字符型LCD使用指南：從入門到實(shí)踐

一、概述

字符型LCD是電子項(xiàng)目中常用的顯示設(shè)備，在Arduino項(xiàng)目里，它能快速顯示項(xiàng)目狀態(tài)信息。Adafruit售賣多種字符型LCD，像“標(biāo)準(zhǔn)”藍(lán)白16x2、RGB 16x2、“標(biāo)準(zhǔn)”藍(lán)白20x4和RGB 20x4等。這些LCD采用低功耗LED背光，工作電壓為+5V，僅需6個(gè)數(shù)據(jù)引腳就能通信，且引腳可任意選擇。不過要注意，本教程僅適用于Adafruit售賣的LCD，其他LCD可能不適用。

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二、字符型LCD與圖形LCD的區(qū)別

LCD種類繁多，本教程聚焦于字符型LCD。字符型LCD適合顯示文本，也能顯示小圖標(biāo)，但圖標(biāo)尺寸通常只有5x7像素左右。例如16字符x2行的字符型LCD，仔細(xì)觀察能看到顯示字符的小矩形，每個(gè)矩形是像素網(wǎng)格。而圖形LCD有一個(gè)大的像素網(wǎng)格（如128x64），雖能顯示文本，但更擅長顯示圖像。圖形LCD通常更大、更貴、使用更復(fù)雜，且因復(fù)雜度高需要更多引腳。

三、LCD的不同類型

字符型LCD雖只能顯示文本，但形狀多樣，有20x4藍(lán)底白字、16x4綠底黑字、16x2藍(lán)底白字和16x1灰底黑字等。好消息是這些顯示器可互換，項(xiàng)目中更換不同尺寸的LCD時(shí)，雖然代碼可能需調(diào)整，但布線相同。教程中主要使用單排16引腳的LCD，還有雙排8引腳的，但這種在面包板上布線較難，可參考此頁面獲取幫助。

四、字符型LCD的布線

（一）安裝引腳

有了LCD后，還需一個(gè)10K電位器來調(diào)節(jié)對比度，以及16針0.1英寸的引腳。若引腳過長可剪短，然后將引腳焊接到LCD上，不能簡單壓接，焊接時(shí)要注意避免過熱損壞面包板，可先焊1號(hào)和16號(hào)引腳，再取下完成其余焊點(diǎn)，將引腳插入面包板，把LCD放在上面焊接可保持穩(wěn)定。

（二）供電與背光

將LCD插入面包板，給面包板供電，將+5V連接到紅色軌道，接地連接到藍(lán)色軌道。連接LCD的背光，將16號(hào)引腳接地，15號(hào)引腳接+5V。大多數(shù)LCD（包括Adafruit的）已內(nèi)置LED背光的串聯(lián)電阻，若沒有則需添加，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊計(jì)算電阻值，若找不到數(shù)據(jù)手冊，使用220歐姆電阻較安全，但可能使背光較暗。連接Arduino電源后，背光應(yīng)亮起，部分低價(jià)LCD可能無背光。

（三）對比度電路

將對比度電位器放在靠近1號(hào)引腳的一側(cè)，將電位器一側(cè)接+5V，另一側(cè)接地，中間引腳（滑動(dòng)端）連接到LCD的3號(hào)引腳。打開Arduino，若有背光會(huì)亮起，旋轉(zhuǎn)電位器可看到第一行矩形出現(xiàn)，這表明邏輯、背光和對比度都已調(diào)好。

（四）總線布線

LCD有11條總線線路：D0 - D7（8條數(shù)據(jù)線）、RS、EN和RW。其中RW在僅向顯示器寫入數(shù)據(jù)時(shí)可不連接，可將其接地；也可使用4條數(shù)據(jù)線而非8條，節(jié)省引腳。我們只需6個(gè)引腳（RS、EN、D7、D6、D5、D4）與LCD通信，使用LiquidCrystal庫可簡化引腳設(shè)置。具體布線如下：

• RW引腳（5號(hào)）接地。
• RS引腳（4號(hào)）用棕色線連接到Arduino數(shù)字引腳7。
• EN引腳（6號(hào)）用白色線連接到Arduino數(shù)字引腳8。
• DB7（14號(hào)引腳）用橙色線連接到Arduino 12號(hào)引腳。
• DB6（13號(hào)引腳，黃色）、DB5（12號(hào)引腳，綠色）和DB4（11號(hào)引腳，藍(lán)色）分別連接到Arduino 11、10和9號(hào)引腳。

五、Arduino代碼

Arduino已內(nèi)置LiquidCrystal庫，只需加載示例并根據(jù)使用的引腳修改代碼。例如，將LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);改為LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12);以匹配引腳表。編譯并上傳代碼，必要時(shí)調(diào)整對比度。不同尺寸和顏色的LCD都可使用，如20x4 LCD或綠底黑字的LCD，部分綠底黑字LCD可能無背光。

（一）多行顯示問題

LCD處理長消息和多行顯示時(shí)，16x2 LCD會(huì)截?cái)喑^16個(gè)字符的內(nèi)容，20x4 LCD會(huì)將第一行內(nèi)容換行到第三行（第二行到第四行），這是LCD內(nèi)存配置的問題，目前尚無完美解決方案，編寫長行內(nèi)容時(shí)需注意字符數(shù)量，避免溢出。

六、RGB背光LCD

Adafruit有多種RGB背光LCD，其工作原理與普通字符型LCD相同，但背光有紅、綠、藍(lán)三個(gè)LED，可生成任意顏色。布線并測試LCD后，將LED連接到Arduino的PWM模擬輸出引腳以精確設(shè)置顏色，使用剩余的三個(gè)PWM引腳，將紅色LED（LCD 16號(hào)引腳）連接到數(shù)字3，綠色LED（LCD 17號(hào)引腳）連接到數(shù)字5，藍(lán)色LED（LCD 18號(hào)引腳）連接到數(shù)字6，LCD已內(nèi)置電阻，無需額外添加。上傳特定代碼可使LCD背景光循環(huán)變色。

七、Python與CircuitPython

使用Adafruit CircuitPython CharLCD模塊，可輕松用CircuitPython或Python控制字符型LCD（單背光或RGB背光）?？稍谌魏蜟ircuitPython微控制器板或有GPIO和Python的計(jì)算機(jī)上使用。

（一）CircuitPython微控制器布線

按照Arduino的布線方式將字符型LCD連接到板上。單顏色背光LCD的布線示例：

• 板5V連接到LCD 2號(hào)引腳和電位器一側(cè)。
• 板GND連接到LCD 1、5、16號(hào)引腳和電位器另一側(cè)。
• 電位器輸出（中間引腳）連接到LCD 3號(hào)引腳。
• 板D7 - D14分別連接到LCD 4、6、11 - 14號(hào)引腳。
• 板D13連接到LCD 15號(hào)引腳。

RGB背光LCD的布線示例：除上述連接外，還需將板D3、D5、D6分別連接到LCD 16（紅色背光）、17（綠色背光）、18（藍(lán)色背光）號(hào)引腳，且每個(gè)顏色通道需連接到板上支持PWM的輸出引腳。

（二）Python計(jì)算機(jī)布線

以樹莓派為例，單顏色背光LCD的布線：

• 樹莓派5V連接到LCD 2、15號(hào)引腳和電位器一側(cè)。
• 樹莓派GND連接到LCD 1、5、16號(hào)引腳和電位器另一側(cè)。
• 電位器輸出（中間引腳）連接到LCD 3號(hào)引腳。
• 樹莓派GPIO26 - GPIO27分別連接到LCD 4、6、11 - 14號(hào)引腳。

RGB背光LCD的布線：除上述連接外，還需將樹莓派GPIO21、GPIO12、GPIO18分別連接到LCD 16（紅色背光）、17（綠色背光）、18（藍(lán)色背光）號(hào)引腳，且每個(gè)顏色通道需連接到計(jì)算機(jī)上支持PWM的輸出引腳。

（三）CircuitPython安裝CharLCD庫

需在CircuitPython板上安裝Adafruit CircuitPython CharLCD庫。先確保運(yùn)行最新版本的Adafruit CircuitPython，再從Adafruit的CircuitPython庫捆綁包中安裝必要的庫，非Express板（如Trinket M0或Gemma M0）需手動(dòng)安裝相關(guān)庫，安裝完成后連接到板的串行REPL。

（四）Python安裝CharLCD庫

需安裝Adafruit_Blinka庫以在Python中支持CircuitPython，可能還需在平臺(tái)上啟用I2C并確保運(yùn)行Python 3，然后從命令行運(yùn)行sudo pip3 install adafruit-circuitpython-charlcd（默認(rèn)Python為3版本時(shí)可使用pip）。

（五）Python與CircuitPython使用

使用Python代碼初始化并顯示文本。導(dǎo)入digitalio模塊并定義連接到LCD的引腳，根據(jù)不同的布線方式調(diào)整引腳分配。定義LCD的列數(shù)和行數(shù)，導(dǎo)入字符LCD模塊并創(chuàng)建相應(yīng)的實(shí)例（單顏色背光使用Character_LCD_Mono，RGB背光使用Character_LCD_RGB）。通過message屬性打印消息，可使用cursor屬性控制光標(biāo)開關(guān)，clear函數(shù)清除顯示內(nèi)容，blink屬性控制光標(biāo)閃爍，move_left和move_right函數(shù)移動(dòng)顯示內(nèi)容。對于RGB背光LCD，可使用color函數(shù)設(shè)置背光顏色。

（六）完整示例代碼

文檔提供了Metro M0/M4和樹莓派的簡單測試示例代碼，可參考代碼實(shí)現(xiàn)基本的顯示功能。

八、Python文檔與自定義字符

可參考Python文檔獲取更多信息。若需要特殊字符，可使用createChar命令，此網(wǎng)站可幫助生成自定義字符。

你在使用字符型LCD的過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。