【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（31）--LCD1602液晶屏

eagler8 · 发表于 2022-11-14 12:07:11

偶然心血来潮，想要做一个音乐可视化的系列专题。这个专题的难度有点高，涉及面也比较广泛，相关的FFT和FHT等算法也相当复杂，不过还是打算从最简单的开始，实际动手做做试验，耐心尝试一下各种方案，逐步积累些有用的音乐频谱可视化的资料，也会争取成型一些实用好玩的音乐可视器项目。

手头还有几片以前做实验剩下的LCD1602液晶屏模块，正好也试试显示音乐频谱。

eagler8 · 发表于 2022-11-14 12:46:58

1602液晶

也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

eagler8 · 发表于 2022-11-14 12:54:20

LCD
是 Liquid Crystal Display 的简称，意为“液态晶体显示器”，也叫液晶显示器。LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分普及。

liding · 发表于 2022-11-14 12:55:45

由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成

eagler8 · 发表于 2022-11-14 12:58:08

LCD 构成
1．背光源（或背光模组）——由于液晶分子自身是无法发光的，因此若想出现画面，液晶显示器需要专门的发光源来提供光线，然后经过液晶分子的偏转来产生不同的颜色。而背光源起到的就是提供光能的作用。之前液晶显示器采用的都是名叫CCFL的冷阴极射线管，其发光原理与日光灯几乎完全相同，而现在新品液晶显示器都采用了更加节能、长寿面的LED背光源。灯管（或LED）发光后藉由导光板将光线分布到各处，通过背面的反射板将所有的光线的方向集中朝向液晶分子。最后光线通过prism sheet以及扩散板将光线均匀的散发出去，避免出现中央亮度过高、四周亮度过低的情况。
2．上下层两个偏光片——偏光片的作用是让光线从单方向通过。
3．上层和下层两块玻璃基板——玻璃基板不仅仅是两块玻璃那么简单，其内侧具有沟槽结构，并附着配向膜，可以让液晶分子沿着沟槽整齐的排列。在上、下两层玻璃两侧会贴有TFT薄膜晶体管和彩色滤光片。
4．ITO透明导电层——其作用是提供导电通路，分为像素电极（P级）和公共电极（M级）。在下一页中我们为大家讲解液晶面板结构更多的内容。
5．薄膜晶体管（就是我们经常所说的TFT）——我们经常说TFT-LCD，其实际上指的就是这个薄膜晶体管，它的作用类似于开关，TFT能够控制IC控制电路上的信号电压，并将其输送到液晶分子中，决定液晶分子偏转的角度大小，因此其是非常重要的一个部件。
6．液晶分子层 ——液晶分子层是改变光线偏光状态最重要的元素，通过电力和弹性力共同决定其排列和偏光状态。
7．彩色滤光片——通过液晶分子偏转的光线只能显示不同的灰阶，但是不能提供红、绿、蓝（RGB）三原色，而彩色滤光片则由RGB三种过滤片组成，通过三者混和调节各个颜色与亮度。液晶面板中每一个像素由红、绿、蓝3个点构成，每种颜色的点各自拥有不同的灰阶变化。

eagler8 · 发表于 2022-11-14 13:04:09

LCD1602液晶显示屏1602A模块蓝屏黄绿屏灰屏5V 3.3V焊排针 IIC/I2C
1602字符型液晶也叫1602液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。

1602模块管脚功能
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1引脚：GND为电源地
第2引脚：VCC接5V电源正极
第3引脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4引脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5引脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。
第6引脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。
第7～14引脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。
第15引脚背光正极，
第16引脚背光负极。

1602模块电原理图

eagler8 · 发表于 2022-11-14 13:06:10

liding 发表于 2022-11-14 12:55
由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成

是的，谢谢鼓励

eagler8 · 发表于 2022-11-14 13:08:53

IIC/I2C接口LCD1602转接板
控制板IO口只有20个，加些传感器、SD卡啥的，继电器等模块多了，IO口就不够用了，原来的1602屏至少需要7个IO口才能驱动起来，这个模块可以帮你省5个IO口。

PCF8574
用于 I2C 总线的远程 8 位 I/O 扩展器，该8位输入/输出（I/O）扩展器用于双线双向总线（I2c），设计用于2.5-V至6-V VCC操作。PCF8574设备通过I2C接口[串行时钟（SCL）、串行数据（SDA）]为大多数微控制器系列提供通用远程I/O扩展。该设备具有一个8位准双向I/O端口（p0-p7），包括用于直接驱动LED的高电流驱动能力的锁存输出。每个准双向I/O可以用作输入或输出，而无需使用数据方向控制信号。通电时，I/O很高。在此模式下，只有VCC的电流源处于激活状态。

参数
1.供电电压：+5V
2.支持I2C协议
3.具有背光灯，和对比度调节电位器
4.4线输出更简单
5.设备地址：0x27

eagler8 · 发表于 2022-11-14 14:37:43

  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（31）--LCD1602液晶屏
  项目程序之一：点亮屏幕，显示字符“Welcome to Eagler8”
  Arduino------LCD1602
  5V-------------VCC
  GND-----------GND
  A4-----------SDA IIC 数据线
  A5-----------SCL  IIC 时钟线

/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（31）--LCD1602液晶屏
项目程序之一：点亮屏幕，显示字符“Welcome to Eagler8”
Arduino------LCD1602
5V-------------VCC
GND-----------GND
A4-----------SDA IIC 数据线
A5-----------SCL IIC 时钟线
*/
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
void MyPrintLCD(String MyString) {
for (int i = 0; i < MyString.length(); i++)
lcd.write(MyString.charAt(i));
}
void setup() {
lcd.init();
lcd.backlight();
MyPrintLCD("Welcome to ");
lcd.setCursor(0, 1);
MyPrintLCD(" Eagler8");
}
void loop() {
}

复制代码

eagler8 · 发表于 2022-11-14 14:42:16

实验场景图

eagler8 · 发表于 2022-11-14 15:08:51

  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（31）--LCD1602液晶屏
  项目程序之二：屏显示所有键码
  Arduino------LCD1602
  5V-------------VCC
  GND-----------GND
  A4-----------SDA IIC 数据线
  A5-----------SCL  IIC 时钟线

/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（31）--LCD1602液晶屏
项目程序之二：屏显示所有键码
Arduino------LCD1602
5V-------------VCC
GND-----------GND
A4-----------SDA IIC 数据线
A5-----------SCL IIC 时钟线
*/
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>//导入1602驱动
#if defined(ARDUINO) && ARDUINO >= 100
#define printByte(args) write(args);
#else
#define printByte(args) print(args,BYTE);
#endif
uint8_t bell[8] = {0x4, 0xe, 0xe, 0xe, 0x1f, 0x0, 0x4};
uint8_t note[8] = {0x2, 0x3, 0x2, 0xe, 0x1e, 0xc, 0x0};
uint8_t clock[8] = {0x0, 0xe, 0x15, 0x17, 0x11, 0xe, 0x0};
uint8_t heart[8] = {0x0, 0xa, 0x1f, 0x1f, 0xe, 0x4, 0x0};
uint8_t duck[8] = {0x0, 0xc, 0x1d, 0xf, 0xf, 0x6, 0x0};
uint8_t check[8] = {0x0, 0x1, 0x3, 0x16, 0x1c, 0x8, 0x0};
uint8_t cross[8] = {0x0, 0x1b, 0xe, 0x4, 0xe, 0x1b, 0x0};
uint8_t retarrow[8] = { 0x1, 0x1, 0x5, 0x9, 0x1f, 0x8, 0x4};
// 将 LCD 地址设置为 0x27 以实现 16 个字符和 2 行显示
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
void setup() {
lcd.init(); //初始化液晶屏
lcd.backlight(); //打开背光
lcd.createChar(0, bell);
lcd.createChar(1, note);
lcd.createChar(2, clock);
lcd.createChar(3, heart);
lcd.createChar(4, duck);
lcd.createChar(5, check);
lcd.createChar(6, cross);
lcd.createChar(7, retarrow);
lcd.home();
lcd.print("Hello world...");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" i ");
lcd.printByte(3);
lcd.print(" arduinos!");
delay(5000);
displayKeyCodes();
}
// 显示所有键码
void displayKeyCodes(void) {
uint8_t i = 0;
while (1) {
lcd.clear();
lcd.print("Codes 0x"); lcd.print(i, HEX);
lcd.print("-0x"); lcd.print(i + 16, HEX);
lcd.setCursor(0, 1);
for (int j = 0; j < 16; j++) {
lcd.printByte(i + j);
}
i += 16;
delay(4000);
}
}
void loop() {
}

复制代码

eagler8 · 发表于 2022-11-14 15:22:49

实验场景图

eagler8 · 发表于 2022-11-14 15:43:05

实验的视频记录
优酷：https://v.youku.com/v_show/id_XN ... hcb.playlsit.page.1
B站：https://www.bilibili.com/video/B ... 87403d97f8d3cc0b7e5

eagler8 · 发表于 2022-11-14 15:50:11

youle0 发表于 2022-11-14 15:24
感谢分享！学习

谢谢好多鼓励

wqwq212 · 发表于 2022-11-14 16:22:04

已经从入门，进入发烧阶段了，真不容易！

eagler8 · 发表于 2022-11-14 16:48:59

wqwq212 发表于 2022-11-14 16:22
已经从入门，进入发烧阶段了，真不容易！

谢谢鼓励，还在学习中呢

eagler8 · 发表于 2022-11-14 16:51:41

做好的是这样，可以直接插在Arduino uno开发板上

eagler8 · 发表于 2022-11-14 16:55:22

HUB75接口扩展板接线

UNO HUB75
D2       R1
D3       G1
D4       B1
D5       R2
D6       G2
D7       B2
D8       CLK
D9       OE
A0          A
A1          B
A2          C
A3          STB
GND       GND