引言
在前面的章节中，我们探索了多种 Arduino 输入输出设备的使用方法。在众多 Arduino 项目里，常常需要直观地呈现数据和信息，这时液晶显示器（LCD）就成了至关重要的组件。液晶显示器能够以字符、数字等形式清晰地展示各类信息，是实现人机交互的关键部分。本章将深入剖析 16x2 液晶显示器的工作原理、与 Arduino 的连接方式、代码实现以及常见操作，同时也会介绍双 LCD 的相关内容。
16x2 液晶显示器的工作原理
结构与组成
16x2 液晶显示器主要由液晶显示模块、控制器和驱动电路等构成。液晶显示模块包含液晶材料和玻璃基板，其核心原理是通过精准控制液晶分子的排列，改变光线的透过率，进而显示出字符和数字。控制器的作用是接收来自外部设备（如 Arduino）的指令和数据，并将其转化为液晶显示模块能够识别的信号。驱动电路则为液晶显示模块提供必要的电压和电流，确保其正常工作。
通信接口
常见的 16x2 液晶显示器具备并行接口和串行接口两种类型。并行接口借助多个引脚同时传输数据，具有速度快的优势，但需要占用较多的引脚资源；串行接口则通过较少的引脚以串行方式传输数据，虽然速度相对较慢，却能节省引脚。本章将着重介绍并行接口和串行接口的液晶显示器与 Arduino 的连接和使用方法。
并行方式硬件连接
材料准备
Arduino 开发板（如 Arduino Uno）16x2 液晶显示器电位器（用于调节对比度）杜邦线若干
连接步骤
电源连接：把液晶显示器的 VSS 引脚连接到 Arduino 的 GND 引脚，VDD 引脚连接到 Arduino 的 5V 引脚，为显示器提供稳定的电源。对比度调节：将液晶显示器的 VO 引脚连接到电位器的中间引脚，电位器的另外两个引脚分别连接到 5V 和 GND。通过旋转电位器，可以灵活调节液晶显示器的对比度，使显示内容更加清晰易读。寄存器选择（RS）：将液晶显示器的 RS 引脚连接到 Arduino 的数字引脚 12。RS 引脚的作用是选择传输的数据是指令还是字符数据，高电平表示字符数据，低电平表示指令。读写控制（RW）：将液晶显示器的 RW 引脚连接到 Arduino 的 GND 引脚。由于在大多数情况下我们只进行写操作，将 RW 接地可以简化电路设计。使能信号（E）：将液晶显示器的 E 引脚连接到 Arduino 的数字引脚 11。E 引脚作为使能信号，在数据传输时，通过高低电平的变化来触发数据的读取或写入。数据引脚（D4 - D7）：将液晶显示器的 D4 - D7 引脚分别连接到 Arduino 的数字引脚 5 - 8。在 4 位数据传输模式下，仅使用 D4 - D7 这 4 个数据引脚，能够有效减少引脚的使用。背光控制：将液晶显示器的 A（阳极）引脚通过一个 220Ω 的电阻连接到 5V，K（阴极）引脚连接到 GND，为显示器的背光提供电源。
连接图
+5V
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[VDD] (LCD)
[VO] ---- [Potentiometer Middle Pin]
[VSS] ---- GND (Arduino)
[RS] ---- Digital Pin 12 (Arduino)
[RW] ---- GND (Arduino)
[E] ---- Digital Pin 11 (Arduino)
[D4] ---- Digital Pin 5 (Arduino)
[D5] ---- Digital Pin 6 (Arduino)
[D6] ---- Digital Pin 7 (Arduino)
[D7] ---- Digital Pin 8 (Arduino)
[A] ---- [220Ω Resistor] ---- +5V
[K] ---- GND (Arduino)
并行方式代码实现
使用 LiquidCrystal 库
Arduino 提供了 LiquidCrystal 库，极大地方便了我们对液晶显示器的控制。以下是一个简单的示例代码：
#include
int seconds = 0;
// 创建 LiquidCrystal 对象，指定 RS、E、D4、D5、D6、D7 引脚
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 6, 7, 8);
void setup() {
// 初始化液晶显示器，设置列数为 16，行数为 2
lcd.begin(16, 2);
// 将光标移动到第一行第一列
lcd.setCursor(0, 0);
// 在当前光标位置打印字符串
lcd.print("Hello, World!");
}
void loop() {
// 将光标移动到第二行第一列
lcd.setCursor(0, 1);
// 打印 Arduino 程序的运行时间（秒）
lcd.print(millis() / 1000);
// 延迟 1 秒，使显示的时间每秒更新一次
delay(1000);
}
代码解释
库的引入
#include
液晶显示器对象的初始化
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 6, 7, 8);：创建一个 LiquidCrystal 对象 lcd，并明确指定 RS、E、D4、D5、D6、D7 引脚的连接。
setup() 函数
lcd.begin(16, 2);：对液晶显示器进行初始化操作，设置其列数为 16，行数为 2。lcd.setCursor(0, 0);：将光标精准地移动到第一行第一列。lcd.print("Hello, World!");：在当前光标位置打印字符串 “Hello, World!”。
loop() 函数
lcd.setCursor(0, 1);：将光标移动到第二行第一列。lcd.print(millis() / 1000);：打印 Arduino 程序从启动开始的运行时间（以秒为单位）。delay(1000);：延迟 1 秒，确保显示的时间每秒更新一次。
串行方式硬件连接
材料准备
Arduino 开发板（如 Arduino Uno）16x2 液晶显示器I2C 转接板杜邦线若干
连接步骤
电源连接：把 I2C 转接板的 VCC 引脚连接到 Arduino 的 5V 引脚，GND 引脚连接到 Arduino 的 GND 引脚，为转接板和液晶显示器提供稳定的电源。I2C 通信线连接：将 I2C 转接板的 SDA 引脚连接到 Arduino 的 SDA 引脚，SCL 引脚连接到 Arduino 的 SCL 引脚，实现串行通信。
连接图
串行方式代码实现
使用 Adafruit_LiquidCrystal 库
#include
int seconds = 0;
// 创建 Adafruit_LiquidCrystal 对象
Adafruit_LiquidCrystal lcd(0);
void setup() {
// 初始化液晶显示器，设置列数为 16，行数为 2
lcd.begin(16, 2);
// 在当前光标位置打印字符串
lcd.print("Hello, World!");
}
void loop() {
// 将光标移动到第二行第一列
lcd.setCursor(0, 1);
// 打印秒数
lcd.print(seconds);
// 打开背光
lcd.setBacklight(1);
// 延迟 500 毫秒
delay(500);
// 关闭背光
lcd.setBacklight(0);
// 延迟 500 毫秒
delay(500);
// 秒数加 1
seconds++;
}
代码解释
库的引入
#include
液晶显示器对象的初始化
Adafruit_LiquidCrystal lcd(0);：创建一个 Adafruit_LiquidCrystal 对象 lcd，参数 0 表示设备地址。
setup() 函数
lcd.begin(16, 2);：初始化液晶显示器，设置其列数为 16，行数为 2。lcd.print("Hello, World!");：在当前光标位置打印字符串 “Hello, World!”。
loop() 函数
lcd.setCursor(0, 1);：将光标移动到第二行第一列。lcd.print(seconds);：打印变量 seconds 的值。lcd.setBacklight(1);：打开液晶显示器的背光。delay(500);：延迟 500 毫秒。lcd.setBacklight(0);：关闭液晶显示器的背光。delay(500);：再延迟 500 毫秒。seconds++;：变量 seconds 的值加 1。
常见操作
清屏
lcd.clear();
该函数的作用是清除液晶显示器上的所有内容，并将光标移动到第一行第一列。
光标控制
lcd.setCursor(col, row);
col 表示列数（从 0 开始计数），row 表示行数（从 0 开始计数）。该函数用于将光标移动到指定的位置。
显示字符和数字
lcd.print("Text"); // 显示字符串
lcd.print(123); // 显示数字
print() 函数非常强大，可以用于显示字符串、数字等各种数据类型。
总结
通过本章的学习，我们全面了解了 16x2 液晶显示器的工作原理，熟练掌握了其与 Arduino 的并行和串行硬件连接方式，并学会了使用 LiquidCrystal 库和 Adafruit_LiquidCrystal 库来控制液晶显示器显示字符和数字。同时，我们也探讨了双 LCD 的连接和代码实现。液晶显示器能够为 Arduino 项目提供直观的信息显示功能，在数据监测、智能设备等领域有着广泛的应用。在后续的项目中，你可以根据实际需求进一步扩展功能，如显示传感器数据、实现菜单界面等，让你的 Arduino 项目更加丰富和实用。