USB + Serial RGB Backlight Character LCD Backpack：便捷的字符顯示解決方案

在電子項目中，為項目或計算機(jī)添加字符顯示功能是常見需求。而 Adafruit 推出的 USB 或 TTL 串行背包（USB + Serial RGB Backlight Character LCD Backpack）為這一需求提供了極為便捷的解決方案。

文件下載：782.pdf

一、產(chǎn)品概述

這款定制的 PCB 板可以安裝在任何“標(biāo)準(zhǔn)”字符 LCD（16x2 或 20x4 尺寸）的背面，能實現(xiàn)打印文本、自動滾動、設(shè)置背光、調(diào)整對比度、制作自定義字符、開啟和關(guān)閉光標(biāo)等功能。它甚至能處理 RGB 背光 LCD，對背光進(jìn)行全 8 位 PWM 控制，可將背景顏色隨意更改，如紅色、綠色、藍(lán)色等，也可關(guān)閉背光以獲得中性背景。

背包內(nèi)部采用了支持 USB 的 AT90USB162 芯片，它能通過迷你 B 型 USB 端口和 TTL 串行輸入線接收命令。USB 接口在 Windows、Mac 和 Linux 系統(tǒng)中會顯示為 COM/串行端口，背包會自動選擇正在使用的輸入數(shù)據(jù)。對于 USB 連接，可在任何波特率下工作；對于 TTL 連接，默認(rèn)波特率為 9600，也可通過命令將波特率設(shè)置為 2400、4800、9600、19200、28800 或 57600 波特，且波特率會在開機(jī)時顯示在 LCD 上。任何自定義設(shè)置，如波特率、背光顏色、亮度、啟動畫面等，都會永久存儲在 EEPROM 中。其命令接口與流行的“Matrix Orbital”規(guī)格兼容，還增加了一些用于 RGB 背光和設(shè)置 LCD 尺寸的額外命令。若不想使用命令，直接向 LCD 發(fā)送 ASCII 字符，文本就會神奇地顯示出來。

二、數(shù)據(jù)傳輸接口

（一）USB 接口

USB 接口是最便捷的方式。只需用迷你 B 型電纜將背包連接到計算機(jī)，即可實現(xiàn)供電和數(shù)據(jù)傳輸。在 Windows、Mac 和 Linux 計算機(jī)上，背包會顯示為“USB 串行端口”。Windows 需要 INF 文件，而 Mac 和 Linux 無需驅(qū)動。Windows 會創(chuàng)建 COM 端口，Mac/Linux 會在 /dev/cu.usbserialXX 或類似路徑下創(chuàng)建設(shè)備，插入設(shè)備后運行 dmesg 命令可查看設(shè)備名稱。使用 USB 時，可使用任何終端程序以任意波特率連接到端口并發(fā)送文本和命令數(shù)據(jù)，波特率對 USB 連接無影響，選擇 9600 或其他方便的波特率即可。

（二）TTL 串行接口

可通過紅/黑/白線進(jìn)行連接。將黑線接地，紅線接 +5V 提供電源，白線為 5V TTL 串行輸入。默認(rèn)情況下，背包配置為 9600 波特、8 位、無校驗、1 個停止位，也可根據(jù)需要配置波特率。通電時，背包會在顯示屏上閃爍 100 毫秒波特率，若有疑問，可在觀察顯示屏的同時連接。也可通過 USB 連接（USB 不使用波特率）并在那里重置波特率。對于 USB 連接的硬接線，有標(biāo)準(zhǔn)的“5x1”引腳排列的 USB 分線；對于 TTL 連接的硬接線，PCB 邊緣有 RX 和 TX 引腳的分線。

三、組裝步驟

（一）焊接 LCD 顯示屏

首先，將字符 LCD 顯示屏焊接到背包上。需注意，僅支持字符類型的顯示屏，尺寸最大為 20x4。所有 Adafruit 字符顯示屏都適用，但不能保證其他顯示屏能正常工作。若購買的套件中有額外的藍(lán)色 10K 電位器，該部件并非此套件必需，可用于其他項目。背包配有一段排針，可用于安裝顯示屏，使用無焊面包板能更方便地將排針安裝整齊。

（二）準(zhǔn)備排針

將排針折斷，使其與 LCD 的引腳數(shù)量匹配。將排針長端朝下放入面包板，然后將 LCD 放在上面。若使用有兩行引腳的 LCD，要確保使用與示例圖像匹配的那一行。

（三）焊接排針和背包

用烙鐵焊接所有排針，然后將背包與 LCD 的角落對齊，使背包上的孔與 LCD 位置一致，最后完全焊接背包。

四、文本發(fā)送與測試

（一）發(fā)送文本

要顯示文本，只需發(fā)送 ASCII 字符。需注意一些特殊字符：換行符（0x0A 或 'n'）會用空格填充當(dāng)前行的剩余部分并移動到下一行；回車符（0x0D 或 'r'）不會被處理；退格符（0x08）會將字符后退一個空格并用空格替換最后一個字符以擦除它。唯一特殊的字符是 0xFE，它是“命令開始”字符。

（二）USB 測試

測試 LCD 和背包的最簡單方法是將其連接到計算機(jī)，使用終端程序發(fā)送數(shù)據(jù)。用任何迷你 B 型 USB 電纜連接到背包，Windows 需要指向 INF 驅(qū)動文件（可在下載部分找到），Mac 和 Linux 無需驅(qū)動。插入背包后，會創(chuàng)建一個串行端口，Windows 中稱為 COM 端口，可在設(shè)備管理器的“端口”中查看；Mac/Linux 可運行 dmesg 命令查看端口名稱，也可在終端窗口中輸入 ls /dev/cu.* 查看連接和斷開電纜時出現(xiàn)或消失的項目。知道端口名稱后，可使用喜歡的終端程序進(jìn)行連接，例如使用 Arduino 內(nèi)置的基本終端。若使用功能更強(qiáng)大的監(jiān)視器，如 CoolTerm（Mac）或 RealTerm（Windows），可觀察每個字符的輸入情況。選擇與背包對應(yīng)的 COM 串行端口，打開串行端口監(jiān)視器，在文本框中輸入“Hello World!”，點擊發(fā)送后，文本將傳輸?shù)奖嘲@示出來。若要測試更多命令，可查看 GitHub 存儲庫中的 Python 腳本。

（三）TTL 串行測試

可以使用 Arduino 微控制器發(fā)送文本和命令，當(dāng)然也可使用任何能配置為 9600 波特串行輸出的微控制器。將 JST 電纜連接到背包，紅線接 +5V，黑線接地，白線接數(shù)字引腳 #2（可根據(jù)需要更改）?？蓮?GitHub 存儲庫下載示例代碼。在代碼中，可設(shè)置顯示尺寸、RGB 背光并創(chuàng)建自定義字符。設(shè)置顯示尺寸、對比度、亮度、關(guān)閉光標(biāo)、創(chuàng)建自定義字符、清屏、歸位等操作都有相應(yīng)的命令，每個命令后建議添加延遲，以確保數(shù)據(jù)發(fā)送和 LCD 更新。在循環(huán)中，可調(diào)整背光顏色，讓背景顏色不斷變化。

五、命令參考

（一）基本命令

• 顯示開啟：0xFE 0x42，打開顯示屏背光，參數(shù)表示開啟的分鐘數(shù)，但該超時功能未處理，此參數(shù)會被忽略。
• 顯示關(guān)閉：0xFE 0x46，關(guān)閉顯示屏背光。
• 設(shè)置亮度：0xFE 0x99，設(shè)置背光的整體亮度（顏色分量單獨設(shè)置，亮度設(shè)置在顏色設(shè)置后生效），設(shè)置會保存到 EEPROM。
• 設(shè)置并保存亮度：0xFE 0x98，與上述功能相同。
• 設(shè)置對比度：0xFE 0x50，設(shè)置顯示屏對比度，一般 180 - 220 的值效果較好，設(shè)置會保存到 EEPROM。
• 設(shè)置并保存對比度：0xFE 0x91，與上述功能相同。
• 自動滾動開啟：0xFE 0x51，當(dāng)文本接收且顯示屏無空間時，文本會自動滾動，使第二行變?yōu)榈谝恍?，新文本始終顯示在顯示屏底部。
• 自動滾動關(guān)閉：0xFE 0x52，當(dāng)文本接收且顯示屏無空間時，文本會換行到顯示屏頂部開始顯示。
• 清屏：0xFE 0x58，清除顯示屏上的所有文本。
• 更改啟動畫面：0xFE 0x40，發(fā)送此命令后，最多可寫入 32 個字符（16x2 顯示屏）或 80 個字符（20x4 顯示屏），這些字符將在啟動時作為啟動畫面顯示。若不需要啟動畫面，可寫入多個空格。
• 移動和更改光標(biāo)：
  • 設(shè)置光標(biāo)位置：0xFE 0x47，設(shè)置文本輸入光標(biāo)的位置，列和行編號從 1 開始，左上角第一個位置為 (1, 1)。
  • 歸位：0xFE 0x48，將光標(biāo)置于位置 (1, 1)。
  • 光標(biāo)后退：0xFE 0x4C，將光標(biāo)后退一個空格，若在位置 (1, 1)，會“環(huán)繞”到最后一個位置。
  • 光標(biāo)前進(jìn)：0xFE 0x4D，將光標(biāo)前進(jìn)一個空格，若在最后一個位置，會“環(huán)繞”到 (1, 1) 位置。
  • 下劃線光標(biāo)開啟：0xFE 0x4A，開啟下劃線光標(biāo)。
  • 下劃線光標(biāo)關(guān)閉：0xFE 0x4B，關(guān)閉下劃線光標(biāo)。
  • 塊狀光標(biāo)開啟：0xFE 0x53，開啟閃爍的塊狀光標(biāo)。
  • 塊狀光標(biāo)關(guān)閉：0xFE 0x54，關(guān)閉閃爍的塊狀光標(biāo)。

（二）RGB 背光和 LCD 尺寸

• 設(shè)置 RGB 背光顏色：0xFE 0xD0，將背光設(shè)置為紅、綠、藍(lán)分量顏色，值范圍為 0 到 255（一個字節(jié)），設(shè)置會保存到 EEPROM。例如，將背光設(shè)置為紅色的命令是 0xFE 0xD0 0xFF 0x0 0x0，藍(lán)色是 0xFE 0xD0 0x0 0x0 0xFF，白色是 0xFE 0xD0 0xFF 0xFF 0xFF。
• 設(shè)置 LCD 尺寸：0xFE 0xD1，可配置背包所連接顯示屏的尺寸，設(shè)置會保存到 EEPROM，只需設(shè)置一次，可能需要重啟電源以使更改從 EEPROM 重新加載并生效。

（三）自定義字符

• 創(chuàng)建自定義字符：0xFE 0x4E，在指定位置創(chuàng)建自定義字符，位置范圍為 0 到 7（共 8 個位置），需發(fā)送 8 個字節(jié)以指示字符的外觀。
• 將自定義字符保存到 EEPROM 庫：0xFE 0xC1，將自定義字符保存到 EEPROM 庫以供后續(xù)使用，每個庫有 4 個庫，每個庫有 8 個位置。
• 從 EEPROM 庫加載自定義字符：0xFE 0xC0，將保存到 EEPROM 庫的所有 8 個字符加載到 LCD 的內(nèi)存中。

（四）通用輸出

通用輸出有 4 個未被背包使用的引腳，可將這些引腳設(shè)置為高電平或低電平。GPO1 標(biāo)記為 PB0，GPO2 標(biāo)記為 PC2，GPO3 標(biāo)記為 PC4，GPO4 標(biāo)記為 PC7。

• GPO 關(guān)閉：0xFE 0x56，將通用引腳設(shè)置為低電平（0V）。
• GPO 開啟：0xFE 0x57，將通用引腳設(shè)置為高電平（5V）。
• GPO 初始狀態(tài)：0xFE 0xC3，設(shè)置 GPO 引腳的“初始”狀態(tài)。

（五）不支持的功能

• 設(shè)置自動換行開啟（0xFE 0x43）和設(shè)置自動換行關(guān)閉（0xFE 0x44）不支持，自動換行功能始終開啟。
• 初始化/放置中大型數(shù)字、水平條和垂直條不支持。

六、下載資源

（一）文件

• 測試軟件（https://adafru.it/aXM）和 AT90 固件（https://adafru.it/aXM）可在 GitHub 上獲取。背包使用 Teensy v1.0 框架，雖無修改固件的教程或支持，但可自行定制背包固件。還可通過觸摸復(fù)位引腳接地啟動 AT90USB162 芯片的引導(dǎo)加載程序，它是一個支持 av109 的 USB 引導(dǎo)加載程序，avrdude 支持它，但目前 Arduino IDE 不支持（暫無預(yù)計支持時間）。
• EagleCAD PCB 文件可在 GitHub（https://adafru.it/rVC）上獲取。
• LCD Smartie（https://adafru.it/aXN）是一個流行的字符 LCD 驅(qū)動程序。
• Adafruit Fritzing 庫中的 Fritzing 對象（https://adafru.it/aP3）。

（二）驅(qū)動

提供 Windows XP/7/Vista 的 INF 驅(qū)動，解壓后在“新硬件向?qū)А敝袑?dǎo)航到該文件夾。點擊鏈接（https://adafru.it/d4R）可下載 usb_serial_backpack - driver.zip。還有 Windows 8 簽名驅(qū)動（處于測試階段，可嘗試使用），點擊鏈接（https://adafru.it/Ccb）可下載 USB - Serial RGB LCD Backpack 簽名驅(qū)動。

總之，Adafruit 的 USB + Serial RGB Backlight Character LCD Backpack 為電子工程師在項目中添加字符顯示功能提供了強(qiáng)大而便捷的解決方案，豐富的功能和詳細(xì)的命令參考能滿足不同的需求。大家在使用過程中遇到問題或有新的創(chuàng)意，不妨留言分享，讓我們一起探索更多可能性。