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【雕爺學(xué)編程】Arduino動(dòng)手做（127）---2004A LCD液晶屏模塊

2023-06-25 15:43 作者:驢友花雕 0人讀過 | 我要投稿

37款傳感器與執(zhí)行器的提法，在網(wǎng)絡(luò)上廣泛流傳，其實(shí)Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止這37種的。鑒于本人手頭積累了一些傳感器和執(zhí)行器模塊，依照實(shí)踐出真知（一定要?jiǎng)邮肿觯┑睦砟?，以學(xué)習(xí)和交流為目的，這里準(zhǔn)備逐一動(dòng)手嘗試系列實(shí)驗(yàn)，不管成功（程序走通）與否，都會(huì)記錄下來—小小的進(jìn)步或是搞不掂的問題，希望能夠拋磚引玉。

【Arduino】168種傳感器模塊系列實(shí)驗(yàn)（資料代碼+仿真編程+圖形編程）

實(shí)驗(yàn)一百二十七：2004A液晶屏 20X4 J204A字符顯示液晶模塊 204A LCD/LCM 藍(lán)屏5V（帶背光 IIC/I2C）

LCD
液晶顯示屏（LCD）用于數(shù)字型鐘表和許多便攜式計(jì)算機(jī)的一種顯示器類型。LCD顯示使用了兩片極化材料，在它們之間是液體水晶溶液。電流通過該液體時(shí)會(huì)使水晶重新排列，以使光線無法透過它們。因此，每個(gè)水晶就像百葉窗，既能允許光線穿過又能擋住光線。液晶顯示器（LCD）目前科技信息產(chǎn)品都朝著輕、薄、短、小的目標(biāo)發(fā)展，在計(jì)算機(jī)周邊中擁有悠久歷史的顯示器產(chǎn)品當(dāng)然也不例外。在便于攜帶與搬運(yùn)為前題之下，傳統(tǒng)的顯示方式如CRT映像管顯示器及LED顯示板等等，皆受制于體積過大或耗電量甚巨等因素，無法達(dá)成使用者的實(shí)際需求。而液晶顯示技術(shù)的發(fā)展正好切合目前信息產(chǎn)品的潮流，無論是直角顯示、低耗電量、體積小、還是零輻射等優(yōu)點(diǎn)，都能讓使用者享受最佳的視覺環(huán)境。

要追溯液晶顯示器的來源，必須先從“液晶”的誕生開始講起。在公元1888年，一位奧地利的植物學(xué)家，菲德烈．萊尼澤（Friedrich Reinitzer）發(fā)現(xiàn)了一種特殊的物質(zhì)。他從植物中提煉出一種稱為螺旋性甲苯酸鹽的化合物，在為這種化合物做加熱實(shí)驗(yàn)時(shí)，意外的發(fā)現(xiàn)此種化合物具有兩個(gè)不同溫度的熔點(diǎn)。而它的狀態(tài)介于我們一般所熟知的液態(tài)與固態(tài)物質(zhì)之間，有點(diǎn)類似肥皂水的膠狀溶液，但它在某一溫度范圍內(nèi)卻具有液體和結(jié)晶雙方性質(zhì)的物質(zhì)，也由于其獨(dú)特的狀態(tài)，后來便把它命名為“Liquid Crystal”，就是液態(tài)結(jié)晶物質(zhì)的意思。不過，雖然液晶早在1888年就被發(fā)現(xiàn)，但是真正實(shí)用在生活周遭的用品時(shí)，卻是在80年后的事情了。

公元1968年，在美國RCA公司（收音機(jī)與電視的發(fā)明公司）的沙諾夫研發(fā)中心，工程師們發(fā)現(xiàn)液晶分子會(huì)受到電壓的影響，改變其分子的排列狀態(tài)，并且可以讓射入的光線產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。利用此一原理，RCA公司發(fā)明了世界第一臺使用液晶顯示的屏幕。爾后，液晶顯示技術(shù)被廣泛的用在一般的電子產(chǎn)品中，舉凡計(jì)算器、電子表、手機(jī)屏幕、醫(yī)院所使用的儀器（因?yàn)橛休椛溆?jì)量的考慮）或是數(shù)字相機(jī)上面的屏幕等等。令人玩味的是，液晶的發(fā)現(xiàn)比真空管或是陰極射線管還早，但世人了解此一現(xiàn)象的并不多，直到1962年才有第一本，由RCA研究小組的化學(xué)家喬．卡司特雷諾（Joe Castellano）先生所出版的書籍來描述。而與映像管相同的，這兩項(xiàng)技術(shù)雖然都是由美國的RCA公司所發(fā)明的，卻分別被日本的新力（Sony）與夏普（Sharp）兩家公司發(fā)揚(yáng)光大。

LCD物理特性
液晶是這樣一種有機(jī)化合物, 在常溫條件下，呈現(xiàn)出既有液體的流動(dòng)性，又有晶體的光學(xué)各向異性，因而稱為“液晶”.在電場、磁場、溫度、應(yīng)力等外部條件的影響下，其分子容易發(fā)生再排列，使液晶的各種光學(xué)性質(zhì)隨之發(fā)生變化，液晶這種各向異性及其分子排列易受外加電場、磁場的控制.正是利用這一液晶的物理基礎(chǔ),即液晶的“電－光效應(yīng)”,實(shí)現(xiàn)光被電信號調(diào)制，從而制成液晶顯示器件.在不同電流電場作用下，液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)90度排列，產(chǎn)生透光度的差別，如此在電源ON/OFF下產(chǎn)生明暗的區(qū)別，依此原理控制每個(gè)像素，便可構(gòu)成所需圖像。

液晶的物理特性是：當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術(shù)上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物，由長棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會(huì)順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。

LCD主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成
1.主板：用于外部RGB信號的輸入處理，并控制PANEL工作。
2.Adapter電源適配器：用于將90~240V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?2V的直流電源供給顯示器工作。
3.Inverter逆變器：用于將主板或Adapter輸出的12V的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镻ANEL需要的高頻的1500~1800V的高壓交流電，用于點(diǎn)亮PANEL的背光燈。
4.PANEL部分：該部分為液晶顯示用模塊，它是液晶顯示器的核心部件，其包含液晶板和驅(qū)動(dòng)電路。

LCD工作原理
液晶顯示器的組成及工作原理：從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來說，無論是筆記本屏還是桌面液晶顯示器，采用的液晶顯示器屏全是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。液晶顯示器由兩塊板構(gòu)成，厚約1mm，其間由包含有液晶材料的5um均勻間隔隔開。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以在顯示屏下邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示器屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成，可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背光源。背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入包含成千上萬液晶液滴的液晶層。液晶層中的液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小光閥。

LCD單色原理
LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說，若一個(gè)平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90度。當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí)，液晶分子便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變光透過率,從而實(shí)現(xiàn)多灰階顯示。

LCD是依賴極化濾光器(片)和光線本身。自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的。極化濾光器實(shí)際是一系列越來越細(xì)的平行線。這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線。極化濾光器的線正好與第一個(gè)垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個(gè)濾光器的線完全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)極化濾光器相匹配，光線才得以穿透。

LCD正是由這樣兩個(gè)相互垂直的極化濾光器構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個(gè)濾光器之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個(gè)濾光器后，會(huì)被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個(gè)濾光器中穿出。

從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來看，無論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚度規(guī)格有0.7mm,0.63mm,0.5mm(也可以通過物理或者化學(xué)減薄的方式做到更薄),其間由包含有液晶(LC)材料的3~5μm均勻間隔隔開。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以需要給顯示屏配置額外的光源，在液晶顯示屏背面有一塊導(dǎo)光板（或稱勻光板）和反光膜，導(dǎo)光板的主要作用是將線光源或者點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為垂直于顯示平面的面光源。背光源發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，液晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。

2004A LCD字符型液晶顯示模塊

是專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式。提供5×7點(diǎn)陣＋光標(biāo)的顯示模式。提供顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)符發(fā)生器CGRAM，可以使用CGRAM來存儲自己定義的8個(gè)5×8點(diǎn)陣的圖形字符的字模數(shù)據(jù)。提供了豐富的指令設(shè)置：清顯示；光標(biāo)回原點(diǎn)；顯示開/關(guān)；光標(biāo)開/關(guān)；顯示字符閃爍；光標(biāo)移位；顯示移位等。提供內(nèi)部上電自動(dòng)復(fù)位電路，當(dāng)外加電源電壓超過+4.5V時(shí)，自動(dòng)對模塊進(jìn)行初始化操作，將模塊設(shè)置為默認(rèn)的顯示工作狀態(tài)。顯示內(nèi)容為4行，每行顯示20個(gè)字符，每個(gè)字符大小為5×8點(diǎn)陣。字符發(fā)生器RAM可根據(jù)客戶需求, 訂做中日文、俄文等12種不同國家的字符。

2004A LCD液晶屏模塊主要參數(shù)

型號??2004A

封裝??COB??

外型尺寸??98.0mm×60.0mm??

連接方式??導(dǎo)電膠條

視域尺寸??76.0mm×26.0mm??

接口方式??單排并口??

點(diǎn) 尺寸 0.55mm×0.55mm

背光類型 EL/LED

字符尺寸 29.5mm×47.5mm??

顯示內(nèi)容 20個(gè)字符×4行

工作電壓??+5V/+3.3V

顯示屏面黃綠/藍(lán)屏/黑白屏

背光顏色黃綠/白光/紅光等

工作溫度??-10～+60℃??

控制器 SPLC780

儲存溫度??-20～+70℃

IIC（Inter-Integrated Circuit）協(xié)議
字面上的意思是集成電路之間，它其實(shí)是I2C Bus簡稱，所以中文應(yīng)該叫集成電路總線，它是一種串行通信總線，使用多主從架構(gòu)，由飛利浦公司在1980年代為了讓主板、嵌入式系統(tǒng)或手機(jī)用以連接低速周邊設(shè)備而發(fā)展。I2C的正確讀法為“I平方C”（"I-squared-C"），而“I二C”（"I-two-C"）則是另一種錯(cuò)誤但被廣泛使用的讀法。自2006年10月1日起，使用I2C協(xié)議已經(jīng)不需要支付專利費(fèi)，但制造商仍然需要付費(fèi)以獲取I2C從屬設(shè)備地址。

I2C，一種總線結(jié)構(gòu)。例如：內(nèi)存中的SPD信息,通過IIC，與BX芯片組聯(lián)系，IIC 存在于英特爾PIIX4結(jié)構(gòu)體系中。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，把CPU和一個(gè)單獨(dú)工作系統(tǒng)所必需的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外圍電路集成在一個(gè)單片內(nèi)而制成的單片機(jī)或微控制器愈來愈方便。目前，世界上許多公司生產(chǎn)單片機(jī)，品種很多。其中包括各種字長的CPU，各種容量的ROM、RAM以及功能各異的I/O接口電路等等，但是，單片機(jī)的品種規(guī)格仍然有限，所以只能選用某種單片機(jī)來進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法有兩種：一種是并行總線，另一種是串行總線。由于串行總線的連線少，結(jié)構(gòu)簡單，往往不用專門的母板和插座而直接用導(dǎo)線連接各個(gè)設(shè)備。因此，采用串行線可大大簡化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線，利用該總線可實(shí)現(xiàn)多主機(jī)系統(tǒng)所需的裁決和高低速設(shè)備同步等功能。因此，這是一種高性能的串行總線。

飛利浦電子公司日前推出新型二選一I2C主選擇器，可以使兩個(gè)I2C主設(shè)備中的任何一個(gè)與共享資源連接，廣泛適用于從MP3播放器到服務(wù)器等計(jì)算、通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域，從而使制造商和終端用戶從中獲益。PCA9541可以使兩個(gè)I2C主設(shè)備在互不連接的情況下與同一個(gè)從設(shè)備相連接，從而簡化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外，新產(chǎn)品以單器件替代了I2C多個(gè)主設(shè)備應(yīng)用中的多個(gè)芯片，有效節(jié)省了系統(tǒng)成本。