字符型LCD使用指南：从入门到实践

一、概述

字符型LCD是电子项目中常用的显示设备，在Arduino项目里，它能快速显示项目状态信息。Adafruit售卖多种字符型LCD，像“标准”蓝白16x2、RGB 16x2、“标准”蓝白20x4和RGB 20x4等。这些LCD采用低功耗LED背光，工作电压为+5V，仅需6个数据引脚就能通信，且引脚可任意选择。不过要注意，本教程仅适用于Adafruit售卖的LCD，其他LCD可能不适用。

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二、字符型LCD与图形LCD的区别

LCD种类繁多，本教程聚焦于字符型LCD。字符型LCD适合显示文本，也能显示小图标，但图标尺寸通常只有5x7像素左右。例如16字符x2行的字符型LCD，仔细观察能看到显示字符的小矩形，每个矩形是像素网格。而图形LCD有一个大的像素网格（如128x64），虽能显示文本，但更擅长显示图像。图形LCD通常更大、更贵、使用更复杂，且因复杂度高需要更多引脚。

三、LCD的不同类型

字符型LCD虽只能显示文本，但形状多样，有20x4蓝底白字、16x4绿底黑字、16x2蓝底白字和16x1灰底黑字等。好消息是这些显示器可互换，项目中更换不同尺寸的LCD时，虽然代码可能需调整，但布线相同。教程中主要使用单排16引脚的LCD，还有双排8引脚的，但这种在面包板上布线较难，可参考此页面获取帮助。

四、字符型LCD的布线

（一）安装引脚

有了LCD后，还需一个10K电位器来调节对比度，以及16针0.1英寸的引脚。若引脚过长可剪短，然后将引脚焊接到LCD上，不能简单压接，焊接时要注意避免过热损坏面包板，可先焊1号和16号引脚，再取下完成其余焊点，将引脚插入面包板，把LCD放在上面焊接可保持稳定。

（二）供电与背光

将LCD插入面包板，给面包板供电，将+5V连接到红色轨道，接地连接到蓝色轨道。连接LCD的背光，将16号引脚接地，15号引脚接+5V。大多数LCD（包括Adafruit的）已内置LED背光的串联电阻，若没有则需添加，根据数据手册计算电阻值，若找不到数据手册，使用220欧姆电阻较安全，但可能使背光较暗。连接Arduino电源后，背光应亮起，部分低价LCD可能无背光。

（三）对比度电路

将对比度电位器放在靠近1号引脚的一侧，将电位器一侧接+5V，另一侧接地，中间引脚（滑动端）连接到LCD的3号引脚。打开Arduino，若有背光会亮起，旋转电位器可看到第一行矩形出现，这表明逻辑、背光和对比度都已调好。

（四）总线布线

LCD有11条总线线路：D0 - D7（8条数据线）、RS、EN和RW。其中RW在仅向显示器写入数据时可不连接，可将其接地；也可使用4条数据线而非8条，节省引脚。我们只需6个引脚（RS、EN、D7、D6、D5、D4）与LCD通信，使用LiquidCrystal库可简化引脚设置。具体布线如下：

• RW引脚（5号）接地。
• RS引脚（4号）用棕色线连接到Arduino数字引脚7。
• EN引脚（6号）用白色线连接到Arduino数字引脚8。
• DB7（14号引脚）用橙色线连接到Arduino 12号引脚。
• DB6（13号引脚，黄色）、DB5（12号引脚，绿色）和DB4（11号引脚，蓝色）分别连接到Arduino 11、10和9号引脚。

五、Arduino代码

Arduino已内置LiquidCrystal库，只需加载示例并根据使用的引脚修改代码。例如，将LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);改为LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12);以匹配引脚表。编译并上传代码，必要时调整对比度。不同尺寸和颜色的LCD都可使用，如20x4 LCD或绿底黑字的LCD，部分绿底黑字LCD可能无背光。

（一）多行显示问题

LCD处理长消息和多行显示时，16x2 LCD会截断超过16个字符的内容，20x4 LCD会将第一行内容换行到第三行（第二行到第四行），这是LCD内存配置的问题，目前尚无完美解决方案，编写长行内容时需注意字符数量，避免溢出。

六、RGB背光LCD

Adafruit有多种RGB背光LCD，其工作原理与普通字符型LCD相同，但背光有红、绿、蓝三个LED，可生成任意颜色。布线并测试LCD后，将LED连接到Arduino的PWM模拟输出引脚以精确设置颜色，使用剩余的三个PWM引脚，将红色LED（LCD 16号引脚）连接到数字3，绿色LED（LCD 17号引脚）连接到数字5，蓝色LED（LCD 18号引脚）连接到数字6，LCD已内置电阻，无需额外添加。上传特定代码可使LCD背景光循环变色。

七、Python与CircuitPython

使用Adafruit CircuitPython CharLCD模块，可轻松用CircuitPython或Python控制字符型LCD（单背光或RGB背光）。可在任何CircuitPython微控制器板或有GPIO和Python的计算机上使用。

（一）CircuitPython微控制器布线

按照Arduino的布线方式将字符型LCD连接到板上。单颜色背光LCD的布线示例：

• 板5V连接到LCD 2号引脚和电位器一侧。
• 板GND连接到LCD 1、5、16号引脚和电位器另一侧。
• 电位器输出（中间引脚）连接到LCD 3号引脚。
• 板D7 - D14分别连接到LCD 4、6、11 - 14号引脚。
• 板D13连接到LCD 15号引脚。

RGB背光LCD的布线示例：除上述连接外，还需将板D3、D5、D6分别连接到LCD 16（红色背光）、17（绿色背光）、18（蓝色背光）号引脚，且每个颜色通道需连接到板上支持PWM的输出引脚。

（二）Python计算机布线

以树莓派为例，单颜色背光LCD的布线：

• 树莓派5V连接到LCD 2、15号引脚和电位器一侧。
• 树莓派GND连接到LCD 1、5、16号引脚和电位器另一侧。
• 电位器输出（中间引脚）连接到LCD 3号引脚。
• 树莓派GPIO26 - GPIO27分别连接到LCD 4、6、11 - 14号引脚。

RGB背光LCD的布线：除上述连接外，还需将树莓派GPIO21、GPIO12、GPIO18分别连接到LCD 16（红色背光）、17（绿色背光）、18（蓝色背光）号引脚，且每个颜色通道需连接到计算机上支持PWM的输出引脚。

（三）CircuitPython安装CharLCD库

需在CircuitPython板上安装Adafruit CircuitPython CharLCD库。先确保运行最新版本的Adafruit CircuitPython，再从Adafruit的CircuitPython库捆绑包中安装必要的库，非Express板（如Trinket M0或Gemma M0）需手动安装相关库，安装完成后连接到板的串行REPL。

（四）Python安装CharLCD库

需安装Adafruit_Blinka库以在Python中支持CircuitPython，可能还需在平台上启用I2C并确保运行Python 3，然后从命令行运行sudo pip3 install adafruit-circuitpython-charlcd（默认Python为3版本时可使用pip）。

（五）Python与CircuitPython使用

使用Python代码初始化并显示文本。导入digitalio模块并定义连接到LCD的引脚，根据不同的布线方式调整引脚分配。定义LCD的列数和行数，导入字符LCD模块并创建相应的实例（单颜色背光使用Character_LCD_Mono，RGB背光使用Character_LCD_RGB）。通过message属性打印消息，可使用cursor属性控制光标开关，clear函数清除显示内容，blink属性控制光标闪烁，move_left和move_right函数移动显示内容。对于RGB背光LCD，可使用color函数设置背光颜色。

（六）完整示例代码

文档提供了Metro M0/M4和树莓派的简单测试示例代码，可参考代码实现基本的显示功能。

八、Python文档与自定义字符

可参考Python文档获取更多信息。若需要特殊字符，可使用createChar命令，此网站可帮助生成自定义字符。

你在使用字符型LCD的过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。