液晶模块是否空闲（程
序清单4.2(2)）。如果空闲，函数结束。设置循环上限目的是为了避免液晶损坏而使程序进
入无限循环。
2) 向TC1602A 发送命令
驱动程序使用函数Lcd1602SendComm()向液晶模块TC1602A 发送命令，它的唯
一参数为将要发送的命令字。函数Lcd1602SendComm()代码见程序清单4.3。代码很
简单，不作介绍。
程序清单4.3 向TC1602A 发送命令
void Lcd1602SendComm(uint8 Command)
{
Lcd1602Delay(); /* 等待任务lcd1602 空闲 */
LCD1602_SEND_COMMAND(Command); /* 写命令字 */
}
3) 向TC1602A 发送数据
驱动程序使用函数Lcd1602SendDate ()向液晶模块TC1602A 发送数据，它的唯一
参数为将要发送的数据。函数Lcd1602SendDate ()代码见程序清单4.4。代码很简单，
不作介绍。
程序清单4.4 向TLC1602A 发送数据
void Lcd1602SendDate(uint8 Data)
{
Lcd1602Delay(); /* 等待任务lcd1602 空闲 */
LCD1602_SEND_DATA(Data); /* 写数据 */
}
4. 初始化TC1602A 液晶显示器
在使用TC1602A液晶显示器前必须对它进行初始化，这是通过调用函数Lcd1602Init()

实现，其代码见程序清单4.5。
程序清单4.5 初始化TC1602A
void Lcd1602Init(void)
{
Lcd1602SendComm(LCD1602_MODE); (1)
Lcd1602SendComm(LCD1602_NO_FLASH); (2)
Lcd1602SendComm(LCD1602_NO_SHIFT); (3)
Lcd1602SendComm(LCD1602_SH); (4)
Lcd1602Clr(1); (5)
Lcd1602Clr(2); (6)
}
程序首先设置液晶模块控制器HD44780 的工作模式（程序清单4.5(1)），其中
LCD1602_MODE 的值在文件lcd1602.h 中定义，为0x3c。从前面介绍可知，这是把
HD44780 设置为8 位总线、两行显示、5*10 点阵字体。然后打开显示（程序清单4.5(2)），
其中LCD1602_NO_FLASH 的值在文件lcd1602.h 中定义，为0x0c。从前面介绍可知，
这是使液晶开始显示、不显示光标、光标不闪烁。接着设置液晶模块的输入方式（程序清单
4.5(3)），其中LCD1602_NO_SHIFT 的值在文件lcd1602.h 中定义，为0x06。从前面
介绍可知，这使模块数据输入为增量方式,显示内容不移动（光标移动）。接下来设置光标位
移方式（程序清单4.5(4)）；其中LCD1602_SH 的值在文件lcd1602.h 中定义，为0x14。
从前面介绍可知，这是使显示一个字符时光标左移，并且光标在下一个要显示的字符的位置。
最后是清屏（程序清单4.5(5)、(6)）。
4. 清除指定行
如果有多个任务需要操作液晶模块TC1602A，则使用OSLcd1602Clr()清除显示模块
的某一行。如果仅一个任务需要操作操作液晶模块TC1602A，则使用Lcd1602Clr()清除
显示模块的某一行。OSLcd1602Clr()是一个宏，代码见程序清单4.6。
程序清单4.6 多任务中清除指定行
#define OSLcd1602Clr(y)
{
OSSemPend(LCD1602_SEM, 0); (1)
Lcd1602Clr(y); (2)
OSSemPost(LCD1602_SEM); (3)
}
程序通过在液晶模块TC1602A 上清除指定行之前等待信号量（程序清单4.6(1)）和
在液晶模块TC1602A 上清除指定行之后发送信号量（程序清单4.6(3)）来实现对器件的
互斥操作。这样做的原因可以参见4.1 节。在宏中调用函数Lcd1602Clr()在液晶模块
TC1602A 清除指定行。而函数Lcd1602Clr()就是单任务情况下在液晶模块TC1602A 清
除指定行的函数，所以两者的参数相同。
函数Lcd1602Clr()的代码见程序清单4.7。函数Lcd1602Clr()的流程图见图4.1。 函
数Lcd1602Clr()有唯一参数指示需要清除的行。

程序清单4.7 单任务中清除指定行
void Lcd1602Clr(uint8 y)
{
uint8 i;
i = 0; (1)
if (y == 1) (2)
{
Lcd1602SendComm(LCD1602_LINE1); (3)
i = 16; (4)
}
else if (y == 2) (5)
{
Lcd1602SendComm(LCD1602_LINE2); (6)
i = 16; (7)
}
if (i != 0) (8)
{
do
{
Lcd1602SendDate(' '); (9)
} while (--i != 0); (10)
}
}
函数Lcd1602Clr()首先要根据清除的行号设置相应的行显示首地址（程序清单
4.7(3)、(6)）。LCD1602_LINE1 和LCD1602_LINE2 的值在文件lcd1602.h 中定义，
分别为0x80 和0xc0，为各行的显示首地址+0x80（0x80 为设置显示地址命令）。然后
函数Lcd1602Clr()判断行号是否有效（程序清单4.7(8)）。这里利用了变量i 作为标志来
判断。变量i 同时也存储需要清除的字符的个数。真正的清除行是通过显示16（一行的字
符数）个空格来实现的（程序清单4.7(9)、(10)）。

图4.1 单任务清除指定行流程图
6．在指定位置显示字符串
如果有多个任务需要操作液晶模块TC1602A，则使用OSLcd1602DispStr()来显示
一个字符串。如果仅一个任务需要操作操作液晶模块TC1602A，则使用Lcd1602DispStr()
来显示一个字符串。OS Lcd1602DispStr()是一个宏，代码见程序清单4.8。
程序清单4.8 多任务中在指定位置显示字符串
#define OSLcd1602DispStr(x, y, Data)
{
OSSemPend(LCD1602_SEM, 0); (1)
Lcd1602DispStr((x), (y), (Data)); (2)
OSSemPost(LCD1602_SEM); (3)
}

程序通过在液晶模块TC1602A 上显示字符串行之前等待信号量（程序清单4.8(1)）
和在液晶模块TC1602A 上显示字符串之后发送信号量（程序清单4.8(3)）来实现对器件
的互斥操作。这样做的原因可以参见前面的叙述。在宏中调用函数Lcd1602DispStr()在
液晶模块TC1602A 上显示字符串。而函数Lcd1602DispStr())就是单任务情况下在液晶
模块TC1602A 显示字符串的函数，所以两者的参数相同。
函数Lcd1602DispStr()的代码见程序清单4.4。函数Lcd1602DispStr()的流程图
见图4.2，该图作了简化。 函数Lcd1602DispStr()的参数中x，y 指示字符串开始显示
的位置坐标，其中液晶模块TC1602A 的左上角坐标定义为1,1。而参数Data 指向将要显
示的字符串（以’\0’作为结束标志）。该函数会自动换行，即当第一行显示不完整个字符串
则从第二行开始处继续显示；但如果第二行显示不完则剩余的字符不再显示。
程序清单4.9 单任务中在指定位置显示字符串
void Lcd1602DispStr(uint8 x, uint8 y, char *Data)
{
if (y == 1) (1)
{
if (x < (16 + 1)) (2)
{
Lcd1602SendComm(LCD1602_LINE1 - 1 + x); (3)
for( ; x < (16 + 1) && *Data != '\0'; x++) (4)
{
Lcd1602SendDate(*Data++); (5)
}
if (*Data != '\0') (6)
{
x = 1; (7)
y = 2; (8)
}
}
}
if (y == 2) (9)
{
Lcd1602SendComm(LCD1602_LINE2 - 1 + x); (10)
for( ; x < (16 + 1) && *Data != '\0'; x++) (11)
{
Lcd1602SendDate(*Data++); (12)
}
}
}
函数Lcd1602DispStr()首先判断字符串是否在第一行显示（程序清单4.9(1)）；是否
超过行尾（ 程序清单4.9(2) ）。如果在第一行的显示范围内开始显示， 函数
Lcd1602DispStr()将设置显示开始的地址（程序清单4.9(3)）），并开始写入显示字符（程
序清单4.9(5)）直到行尾或字符串结束（程序清单4.9(4)）。接着判断显示字符串是否结束（程序清单4.9(6)）,如果没有，重新设置显示的开始地址为第二行（程序清单4.9(8)）
第一列（程序清单4.9(7)）。由于需要支持自动换行，函数Lcd1602DispStr()直接使用if
判断是否在第二行显示（程序清单4.9(9)）使字符串在第一行显示不完时可以在第二行开
始处接着显示。如果在第二行显示，则也需要设置显示开始的地址（程序清单4.9(10)）），
并接着写入显示字符（程序清单4.9(12)）直到行尾或字符串结束（程序清单4.9(11)）。
因为液晶模块仅两行，所以不需要再次判断字符串是否显示完毕。

图4.2 单任务在指定位置显示字符串流程图

7. 在指定地址向液晶模块写多个字符
如果用户需要把任意字符写入液晶模块TC1602A 的任意地址， 可以调用
OSLcd1602LoadC()或Lcd1602LoadC()实现。当用户有多个任务需要操作液晶模块
TC1602A，使用OSLcd1602LoadC()来写多个字符。当用户仅一个任务需要操作操作液
晶模块TC1602A，则使用Lcd1602LoadC()来写多个字符。OSLcd1602LoadC()是一个
宏，代码见程序清单4.10。
程序清单4.10 多任务中在指定地址写多个字符
#define OSLcd1602LoadC(addr, dstr, no)
{
OSSemPend(LCD1602_SEM, 0); (1)
Lcd1602LoadC ((addr), (dstr), (no)); (2)
OSSemPost(LCD1602_SEM); (3)
}
程序通过对液晶模块TC1602A 写字符之前等待信号量（程序清单4.10(1)）和对液
晶模块TC1602A 写字符之后发送信号量（程序清单4.10(3)）来实现对器件的互斥操作。
这样做的原因可以参见4.1 节。在宏中调用函数Lcd1602LoadC()对液晶模块TC1602A
写字符。而函数Lcd1602LoadC()就是单任务情况下对液晶模块TC1602A 写字符的函数，
所以两者的参数相同。
函数Lcd1602LoadC()的代码见程序清单4.11。函数Lcd1602LoadC()的第一个参
数Addr 为将要写入字符的开始地址；第二个参数Data 为指向将要写入的字符；第三个参
数NChar 为将要写入的字符数目。程序比较简单，这里不再说明。
程序清单4.11 单任务中在指定地址写多个字符
void Lcd1602LoadC(uint8 Addr, uint8 *Data, uint8 NChar)
{
Lcd1602SendComm(Addr | 0x80); // 设置写入地址
do
{
Lcd1602SendDate(*Data++);
} while (--NChar != 0);
}
8. 驱动程序在DP-51PROC 上使用的例子
在DP-51PROC 上运行本程序后，液晶TC1602A 的第一行闪动显示字符串"Small
RTOS51"，第二行滚动显示另一个长字符串。（接线可以参考实验26 上的接法）
例子的主要代码见程序清单4.12。程序比较简单，这里不再说明。
程序清单4.12 驱动程序使用的例子主要代码
/*************************************************************
** 函数名称: main

** 功能描述: 主函数，用户程序从这里执行
** 输 入: 无
** 输 出: 无
** 全局变量: 无
** 调用模块: init(),OSStart(),LCMIni(),LCMClr();
*************************************************************/
void main(void)
{
init();
Lcd1602Init();
OSStart();
}
/*************************************************************
** 函数名称: LcdDisplay1
** 功能描述: 一个任务，在液晶第一行闪动字符串“Small RTOS51”
** 输 入: 无
** 输 出: 无
** 全局变量: 无
** 调用模块: OSSemCreate(),OSLcd1602DispStr(),OSWait(),Lcd1602Clr()
*************************************************************/
void LcdDisplay1(void)
{
OSSemCreate(LCD1602_SEM, 1);
while (1)
{
OSLcd1602Clr(1); // 第一行清屏
OSWait(K_TMO, OS_TICKS_PER_SEC / 2); // 延时0.5S
OSLcd1602DispStr(4, 1, "Small RTOS51");
// 第一行显示" Small RTOS51"
OSWait(K_TMO, (OS_TICKS_PER_SEC + 1) / 2); // 延时0.5S
}
}
/*************************************************************
** 函数名称: LcdDisplay2
** 功能描述: 一个任务，在液晶第二行滚动显示一个字符串
** 输 入: 无
** 输 出: 无
** 全局变量: 无
** 调用模块: OSLcd1602DispStr(),OSWait()
*************************************************************/

char xdata LogoStr[] = " Hello,World! Down it from www.zlgmcu.com";
void LcdDisplay2(void)
{
uint8 *cp;
cp = LogoStr;
while(1)
{
OSLcd1602Clr(2); // 第二行清屏
OSLcd1602DispStr(1, 2, cp); // 显示字符串
OSWait(K_TMO, OS_TICKS_PER_SEC / 4); // 延时0.25S
cp++;
if (*cp == '\0')
{
cp = LogoStr;
}
}
}
代码的其它部分参见本书配套光盘中的源代码。