Chơng 4
Gi i thi u v thi t b hi n th (LCD),cỏch ghộp n i v i vi
x lý (Hunghe`o )
Màn hình tinh thể lỏng
LCD (liquid Crystal Display)
I/ Kiến thức chung về LCD (Liquid Crystals Display).
1.Màn hình tinh thể lỏng (LCD) là gì và phạm vi ứng dụng?
_ Ngày nay trong lĩnh vực thông tin và giải trí, việc dùng màn hình
ống tia ca tốt truyền thống (CRT) đang dần đợc thay thế bằng việc
sử dụng màn hình tinh thể lỏng (LCD). Vì LCD có nhiều u điểm v-
ợt trội nh : Độ dày màn hình nhỏ hơn rất nhiều , Kích thớc đa dạng
từ loại màn hình nhỏ tới màn hình cực lớn, Tiêu thụ ít năng lợng và
không nguy hiểm bằng CRT.
LCD dùng trong thông tin giải trí
(Màn hình Tivi, máy vi tính)
LCD dùng trong truyền thông
(Màn hình điện thoại, hiển thị của hệ
thống chuyên dụng)
1
ở phần này chúng ta chỉ xét tới LCD loại nhỏ và việc dùng LCD
để hiển thị của hệ thống chuyên dụng.
2. Cơ sở vật lý của LCD.
_ Đúng nh tên gọi của nó, LCD (Liquid Crystals Display ) -
Màn hình tinh thể lỏng - , cơ sở vật lý để LCD có thể hiển thị đợc
thông tin , hình ảnh chính là do đặc tính của vật liệu chế tạo nên
LCD, tức là Liquid Crystals (thạch anh lỏng).
_ Đặc tính của Liquid Crystals :
Thứ nhất:
Liquid Crystals là vật liệu trong suốt vừa có tính chất của chất
rắn,lại vừa có tính chất của chất lỏng (chính điệu này đã lam nên sự
khác biệt):

+ ánh sáng truyền qua Liquid Crystals theo góc nghiêng của
các phân tử , và ánh sáng bị phản xạ trở lại. Đây chính là tính chất
của chất rắn.
+ Khi Liquid Crystals đợc tích điện, nó sẽ bị thay đổi góc
nghiêng của các phần tử, và kết quả là ánh sáng có thể truyền
xuyên qua. Đây chính là tính chất của chất lỏng.
Thứ hai :
LCD gồm 2 bề mặt dạng rãnh , giữa 2 bề mặt này là 1 lớp Thạch
Anh lỏng (Liquid Crystal).
Trớc hết nói về đặc tính 2 bề mặt rãnh : trên mõi bề mặt có các rãnh
. Các rãnh trên 1 mặt song song với nhau và vuông góc với các
rãnh trên mặt còn lại (theo hớng bắc-nam/ tây-đông).
Bây giờ nói về đặc tính của lớp Liquid Cristal (ở giữa) : ánh sáng
truyền qua lớp này theo góc của các phần tử, và vì thế ánh sáng bị
xoắn 90 độ khi xuyên qua lớp Liquid Cristal này. Nhng khi phân cực
cho lớp Liquid Cristal, các phân tử đợc sắp xếp lại theo phơng
ngang, và vì thế mà ánh sáng có thể truyền qua lớp Liquid Cristal
mà không bị xoắn. (Hình 2)
Thứ ba :
Về tính chất của lớp lọc ánh sáng đơn cực. Chúng ta đều biết
rằng ánh sáng là sóng truyền theo nhiều phơng khác nhau. Lớp lọc
đơn cực thực ra chỉ là tập hợp các đờng thẳng trong suốt song song
Chính là 2 bề mặt rãnh của LCD đã nói ở trên-. Sau khi đi qua
lớp lọc đơn cực, ánh sáng chỉ còn thành phần sóng có phơng trùng
2
với phơng các đờng thẳng trên lớp lọc cực. LCD có 2 lớp lọc đơn
cực có phơng lọc vuông góc nhau. Vì vậy, sau khi ra khỏi cả 2 lớp
lọc đơn cực ánh sáng bị chặn lại hoàn toàn. ánh sáng chỉ có thể
truyền qua cả 2 lớp lọc đơn cực nếu sau khi qua lớp lọc thứ nhất ánh
sáng đợc xoắn 1 góc 90 độ rồi mới đi qua lớp lọc thứ 2. Thật may,

việc xoắn ánh sáng hoàn toàn có thể thực hiện đợc theo tính chất
lớp Liquid Cristal đã nói ở trên.
Có thể tổng kết đờng đi của ánh sáng nh sau:
Để có 1 điểm tối trên LCD: ánh sáng phát ra từ bên trong LCD
sẽ đi qua bề mặt rãnh thứ nhất (lớp lọc đơn cực), sau đó ánh sáng
đi qua lớp Liquid Cristal (lớp này đợc phân cực nên ánh sáng qua
nó mà không bị xoắn), sau đó ánh sáng qua bề mặt rãnh thứ 2lớp
phân cực thứ 2 (lớp lọc đơn cực), ánh sáng không ló ra đợc khỏi lớp
này(bị chặn lại hoàn toàn) ta thấy 1 điểm tối trên màn hình LCD.
(Hình 3)
Để có 1 điểm sáng trên LCD: quá trình đi tơng tự nhng khác ở
chỗ ánh sáng qua lớp Liquid Cristal không đợc phân cực nên ánh
sáng bị xoắn 90 độ, nhờ thế mà đi qua đợc bề mặt rãnh thứ 2 (lớp
lọc đơn cực) Ta thấy 1 điểm sáng trên LCD. (Hình 3)

Hình 2
Hình 3
3
II/ Xét LCD cụ thể Hitachi HD44780
LCD hiển thị đợc 2 hàng mỗi hàng hiển thị đợc 16 ký tự (LCD có 14
chân) nh đợc minh hoạ trên hình.
Thông số của LCD :
+Kích thớc hiển thị : 16 ký tự x 2 dòng.
+Màu hiển thị: đen/trắng
+Chế độ giao tiếp : 8 bít và 4 bít
+Cỡ chữ hiển thị : 5x7 hoặc 5x10
1. Cấu trúc của LCD
1a. Giới thiệu sơ đồ chân LCD .
_ LCD có tổng số 14 chân chia làm 3 nhóm:
Nhóm 1: (3 chân) Cấp nguồn VDD, VSS : cấp 5V, 0V

VEE: thay đổi điện áp để thay đổi độ tơng
phản
Nhóm 2: (8 chân) Vào ra thông tin với VĐK : Từ chân D0-D7
Nhóm 3 : (3 chân) Điều khiển việc vào ra thông tin : E,RS,R/W
E :(bật /tắt ) (cho phép/ không cho phép trao đổi thông tin với
VĐK )
RS :(loại thông tin trao đổi)Thông tin trao đổi là lệnh điều khiển
hay à dữ liệu để hiển thị
R/W : (hớng truyền của thông tin) đọc trạng thái từ LCD hay
thông tin do VĐK gửi vào LCD để hiển thị
4
Cụ thể tên gọi và mô tả chức năng các chân đợc tổng kết trong
bảng sau:
Interface Pin Connections
Chân
số
Ký
hiệu
Tên Mô tả chức năng
1 VSS
Cấp nguồn
0V (GND)
2 VDD
Cấp nguồn
Nối với dơng nguồn (+4.5V~+5.5V)
3 VEE Contrast
điều chỉnh điện áp chân này sẽ tăng giảm độ tơng
phản của LCD. cho nên nó thờng đợc nối với biến
trở.
4 RS

Chọn thanh ghi
Nếu RS=0 : LCD nhận lệnh từ VĐK
Nếu RS=1: LCD nhận dữ liệu từ VĐK để hiển thị
5 RW Read/Write
Chọn chức năng ghi/ đọc
Rw=1 : chọn chức năng đọc dữ liệu từ LCD vào
VĐK
Rw=0 : chọn chức năng ghi dữ liệu từ VĐKvào LCD
để hiểnt thị
6 E Read Write enable
Cho phép/ ko cho phép LCD trao đổi thông tin với
VĐK.
Chỉ khi E chuyển từ 10 thì tín hiệu ở các chân D0-
D7 mới đợc đa vào LCD.
7 D0 Data bus 0-7
8 chân này đợc nối
với VĐK để vào/ra
thông tin
8 D1
9 D2
10 D3
11 D4
12 D5
13 D6
14 D7
_ Từ những đặc điểm và chức năng đã đợc đề cập ở trên ta có
thể đi tới việc hình thành việc ghép nối của LCD với vi điều khiển
nh sau:
5
Nh trên hình minh hoạ ta có thể thấy các chân D0-D3 là đờng tín

hiệu 2 chiều (để trao đổi thông tin Vi điều khiển và LCD). 3 chân
điều khiển RS, R/W, E là chân đa tín hiệu điều khiển từ Vi điều
khiển tới LCD nên nó chỉ là đờng tín hiệu 1 chiều thôi.
Vì chân Contrast (VEE) điều chỉnh độ t-
ơng phản của LCD nên ta cấp nguồn
cho nó thông qua biến trở (nh hình vẽ)
6
1b. Cấu trúc bộ nhớ trong LCD.
Màn hiển thị của LCD nói chung có thể lên tới hơn 40 ký tự trên
một dòng và một màn có thể có tới 4 dòng.Trong đó có một bộ RAM
để chứa mã 80 ký tự gọi là bộ nhớ DDRAM(display data ram),màn
hiển thị có thể dịch cả màn để quan sát đợc các ký tự khác.
Bộ ký tự hiển thị : Bộ hiển thị có thể hiển thị đợc các ký tự đã đ-
ợc lập trình trớc hoặc các ký tự do ngời dùng định nghĩa.Trong bộ
điều khiển hiển thị có một bộ nhớ ROM dùng để phát ký tự, trong
Rom này chứa 192 ký tự,khi cần chọn những ký tự này thì nó đợc
chọn thông qua từng mã của nó, có tới 96 mã ký tự ASCII, 64 mã ký
tự tiếng Nhật, 32 ký tự đặc biệt khác. Trong bộ điều khiển LCD cũng
có một bộ RAM gọi là CGRAM(character generator ram) trong bộ
nhớ này lu 8 ký tự do ngời dùng định nghĩa, các ký tự đầu tiên phải
viết vào CGRAM trớc rồi sau đó mới hiển thị ra màn hiển thị đợc.
2. Tập lệnh của LCD.
2a. Khả năng hiển thị của LCD.
LCD có khả năng hiển thị rất linh hoạt
_ Thiết lập chế độ hiển thị :
Hiển thị trên 1 dòng hay cả 2 dòng.
Chọn cỡ chữ hiển thị (5x7 hay5x10).
Chọn kiểu con trỏ màn hình (có/không gạch chân ,
có/không nhấp nháy)
_ Thiết lập kiểu trao đổi thông tin :

Trao đổi thông tin với Vi điều khiển dùng 4 bit hay 8 bít.
_ Trình bày nội dung hiển thị.
Hiển thị ký tự trên LCD.
Hiển thị ký tự ở vị trí bất kỳ trên LCD.
Tạo chữ chạy trên LCD
Hiển thị ký tự , biểu tợng , hình vẽ tuỳ ý ngời dùng trên
LCD.
7
2b. Tập lệnh của LCD
Để thực hiện đợc các khả năng hiển thị ở trên, ta cần ra lệnh
cho LCD thực hiện các thao tác, tức là phải sử dụng tập lệnh của
LCD.
8
Command
D7 D6 D5
Binary
D4 D3 D2 D1 D0
Hex
Clear Display
(Xoá màn hình)
0 0 0 0 0 0 0 1 01
Display & Cursor Home
0 0 0 0 0 0 1 x 02 or 03
Character Entry Mode
(Chế độ nhận dữ liệu)
0 0 0 0 0 1 1 / D S 04 to 07
Display On/Off & Cursor
(bật/tắt LCD và kiểu con trỏ)
0 0 0 0 1 D U B 08 to 0F
Display/Cursor Shift

(Dịch LCD và con trỏ)
0 0 0 1 D / C R / L x x 10 to 1F
Function Set 0 0 1 8 / 4 2 / 1
10 /
7
x x 20 to 3F
Set CGRAM Address 0 1 A A A A A A 40 to 7F
Set Display Address 1 A A A A A A A 80 to FF
1 / D:
S:
1=Increment*, 0=Decrement 1=Display shift on, 0=Off* R / L: 8 / 4: 1=Right shift,
0=Left shift 1=8-bit
interface*, 0=4-bit interface
D: 1=Display on, 0=Off*
2 / 1: 1=2 line mode, 0=1
line mode*
U: B: 1=Cursor underline on, 0=Off* 1=Cursor blink on, 0=Off*
10 / 7: 1=5x10 dot format,
0=5x7 dot format*
D / C: 1=Display shift, 0=Cursor move
x = Don't care * =
Initialization settings
Chú thích bảng lệnh:
Ký
hiệu
Chức năng Chú thích
X
bít nhị phân (0,1)tuỳ ý
1/D
Địa chỉ con trỏ 1= tự động tăng; 0= tự động

giảm
S
Dịch con trỏ sau khi hiển
thị
Có (1); Không (0)
D =1: bật LCD; =0: tắt LCD
U Con trỏ đợc gạch chân Có (1); Không (0)
B Con trỏ nhấp nháy Có (1); Không (0)
D/C Dịch chuyển Màn hình (1); Con trỏ (0)
R/L Chiều dịch chuyển Sang phải (1); Sang trái (0)
8/4 Chế độ trao đổi thông tin 8 bít (1); 4 bít (0)
2/1 Số dòng hiển thị 2 dòng (1) ; 1 dòng (0)
10/7
Cỡ chũ Cỡ 5x10 (1); Cỡ 5x7 (0)
_ Các lệnh trên chia làm 3 nhóm :
9
Nhóm 1: Các lệnh thiết lập chế độ hiển thị : Display On/Off &
Cursor , Function Set , Character Entry Mode .
Nhóm 2: Các lệnh điều khiển quá trình hiển thị (con trỏ và màn
hình): Display & Cursor Home , Display On/Off & Cursor ,
Display/Cursor Shift, Set CGRAM Address,
Nhóm 3: Lệnh kiểm tra trạng thái của LCD : Set Display
Address
_ Trên đây là tập lệnh của LCD, các mã lệnh này sẽ đợc đa từ Vi
điều khiển 8 đờng D0-D7. Muốn LCD nhận và hiểu các tín hiều đa
vào này là lệnh thì phải sử dụng đúng Nhóm 3 chân Điều khiển việc
vào ra thông tin : E,RS,R/W . Khi nào LCD hiểu tín hiệu đa vào là dữ
liệu, khi nào là lệnh là do sự kết hợp của 3 chân này quyết định.
Các chế độ vào ra thông tin của LCD (kết hợp các chân E,
RS, R/W)

Có 2 chế độ đa thông tin vào LCD (từ vi điều khiển): thông tin đa
vào là lệnh; Thông tin đa vào là dữ liệu để hiển thị
Có 1 chế độ đa thông tin ra khỏi LCD (vào vi điều khiển) : đọc
trạng thái hiện hành của LCD cho Vi điều khiển biết.
Điều khiển LCD là phải sử dụng linh hoạt các chế độ này. Việc
quyết định dùng chế độ vào ra thông tin nào là do 3 chân E,
RS,R/W của LCD quyết định.
+ Chân E: quyết định việc khi nào chấp nhận thông tin ở các
chân còn lại : đó là khi tín hiệu ở chân E chuyển mức từ 1 0.
+ Chân RS quyết định việc nhận lệnh hay dữ liệu. Lệnh (RS=0 );
Dữ liệu (RS=1)
+ Chân R/W quyết định chiều truyền dữ liệu . Vào LCD(R/W=0);
Ra khỏi LCD (R/W=0).
Tổng hợp theo bảng sau:
Các chế độ vào/ra thông tin do RS, R/W quyết định
RS R/W Chế độ
0 0 Lệnh gửi từ Vi điều khiển vào LCD
0 1 Đọc cờ bận (D7) và vị trí con trỏ (D0-D6) của LCD
1 0 Dữ liệu gửi từ Vi điều khiển vào LCD
10
Ví dụ muốn hiển thị 1 chữ cái A trên LCD ta phải lần lợt qua các
chế độ sau: Cấp nguồn Đọc trạng thái của LCD xem LCD đã sẵn
sàng cha Gửi lệnh từ Vi điều khiển vào LCD để thiết lập chế độ
hiển thị Gửi mã của ký tự cần hiển thị vào LCD.
11
3. Các ứng dụng hiển thị trên LCD.
Phần này sẽ sử dụng tập lệnh của LCD đợc xét ở mục 2 để đạt đợc
mục đích hiển thị trên LCD kết hợp với sử dụng linh hoạt Nhóm các
chân điều khiển vào ra thông tin E, RS, R/W.
3a. Thiết lập chế độ hiển thị cho LCD.

_ Phần này sẽ ứng dụng các lệnh :
Command
D7 D6 D5
Binary
D4 D3 D2 D1 D0
Hex
Clear Display 0 0 0 0 0 0 0 1 01
Display On/Off & Cursor 0 0 0 0 1 D U B 08 to 0F
Function Set 0 0 1 8 / 4 2 / 1 10 / 7 x x 20 to 3F
_ Đặt vấn đề :
Khi LCD modul đợc Reset, ở trạng thái ban đầu ngay khi đợc cấp
nguồn màn hình LCD cha có gì đợc hiển thị cả. Thậm chí , lúc này
nếu ta cho dữ liệu vào để hiển thị 1 ký tự nào đó thì LCD cũng
không thể làm đợc. Bởi vì trớc tiên LCD phải nhận đợc lệnh điều
khiển trớc khi nó có thể hiển thị thông tin. Lệnh điều khiển mà ta
muốn nói tới chính là lệnh cho LCD bật chế độ hiển thị và thiết lập
chế độ hiển thị cho LCD (Ví dụ: hiển thị trên 1 hay 2 dòng, con trỏ
hiển thị theo dạng nào..)
_ Lệnh Display On/Of and Cursor khi đợc gửi tới LCD sẽ bật
chế độ hiển thị của LCD và đồng thời cũng xác định kiểu con
trỏ hiển thị. Nếu bít D =1 sẽ bật LCD (ngợc lại sẽ tắt LCD). Nếu bít
U=1 con trỏ màn hình sẽ đợc gạch chân (và ngợc lại ). Nếu bít B=1
thì con trỏ sẽ nhấp nháy (và ngợc lại).
Tốt nhất nên chọn kiểu con trỏ hiển thị là con trỏ nhấp nháy và
có gạch chân để tiện quan sát. Muốn vậy , ta sẽ gửi tới LCD mã
lệnh sau : 00001111($0F).
Cụ thể các thao tác nh sau :
RS để ở mức logic 0 (LCD hoạt động ở chế độ nhận lệnh), R/W = 0
(truyền dữ liệu từ vi điều khiểu vào LCD) các đờng vào D0-D7 đ-
ợc đặt là: 00001111 ($0F)) Sau cùng để chân E có 1 chuyển

mức 1về 0 ở mức cao (cho phép LCD nhận dữ liệu). Sau khi
các thao tác này đợc thực hiện, 1 con trỏ nhấp nháy, có gạch chân
sẽ xuất hiên ở góc bên trái màn hình LCD .
12