無字庫12864液晶的驅(qū)動方法

在制作單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，一般都需要用顯示器件來顯示單片機(jī)的工作狀態(tài)并顯示輸出結(jié)果，如LED、數(shù)碼管和液晶顯示器等。LED最簡單，但能給出的信息很少。數(shù)碼管能清晰地顯示數(shù)字和部分字母，但是耗電較大，不適合使用電池供電的裝置。

常見的液晶顯示器有段式液晶、字符液晶和圖形液晶等。其中，段式液晶最省電，但對于通用顯示使用起來不很方便，只能顯示固定式數(shù)字或符號，而且需要專用驅(qū)動電路或特殊的單片機(jī)。

字符液晶（如1602）用得比較多，容易和單片機(jī)配合，但是一般都需要5V工作電壓，雖然現(xiàn)在也有3V就可以工作的模塊，但是體積還是較大，而且只能顯示數(shù)字和西文字符，無法顯示圖形和漢字。

點(diǎn)陣液晶模塊既可以顯示ASCII字符，又可以顯示漢字和圖形，相對于前面幾種，具有更大的靈活性，所以使用得越來越多。不過常用的圖形液晶因?yàn)轱@示面積增加，體積比字符液晶（如1602）更大，價(jià)格也更貴。初學(xué)者要注意的是，12864圖形點(diǎn)陣液晶隨著廠家設(shè)計(jì)使用的驅(qū)動芯片不同，驅(qū)動程序有所區(qū)別，不像1602那樣基本通用。

幾種常見的12864圖形點(diǎn)陣模塊

12864點(diǎn)陣液晶模塊分為帶漢字庫和不帶漢字庫兩大類，目前帶漢字庫的通常是ST7920驅(qū)動，它可以工作在漢字字符方式和圖形點(diǎn)陣方式，很多制作都用它，如果需要顯示較多漢字，用它最為方便。

在顯示漢字?jǐn)?shù)量很少的場合，我們可以使用更加廉價(jià)的、不帶字庫的點(diǎn)陣液晶模塊，這正是本文重點(diǎn)介紹的。它們的控制電路有KS0108和ST7565兩種：KS0108很簡單，一共只有7條指令，可是它沒有串行接口；ST7565有20多條指令（最常用的也就幾條），有串行接口，可選串行或并行工作。KS0108和ST7565的指令和上述帶字庫的ST7920區(qū)別較大，所以初學(xué)者買液晶時(shí)一定要搞清楚是哪種驅(qū)動電路。即使同樣的驅(qū)動電路，不同廠家或者不同型號的產(chǎn)品，具體細(xì)節(jié)仍可能不同。例如有的片選信號是高電平有效，有的卻是低電平有效，有的把顯示區(qū)分為左右兩半分別選取，有的卻不加區(qū)分。所以使用前要仔細(xì)看廠家說明，如果沒有，就要看液晶模塊背面給出的具體型號，根據(jù)這個(gè)型號去查找使用手冊。

筆者最近在淘寶網(wǎng)上搜尋到一款12864的圖形點(diǎn)陣液晶，只有4cm寬、3.5cm高，顯示面積為3.2cm寬、1.95cm高，非常小巧。更加難能可貴的是它可以在3V低電壓工作，很適合我們制作小型便攜裝置。該液晶模塊型號是SP12864FPD-12CSBE，由北京集粹電子設(shè)備公司出品，它的外形見圖1。

圖2、圖3所示為筆者用它制作的一個(gè)小小日歷鐘，它的特點(diǎn)是具有可以隨意轉(zhuǎn)換的文字和圖形界面。文字界面除了顯示年月日時(shí)分秒，在右上角還有一個(gè)小雞啄米的小動畫，圖形界面用指針在刻度上指示出時(shí)分秒，是不是有點(diǎn)新意呢？圖4所示是調(diào)頻收音機(jī)的顯示屏，用進(jìn)度條指示音量，用刻度尺顯示信號強(qiáng)度，比1602只能顯示數(shù)字和字母要生動多了。沒有字庫用起來是否很麻煩？其實(shí)搞清了圖形點(diǎn)陣的基本工作原理，用起來并不麻煩卻更靈活，不帶字庫我們就按需要打造字符！

下面就談?wù)勥@個(gè)液晶的驅(qū)動方法，以后將給出一些制作實(shí)例，以幫助初學(xué)者用它做出具有個(gè)性的東西。

液晶模塊SO12864-12C簡介

此型號小液晶包括一系列子型號。這次所用的SO12864FPD-12CSBE只是其中的一種，我們先來了解一下它的主要特性：
◆ 邏輯或電源電壓2.8～5.5V；
◆ 藍(lán)色背光，背光電壓3V；
◆ 串行接口，用 8個(gè)焊盤引出包括電源、背光、地和控制線數(shù)據(jù)線；
◆ 不帶字庫，需要自己編輯外部字模數(shù)組；
◆ 速度較快，用時(shí)鐘1MHz的AVR單片機(jī)驅(qū)動，編程時(shí)無須附加脈沖額外延時(shí)；
◆ 使用ST7565電路，命令代碼一共23條。

顯然，它十分適合低壓小尺寸場合應(yīng)用，串行接口最大限度減少了液晶和單片機(jī)的連線，雖說比并行慢一點(diǎn)，實(shí)際上如果不是頻繁刷屏影響并不大。要自己編制字庫確實(shí)比較麻煩，但是只要顯示的文字量少，制作小字模也不困難，反而可以自己打造個(gè)性化的字體，使得顯示具有特色。

把液晶模塊翻過來，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)電路板上沒有通常液晶模塊的黑膠封裝集成電路，原來這個(gè)液晶采用的是“COG”封裝，就是把集成電路直接綁定在液晶玻璃板上。

它的8個(gè)接口焊盤位于模塊上方，定義如下：
1. 片選CS：它為低電平才能進(jìn)行操作，在加載數(shù)據(jù)后至少維持40ns低電平。
2. 復(fù)位RES：啟動時(shí)至少維持1μs低電平以使液晶內(nèi)部復(fù)位，然后升高，再過1μs完成復(fù)位，以后才能對液晶進(jìn)行操作。
3. 命令數(shù)據(jù)選擇A0：高電平為數(shù)據(jù)，低電平為命令。
4. 串行時(shí)鐘SCL：頂?shù)讓挾戎辽?5ns，低時(shí)A0和SI至少穩(wěn)定20ns，然后在上升沿加載數(shù)據(jù)或命令。
5. 串行數(shù)據(jù)SI：同上，在SCL上升沿加載后至少還要保持10ns穩(wěn)定。
6. 電源正VCC：最低2.8V，標(biāo)準(zhǔn)3V，最大5.5V。
7. 地VSS。
8. 背光LED+：藍(lán)色背光最低2.8V，標(biāo)準(zhǔn)3V，最大3.2V，使用時(shí)要注意不要超過。

在串行模式時(shí)，一個(gè)命令或數(shù)據(jù)字節(jié)要分為8次加載，從最高位開始。

圖形點(diǎn)陣的顯示原理

12864點(diǎn)陣液晶的圖形顯示原理都差不多。液晶屏x方向（水平）具有128列像素從左到右為第0列……第127列，y方向（垂直）具有64行像素。每8行組成1頁，從上到下就是第0頁……第7頁。這樣以列號和頁號為坐標(biāo)，就可以指定交叉位置的8個(gè)像素。例如第0、1、2、3列第1頁的8個(gè)像素，如圖6所示。在液晶內(nèi)部有一塊顯示緩存區(qū)，按照列號和頁號就可以對顯緩區(qū)的某個(gè)字節(jié)寫數(shù)，該字節(jié)的8位二進(jìn)制數(shù)就對應(yīng)了液晶屏同樣位置的像素的亮滅，如對第1列第1頁的那個(gè)緩存單元寫入0X80即0b10000000，那么液晶對應(yīng)位置的最下面一點(diǎn)7亮（低位在上高位在下）其余都滅，如果第2列第1頁寫入0X0F即0b00001111，則該位置上方4個(gè)點(diǎn)0123亮，其余像素不亮，第3列第1頁寫0X33,則該處間隔2點(diǎn)亮。這樣就可以通過程序控制液晶屏的任意像素了。不同的液晶屏指令代碼可能不同（例如這個(gè)屏和常見的7920驅(qū)動不一樣），屏幕劃分也可能不同，例如有的是分為左右兩半，每半邊64列，有的是分為上下兩半等。

液晶SO12864-12C的編程要點(diǎn)

控制液晶最基本的工作就是往液晶的控制器寫入命令碼或往顯緩區(qū)寫入數(shù)據(jù)碼，是命令還是數(shù)據(jù)由加到上述A0的電平高低決定：高，數(shù)據(jù)；低，命令。

因?yàn)楝F(xiàn)在是串行傳送，所以只能由高到低一位位寫。

串行只能寫不能讀。以前要靠讀來判定液晶是否忙，這個(gè)液晶速度較高，實(shí)際使用證明串行傳輸不用讀忙。

編程就是用單片機(jī)的幾根口線按照所需的時(shí)序發(fā)出高低電平，再往液晶里送入代碼或數(shù)據(jù)?？刂泼}沖和代碼脈沖的時(shí)序關(guān)系如圖7所示。

圖7 控制脈沖和代碼脈沖的時(shí)序關(guān)系

最常用的幾個(gè)命令

1. 顯示開/關(guān)：代碼：0XAF(開)，0XAE(關(guān))啟動復(fù)位后為“關(guān)”，必須在液晶初始化時(shí)置“開”。
2. 頁地址定位：代碼：0XB0……0XB7,對應(yīng)第0頁到第7頁，復(fù)位后自動安置為第0頁。
3. 列地址定位：列地址是0X00……0X7F，但不是直接用列地址而要轉(zhuǎn)換為雙字節(jié)代碼。方法是0X10加原高4位和0X00加原低4位。例如第33列，本是0X21，現(xiàn)在應(yīng)該轉(zhuǎn)換為0X12和0X01，分2次寫入。
4. 寫顯示數(shù)據(jù)：代碼就是顯示數(shù)據(jù)，控制脈沖A0為高。
5. 復(fù)位：代碼0XE2，通過程序使得液晶恢復(fù)各種起始默認(rèn)狀態(tài)。

有了這幾條命令就已經(jīng)可以使液晶畫出以像素點(diǎn)為基礎(chǔ)的圖形或字符了。有些其他命令（如對比控制、亮度、偏壓等）就取默認(rèn)值，無需修改（初始化要用一下），還有些很有用的命令（如反向列頁掃描、起始行、反白顯示等），需要時(shí)再去查資料不遲。有了上述命令代碼，我們就可以通過匯編或C語言，按照控制時(shí)序編出子程序或函數(shù)，以便在程序中使用。C語言因?yàn)橐鬃x性好、通用性好、移植性好所以用得較多，下面就給出一些C的函數(shù)，由它們就構(gòu)成了液晶的驅(qū)動。

驅(qū)動液晶的基本C函數(shù)

我們用C語言編程，在C語言里，用“函數(shù)”把單片機(jī)的一系列具體操作包裝起來起個(gè)函數(shù)名，需要時(shí)直接按名調(diào)用即可，非常方便。

首先必須解決怎樣對液晶串行寫數(shù)據(jù)的問題，然后按照A0線的高低，我們就可以自行編出寫數(shù)據(jù)函數(shù)和寫命令函數(shù)。

一下只列出函數(shù)說明和用法舉例，函數(shù)的具體內(nèi)容可到《無線電》網(wǎng)站上下載C程序代碼。
1. 串行傳送1字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)，參數(shù)為待傳字節(jié)。
void LcdWriByte(unsigned char nn) //nn就是待寫字節(jié)
這個(gè)是最基本的函數(shù)，不過我們不直接用它而是把它放在其他寫數(shù)據(jù)函數(shù)里調(diào)用。
2. 寫命令。參數(shù)為命令碼。
void LcdWriCommand(unsigned char command);
例如，打開顯示：LcdWriCommand（0XAF);
3. 寫數(shù)據(jù)。參數(shù)為待寫的顯示數(shù)據(jù)。
void LcdWriData(unsigned char data);
例如，寫顯示一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)： LcdWriData(0X01);
4. 指定列、頁地址。參數(shù)為列地址x和頁地址y。
void LcdSetxy(unsigned char x,unsigned chary);
例如：LcdSetxy(68,2);//設(shè)置顯示地址為第68列、第2頁。
通常和上一個(gè)函數(shù)連用，見下一節(jié)函數(shù)應(yīng)用舉例。
在以上基本函數(shù)基礎(chǔ)上我們還可以根據(jù)命令碼推演出幾個(gè)便于使用的功能函數(shù)。
5. 開顯示。
void LcdOn(void );
例：LcdOn( );
6. 關(guān)顯示。
void LcdOff(void );
例：LcdOff( );
7. 軟復(fù)位。用它可以在任何時(shí)刻使液晶屏回到起始狀態(tài)而顯示緩沖區(qū)內(nèi)容不變。
void LcdReset(void );
例：LcdReset( );
8. 刷屏。
void LcdCls(unsigned char data );
就是用數(shù)據(jù)data寫滿顯示緩沖區(qū)，data如果為0，那全屏刷白（無像素顯示），如果data為0XFF則全屏刷黑（像素全部亮）。如果為0XAA呢？感興趣的讀者不妨實(shí)驗(yàn)一下。
例：LcdCls(0 );
最后給出該液晶的初始化函數(shù)，在系統(tǒng)啟動后，MCU初始化以后就進(jìn)行液晶初始化。
9. LCD初始化。
Void Lcd_ini();
通常在程序開始階段進(jìn)行，對各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體初始化項(xiàng)目請參看函數(shù)內(nèi)容和注解。

函數(shù)應(yīng)用舉例

1. 在指定位置畫1點(diǎn)
先給定頁和列坐標(biāo)，就指定了1列8個(gè)像素點(diǎn)，1個(gè)點(diǎn)的位置從上到下對應(yīng)數(shù)值為0X01、0X02、0X04、0X08、0X10、0X20、0X40、0X80。
例如在第9列、第3頁最低位畫點(diǎn)：
LcdSetxy(9,3);
LcdWriData(0X80);
2. 在指定位置畫連續(xù)8個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的短豎線
例如位置同上，則
LcdSetxy(9,3);
LcdWriData(0XFF);
3. 畫水平線
例如從第10列起在第3頁底部畫1根長度50像素點(diǎn)的連續(xù)直線：
unsigned char i;
LcdSetxy(10,3);
for（i=0;i<50;i++)
{
LcdWriData(0X80); //循環(huán)中列地址自動遞增
}

明白了以上基礎(chǔ)，我們就可以進(jìn)一步畫出長短豎線、更粗的水平線、水平雙線矩形方框、黑塊等，這樣就可以畫簡單圖形了。

怎樣顯示字符或漢字

字符和漢字實(shí)質(zhì)是在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)由一系列像素點(diǎn)構(gòu)成的圖形，也就是點(diǎn)陣圖。例如在一個(gè)8×8點(diǎn)陣區(qū)域內(nèi)，字母“L”點(diǎn)陣如圖8左所示。如果要在第0頁第0……第7列顯示這個(gè)字符，那么就應(yīng)該在相應(yīng)的顯示緩沖區(qū)裝入相應(yīng)的數(shù)據(jù)如右邊圖所示，這里用1表示顯示像素，不顯示的像素都是0，為清楚起見圖中就不標(biāo)出，上方表示列號0……7，那么從0列開始，各列的二進(jìn)數(shù)和16進(jìn)數(shù)分別表示為：
0B00000000  ：  0X00
0B01000010  ：  0X42
0B01111110  ：  0X7E
0B01000010  ：  0X82
0B01000000  ：  0X40
0B01000000  ：  0X40
0B01100000  ：  0X60
0B00000000  ：  0X00

所以我們就用一個(gè)8元素的數(shù)組來表示這個(gè)“L”：
const unsigned char L[8]={0X00,0X42,0X7E,0X82,0X40,0X40,0X60,0X00};

要在液晶上的第3頁第6列顯示這個(gè)“L”，就使用如下函數(shù)：
LcdShow88(unsigned x,unsigned y, const char *p);

其中p指向8點(diǎn)陣字符數(shù)組，那么具體代碼為：
LcdShow88(6,3, L);

打造字模就是按照所需顯示的文字符號一一編制各自的數(shù)組，上述8×8點(diǎn)陣就可以在1頁高度內(nèi)顯示，實(shí)際上其上下左右都要留空，這樣有效的點(diǎn)陣只有6×6，要顯示數(shù)字和ASCII字符尚可，簡單筆畫的漢字也行，可是筆畫稍多的漢字就不行了。對于漢字顯示我們一般使用16×16點(diǎn)陣的字模。這樣的漢字高度占2頁，寬度是16列,12864的液晶可以顯示4行，每行8個(gè)字。所有的12864液晶不論尺寸大小都是如此。

一個(gè)16點(diǎn)陣字模數(shù)組具有32個(gè)元素，每一頁有16個(gè)元素。因此顯示這樣的漢字時(shí)，就要給同一列的某一頁和下一頁分別寫入各自的16個(gè)元素。例如漢字“鐘”的字模數(shù)組為：
const unsigned char ZHONG[ ]={0x80,0x40,0x70,0xCF,0x48,0x48,0x00,0xF0,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x10,0xF8,0x10,0x00, 0x02,0x02,0x02,0x7F,0x22,0x12,0x00,0x07,0x02,0x02,0xFF,0x02,0x02,0x07,0x00,0x00};

要在第2頁、第6列開始顯示“鐘”，我們用一個(gè)函數(shù)：
LcdShow1616(unsigned x,unsigned y, const char *p);

其中參數(shù)x 是列，y是頁，p指向字模數(shù)組，具體的代碼為：
LcdShow1616(6,2, ZHONG);

這樣，漢字就顯出來了。

最后，交代一下取得點(diǎn)陣漢字字模的方法。

編制字模數(shù)組的好幫手——字模軟件的使用

因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在需要的漢字量很少，所以可以使用一些字模提取軟件自己制作所需的字模。以一個(gè)很好用的綠色免費(fèi)“畔畔字模提取軟件”為例加以說明。

此軟件在各大程序網(wǎng)站都有下載，下載解壓后就可使用，開啟界面如圖9所示。選取Shape ：方形，Mode：C51，取模順序選第4種，即點(diǎn)陣圖右上為A,右下為B，左上為C，左下為D，這是按照先右半從上到下，后左半從上到下的順序取模。

然后在下面輸入框里輸入漢字回車后，左邊顯示點(diǎn)陣字，見圖10。對點(diǎn)陣自行修飾改動，用鼠標(biāo)點(diǎn)選即可，例如豎筆加粗等，這里沒改。

點(diǎn)右旋90度按鈕，點(diǎn)陣漢字右旋90度，其目的是由上往下取碼,相當(dāng)于顯示時(shí)從左往右顯示。點(diǎn)“提取字模”按鈕，字模代碼呈現(xiàn)在點(diǎn)陣下面，見圖11。注意字模碼有2行，上行對應(yīng)旋轉(zhuǎn)后的右半?yún)^(qū)域從上往下取碼，下行對應(yīng)左半?yún)^(qū)域從上往下取碼，這就等同于旋轉(zhuǎn)前的漢字從左往右取碼，而上行代碼對應(yīng)的是漢字的上半代碼，下行則對應(yīng)的是漢字的下半代碼。正好符合上述漢字顯示程序先顯示上半部后顯示下半部的要求。這樣就取得了例子中的字模代碼。

可以把所需的漢字逐一取碼，然后存在二維表中，就形成了16×16點(diǎn)陣字模數(shù)組。

 因?yàn)閱纹瑱C(jī)FLASH ROM程序存儲空間較大而RAM較小，而一個(gè)16點(diǎn)陣漢字占據(jù)32字節(jié)，10個(gè)字就320字節(jié)，對于RAM通常在幾百到1K字節(jié)以下的單片機(jī)嫌太大，所以字庫應(yīng)該存放在FLASH區(qū)比較合理。但是讀出FLASH中的數(shù)據(jù)，程序還要變一下，以使用GCC編程為例，前述字模常量和程序修改如下：

const  unsigned char_[ ]PROGMEM{0x80,0x40,0x70,0xCF,0x48,0x48,0x00,0xF0,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x10,0xF8,0x10,0x00,0x02,0x02,0x02,0x7F,0x22,0x12,0x00,0x07,0x02,0x02,0xFF,0x02,0x02,0x07,0x00,0x00,};

要在第2頁第6列顯示“鐘”，用一個(gè)稍稍不同的函數(shù)：
LcdShowFlash1616(unsigned x,unsigned y, const char *p);

即：LcdShowFlash1616(6,2, ZHONG_);

就行了。

制作非標(biāo)準(zhǔn)的字模

有時(shí)我們需要一些“非標(biāo)準(zhǔn)的”字符，例如12寬×16高或者8×8字符，同樣也可以使用上述工具，不過這時(shí)字符就要用鼠標(biāo)在選定區(qū)域內(nèi)逐點(diǎn)點(diǎn)出，因?yàn)樗崛〉臅r(shí)候還是針對16×16點(diǎn)陣，所以最后還要去除多余的0字節(jié)，如圖12表示一個(gè)數(shù)字9的取模。得到的代碼上下排都去掉最后4個(gè)0字節(jié)如圖中下面畫線的那8個(gè)。最后每個(gè)字就24字節(jié)，程序中循環(huán)此書作相應(yīng)改變。