探索Matrix Orbital LCD2041：功能、連接與應(yīng)用全解析

在電子設(shè)備的設(shè)計與開發(fā)中，顯示屏是至關(guān)重要的組成部分。Matrix Orbital的LCD2041顯示屏以其豐富的功能和廣泛的應(yīng)用場景，成為眾多工程師的選擇。今天，我們就來深入了解一下這款顯示屏的特點、連接方式以及相關(guān)的操作命令。

文件下載：LCD2041-V.pdf

一、LCD2041概述

1.1 功能特點

LCD2041具備諸多實用功能，它擁有20列4行的文本顯示區(qū)域，內(nèi)置5x7點陣字體，支持標準ASCII字符和多種擴展字符，還允許用戶自定義最多8個特殊字符。通信方面，支持RS - 232和I2C兩種通信方式，通信速度從1200 bps到19.2 Kbps不等。此外，它還具備軟件控制對比度、可配置超時設(shè)置的背光燈、一個通用輸出接口，可用于控制各種電子或機電設(shè)備，同時支持水平或垂直條形圖顯示。電源選項多樣，有+5V或+8V至+15V可選，還有擴展溫度選項，并且能適配Matrix Orbital的雙PC托架插入件，無需任何修改。

1.2 適用場景與局限性

LCD2041主要作為關(guān)聯(lián)控制器的顯示單元，控制器可以是單板、專用微控制器或PC等。它能通過簡單的命令結(jié)構(gòu)在屏幕上顯示文本和條形圖，但不具備位圖圖形功能（除了通過定義特殊字符實現(xiàn)的部分），也沒有鍵盤接口。

二、測試設(shè)置

2.1 測試準備

在進行應(yīng)用設(shè)置之前，我們可以使用PC對顯示屏進行測試。如果沒有配備雙托架PC安裝套件，需要準備以下物品：

• 一個用于連接3.5英寸軟盤驅(qū)動器的4針電源連接器，注意不要將顯示屏連接到PC中未修改的備用電源連接器上。
• 一個備用RS - 232端口（COM1或COM2）。
• 一個5V電源（寬電壓型號需要8 - 15V電源）。
• 一根9針或25針RS - 232串行電纜，如果使用25芯電纜，還需要一個9轉(zhuǎn)25針適配器。

2.2 測試步驟

1. 參考連接圖，將連接器連接到電源。大多數(shù)連接器中，紅色導(dǎo)線接+5V，黑色導(dǎo)線接地。需要注意的是，若設(shè)備遭受過電壓或極性反轉(zhuǎn)，制造商的保修將失效。
2. 使用串行電纜和適配器（如有需要）將顯示屏連接到PC。確保RS - 232電纜包含所需的接地導(dǎo)線，且RS - 232接地和電源接地之間沒有電壓差。
3. 連接電源連接器，確保+5V連接到V + 。打開電源，顯示屏背光燈應(yīng)亮起，左上角應(yīng)出現(xiàn)閃爍的光標。

2.3 功能測試

連接好電源和PC且背光燈亮起后，我們可以進行一些功能測試。例如，運行像Display Tuner或AlphaDemo這樣的PC程序，確保其配置使用正確的端口，并將波特率設(shè)置為19,200，就可以嘗試輸入文本。若要測試顯示屏的其他功能，則需要編寫程序（使用如Basic或C等語言）來發(fā)送所需的命令字符串，因為大多數(shù)終端程序無法發(fā)送作為命令前綴的0xFE字符。

三、連接方式

3.1 連接器引腳

LCD2041有三個連接器：2針用于通用輸出，4針用于電源和I2C通信，DB - 9F用于RS - 232和電源。電源通過引腳1和4提供，標準單元的電源要求為+5 VDC ±0.25V，寬電壓范圍選項的單元需要8 - 15 VDC。需要注意的是，不要施加反向極化的電源，不要使用指定電壓以外的電壓，不要使用非Matrix Orbital提供的電纜（除非了解所需的修改），不要同時向DB - 9連接器和電源連接器施加電壓，不要向DB - 9連接器的引腳9施加超過+5Vdc的電壓。

3.2 RS - 232通信

RS - 232連接器采用標準的“直通”9針D - sub電纜，可將模塊連接到PC的標準串行端口（如COM端口）。該設(shè)備符合EIA - 232標準，使用±12V的信號電平，也可轉(zhuǎn)換為TTL電平。顯示屏的默認速度為19.2Kbps，其他設(shè)置為8位、無校驗位、1個停止位。通過DB9連接器進行RS - 232通信時，還提供了備用串行連接選項，通過設(shè)置兩個跳線可實現(xiàn)數(shù)據(jù)和電源共用一根電纜。此外，顯示屏還支持TTL通信，通過修改三個跳線可實現(xiàn)通過4針SIP頭或DB9連接器進行TTL通信。RS - 232波特率和I2C地址可通過跳線進行配置。

3.3 I2C通信

I2C通信速率為100Kbps，支持在單條通信線上連接多達16個單元。I2C數(shù)據(jù)線使用5伏CMOS電平。要進行I2C通信，需要將兩個跳線設(shè)置到DB - 9連接器上方的I2C位置。ACK用于指示數(shù)據(jù)是否正確接收，但Matrix Orbital模塊在處理數(shù)據(jù)時，對于未正確接收的字節(jié)，只能在后續(xù)字節(jié)中不進行確認。

3.4 通用輸出

顯示屏的通用輸出可用于控制繼電器或其他電子設(shè)備。通過PC或控制器和軟件命令，可以打開或關(guān)閉外部設(shè)備。+端子連接到模塊正電源， - 端子通過240歐姆限流電阻和電子開關(guān)接地，最大允許電流為20mA。如果被切換設(shè)備的電阻為240歐姆或更高，可以短路相應(yīng)的電阻。需要注意的是，GPO沒有過流或過/欠壓保護，使用時要采取相應(yīng)的保護措施，如使用二極管和電容器來吸收繼電器產(chǎn)生的反電動勢。

四、文本顯示

4.1 字體與字符

LCD2041使用內(nèi)置的5x7點陣字體顯示文本，除了標準的ASCII字符和多種擴展字符外，用戶還可以自定義最多8個特殊字符。這些自定義字符占據(jù)字符集的前8個位置（0x00到0x07），但顯示屏不支持下載其他字體。

4.2 文本寫入與命令

當(dāng)顯示屏接收到字符時，會在當(dāng)前定義的位置顯示該字符，后續(xù)字符會依次顯示在后續(xù)位置。文本插入位置由顯示屏的易失性內(nèi)存存儲，并由顯示屏的固件內(nèi)部維護?？梢酝ㄟ^一系列命令來操作文本插入位置，例如自動換行、自動滾動、設(shè)置光標位置、發(fā)送光標回家、打開或關(guān)閉下劃線光標和塊光標、移動光標等。

五、條形圖和特殊字符

5.1 條形圖繪制

LCD2041支持水平和垂直條形圖的繪制。通過相應(yīng)的命令可以初始化寬垂直條形圖、窄垂直條形圖和水平條形圖，然后根據(jù)需要繪制條形圖。繪制垂直條形圖時，需要指定列和高度；繪制水平條形圖時，需要指定列、行、方向和長度。

5.2 特殊字符定義

用戶可以定義最多8個自定義字符，這些字符占據(jù)字符集的前8個位置。通過發(fā)送特定的命令和8個字節(jié)的數(shù)據(jù)來定義字符，其中“1”位表示黑色像素，“0”位表示透明像素。一旦定義，通過發(fā)送相應(yīng)的字符編號（0x00到0x07）即可顯示該字符。需要注意的是，如果發(fā)出任何“初始化條形圖”命令，自定義字符將被擦除。

六、其他命令

6.1 顯示控制命令

• 清除顯示（254 88）：清除顯示屏并將文本插入點重置到屏幕左上角。
• 設(shè)置對比度（254 80 [contrast]）：將顯示屏的對比度設(shè)置為指定值（0x00到0xFF），較低的值使顯示區(qū)域中的“開”元素變亮，較高的值使“開”元素變暗。
• 背光燈打開（254 66 [minutes]）：打開背光燈指定的分鐘數(shù)，如果分鐘數(shù)為0，背光燈將一直打開。
• 背光燈關(guān)閉（254 70）：關(guān)閉顯示屏的背光燈。
• 通用輸出關(guān)閉（254 86）：關(guān)閉任何通用輸出。
• 通用輸出打開（254 87）：打開通用輸出。
• 讀取模塊類型（254 55）：通過RS - 232接口以TTL電平返回模塊的型號值。

6.2 命令總結(jié)

LCD2041的操作由一組簡單且一致的命令集控制，這些命令可以控制文本顯示、圖形顯示、鍵盤接口和其他操作參數(shù)。所有命令都以0xFE（十進制254）作為前綴，通過串行通信鏈路（I2C或RS - 232）以當(dāng)前定義的波特率發(fā)送。

七、規(guī)格與選項

7.1 環(huán)境與電氣規(guī)格

LCD2041有標準溫度和擴展溫度兩種選項，標準溫度下的工作溫度為0°C至+50°C，存儲溫度為 - 20°C至+70°C；擴展溫度下的工作溫度為 - 20°C至+70°C，存儲溫度為 - 40°C至+85°C。電氣規(guī)格方面，電源電壓為4.75 - 5.25 Vdc（可選8 - 15 VDC），典型供電電流為11 mA，典型背光燈供電電流為90 mA。

7.2 光學(xué)特性

顯示屏有80個字符（20列4行），矩陣格式為5 x 7并帶有下劃線，顯示區(qū)域為76.3 x 25.20 mm，字符大小為2.95 x 4.75 mm（不包括下劃線），字符間距為3.55 mm，行間距為5.35 mm，點大小為0.55 x 0.55 mm，點間距為0.60 x 0.60 mm，LED背光燈壽命典型值為100,000小時，照明顏色為黃綠色。

7.3 可選配置

LCD2041提供了多種可選配置，如Inverse Blue LCD WB、Inverse Yellow LCD IY、White backlight with Gray glass (Ice Blue) GW、Extended Temperature E、Wide Voltage V、Wide Voltage with Efficient Switching Power Supply - VPT等。

Matrix Orbital的LCD2041顯示屏以其豐富的功能、多樣的連接方式和靈活的配置選項，為電子工程師在設(shè)計各種顯示應(yīng)用時提供了有力的支持。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇連接方式和操作命令，以充分發(fā)揮其性能。你在使用類似顯示屏?xí)r遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。