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解決方案
STN 字元型液晶顯示器控制介面指南
January 19,2023
介紹
華凌擁有相當豐富的字元型液晶顯示器模組標準品，依據顯示型式有WH0802、WH1202、WH1601、WH1602、WH1604、WH2002、WH2004、WH2402、WH4002等系列的標準品。客戶可以用最少的控制腳來達成顯示目的，可以讓客戶端更方便容易選擇MCU使用。市面上常見的字元型液晶顯示器模組 (Character LCD Module)，如果要使用I2C介面時，通常會在模組上外加一個I2C介面轉接電路板，除了LCM的厚度增加，生產製造也會多幾道工序，進而導致良率下降等風險。如圖1所示
圖1: 為市面上常見外加一塊 I2C 轉接電路板的字元型液晶顯示模組。
圖2: 為華凌 WH1602 的字元型液晶顯示器模組，背面不需要轉接電路板就可以直接使用 I2C、SPI 介面來控制。
以下介紹華凌字元型液晶顯示器模組，在不需要額外轉接電路板的情況下，搭配開發板 Arduino Uno就可以直接使用不同的通訊介面控制字元型液晶顯示器模組。
- WINSTAR WH1602 LCM: 每行可顯示16個字，共可顯示2行字。
- WINSTAR WH2002 LCM: 每行可顯示20個字，共可顯示2行字。
- WINSTAR WH2004 LCM: 每行可顯示20個字，共可顯示4行字。
這三款LCM內部皆採用RW1063這個LCD控制器 (LCD controller)，它提供了I2C、SPI兩種串列介面和一個6800並列介面(Parallel interface)。
備註：關於介面的詳細說明，請參考 認識顯示介面
識別 LCM 的腳位
| 編號 | 腳位名稱 | 說明 |
|---|---|---|
| No.1 | Vss | 電源負極輸入腳(接地)。 |
| No.2 | Vdd | 電源正極輸入腳(5V)。 |
| No.3 | V0 | 對比控制腳。 |
| No.4 | RS | 命令/資料選擇線。 |
| No.5 | RW | 只有6800 8/4bit介面有用到，讀取/寫入選擇線。 |
| No.6 | E | 只有6800 8/4bit介面有用到，致能選擇線。 |
| No.7 | DB0/SA0 | 6800 8bit介面時為資料線位元0。 I2C介面時為SA0位址設定線。 |
| No.8 | DB1/SA1 | 6800 8bit介面時為資料線位元1。 I2C介面時為SA1位址設定線。 |
| No.9 | DB2 | 只有6800 8bit介面有用到，資料線位元2。 |
| No.10 | DB3 | 只有6800 8bit介面有用到，資料線位元3。 |
| No.11 | DB4 | 只有6800 8/4bit 介面有用到，資料線位元4。 |
| No.12 | DB5/CSB/CSB | 6800 8/4bit 介面時為資料線位元5。 I2C和SPI介面時為CSB晶片致能選擇線。 |
| No.13 | DB6/SDA/SCLK | 6800 8/4bit 介面時為資料線位元6。 I2C介面時為SDA資料線。 SPI介面時為SCLK時脈控制線。 |
| No.14 | DB7/SCL/SID | 6800 8/4bit 介面時為資料線位元7。 I2C介面時為SCL時脈控制線。 SPI介面時為SID資料線。 |
| No.15 | A+ | 背光電源正極輸入腳。 |
| No.16 | K- | 背光電源負極輸入腳。 |
表1:LCM的腳位說明
關於上表中的 V0，這邊是使用 20k Ohm 的可變電阻來調整字元的對比，如果測試使用時，看不清文字或者持續顯示底影的畫面，可以轉動這個可變電阻調整對比。
V0 可變電阻連接方式，如下圖3所示：
圖3：VR可變電阻連接方式示意圖。
LCM 和開發板 Arduino Uno 接線方式
如圖4所示，LCM 四種通訊介面I2C、SPI、6800 8bit/4bit連接 Arduino Uno 的方式。讀者可以觀察到 I2C 和 SPI 介面只需要少量的 GPIO 腳位控制字元型液晶顯示器模組。
其中，I2C介面的接法，是因為Arduino Uno的I2C腳位內部，提供了上拉電阻，所以，沒有再額外接上拉電阻到SDA和SCL腳位．如果使用者在程式中停用內部的上拉電阻時，必須自行外接一組上拉電阻。
(a)採用I2C介面的接法
(b) 採用SPI介面的接法
(c)採用6800-4bit介面的接法
(d)採用6800-8bit介面的接法
圖4：LCM 四種通訊介面連接 Arduino Uno方式
LCM的指令
並不是每個通訊介面都可以使用LCM全部的指令集；採用SPI 介面時，沒有RW控制線和MISO腳位，因此，不支援讀取的指令。寫入方面是透過RS控制線決定是寫入命令資料或寫入顯示資料。
在I2C介面，同樣沒有RW控制線，所以，也不支援讀取的指令。寫入方面，沒有RS控制線，在寫入命令資料或顯示資料前，要先發送命令控制碼(A0=0)，或資料控制碼(A0=1)，來決定下一個發送的位元組是命令資料，還是顯示資料。
SPI和I2C介面的時序
兩張時序圖，如圖5及圖6所示．是以 SPI 介面方式控制 LCM 的時序圖。使用者可以觀察到 LCM 採用的 SPI ，並非一般 MCU 所提供的典型 SPI 介面，它需要額外一條 RS 信號線，來決定當前送出的位元組是命令?還是資料?資料線(SID)的位元(BIT7~BIT0)資料，在時脈線(SCLK)為低準位時變動；位元(BIT7~BIT0)資料，在時脈線(SCLK)為高準位時抓取(BIT7~BIT0)。
圖5：SPI寫入命令的時序。
圖6：SPI 寫入資料的時序。
如圖7及圖8所示。是以 I2C 介面方式控制 LCM 的時序圖，除了晶片選擇線(CSB)，讀者可以觀察到I2C介面控制，是每次送出三個位元組寫入一筆命令資料或顯示資料。其中，第二個位元組的A0位元，會決定第三個位元組是命令資料？還是顯示資料?
圖7：I2C 寫入命令的時序。
圖8：I2C 寫入資料的時序。
程式碼
根據使用的液晶顯示器模組修改程式設定，就可以直接編譯並使用。
步驟一：設定 LCM 單行最大字元數 例如下面設定單行最多有 16 個字元。
步驟二：設定 LCM 最大行數
例如下面設定 LCM 共有 2 行。
步驟三：設定 LCM 使用的通訊介面
例如下面設定使用 I2C 的介面。
步驟四：編譯並上傳程式到Arduino Uno開發板
如圖9所示，是三款LCM呈現的畫面示意。
當顯示對比出現偏淡或偏深的情況時，可調整V0 腳位的可變電阻到適當的對比，如圖10所示。
| (a) 對比偏淡只看到淺淺的字元 | (b) 對比適中 | (c) 對比偏深 每個字元有明顯的底影 |
|---|---|---|
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| 圖9：三款 LCM 呈現畫面示意圖。 | ||
圖10：V0 腳位可調變。
如果需要索取完整的程式碼，請聯絡我們。
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