探索Matrix Orbital LCD2041：功能、连接与应用全解析

在电子设备的设计与开发中，显示屏是至关重要的组成部分。Matrix Orbital的LCD2041显示屏以其丰富的功能和广泛的应用场景，成为众多工程师的选择。今天，我们就来深入了解一下这款显示屏的特点、连接方式以及相关的操作命令。

文件下载：LCD2041-V.pdf

一、LCD2041概述

1.1 功能特点

LCD2041具备诸多实用功能，它拥有20列4行的文本显示区域，内置5x7点阵字体，支持标准ASCII字符和多种扩展字符，还允许用户自定义最多8个特殊字符。通信方面，支持RS - 232和I²C两种通信方式，通信速度从1200 bps到19.2 Kbps不等。此外，它还具备软件控制对比度、可配置超时设置的背光灯、一个通用输出接口，可用于控制各种电子或机电设备，同时支持水平或垂直条形图显示。电源选项多样，有+5V或+8V至+15V可选，还有扩展温度选项，并且能适配Matrix Orbital的双PC托架插入件，无需任何修改。

1.2 适用场景与局限性

LCD2041主要作为关联控制器的显示单元，控制器可以是单板、专用微控制器或PC等。它能通过简单的命令结构在屏幕上显示文本和条形图，但不具备位图图形功能（除了通过定义特殊字符实现的部分），也没有键盘接口。

二、测试设置

2.1 测试准备

在进行应用设置之前，我们可以使用PC对显示屏进行测试。如果没有配备双托架PC安装套件，需要准备以下物品：

• 一个用于连接3.5英寸软盘驱动器的4针电源连接器，注意不要将显示屏连接到PC中未修改的备用电源连接器上。
• 一个备用RS - 232端口（COM1或COM2）。
• 一个5V电源（宽电压型号需要8 - 15V电源）。
• 一根9针或25针RS - 232串行电缆，如果使用25芯电缆，还需要一个9转25针适配器。

2.2 测试步骤

1. 参考连接图，将连接器连接到电源。大多数连接器中，红色导线接+5V，黑色导线接地。需要注意的是，若设备遭受过电压或极性反转，制造商的保修将失效。
2. 使用串行电缆和适配器（如有需要）将显示屏连接到PC。确保RS - 232电缆包含所需的接地导线，且RS - 232接地和电源接地之间没有电压差。
3. 连接电源连接器，确保+5V连接到V + 。打开电源，显示屏背光灯应亮起，左上角应出现闪烁的光标。

2.3 功能测试

连接好电源和PC且背光灯亮起后，我们可以进行一些功能测试。例如，运行像Display Tuner或AlphaDemo这样的PC程序，确保其配置使用正确的端口，并将波特率设置为19,200，就可以尝试输入文本。若要测试显示屏的其他功能，则需要编写程序（使用如Basic或C等语言）来发送所需的命令字符串，因为大多数终端程序无法发送作为命令前缀的0xFE字符。

三、连接方式

3.1 连接器引脚

LCD2041有三个连接器：2针用于通用输出，4针用于电源和I²C通信，DB - 9F用于RS - 232和电源。电源通过引脚1和4提供，标准单元的电源要求为+5 VDC ±0.25V，宽电压范围选项的单元需要8 - 15 VDC。需要注意的是，不要施加反向极化的电源，不要使用指定电压以外的电压，不要使用非Matrix Orbital提供的电缆（除非了解所需的修改），不要同时向DB - 9连接器和电源连接器施加电压，不要向DB - 9连接器的引脚9施加超过+5Vdc的电压。

3.2 RS - 232通信

RS - 232连接器采用标准的“直通”9针D - sub电缆，可将模块连接到PC的标准串行端口（如COM端口）。该设备符合EIA - 232标准，使用±12V的信号电平，也可转换为TTL电平。显示屏的默认速度为19.2Kbps，其他设置为8位、无校验位、1个停止位。通过DB9连接器进行RS - 232通信时，还提供了备用串行连接选项，通过设置两个跳线可实现数据和电源共用一根电缆。此外，显示屏还支持TTL通信，通过修改三个跳线可实现通过4针SIP头或DB9连接器进行TTL通信。RS - 232波特率和I²C地址可通过跳线进行配置。

3.3 I²C通信

I²C通信速率为100Kbps，支持在单条通信线上连接多达16个单元。I²C数据线使用5伏CMOS电平。要进行I²C通信，需要将两个跳线设置到DB - 9连接器上方的I²C位置。ACK用于指示数据是否正确接收，但Matrix Orbital模块在处理数据时，对于未正确接收的字节，只能在后续字节中不进行确认。

3.4 通用输出

显示屏的通用输出可用于控制继电器或其他电子设备。通过PC或控制器和软件命令，可以打开或关闭外部设备。+端子连接到模块正电源， - 端子通过240欧姆限流电阻和电子开关接地，最大允许电流为20mA。如果被切换设备的电阻为240欧姆或更高，可以短路相应的电阻。需要注意的是，GPO没有过流或过/欠压保护，使用时要采取相应的保护措施，如使用二极管和电容器来吸收继电器产生的反电动势。

四、文本显示

4.1 字体与字符

LCD2041使用内置的5x7点阵字体显示文本，除了标准的ASCII字符和多种扩展字符外，用户还可以自定义最多8个特殊字符。这些自定义字符占据字符集的前8个位置（0x00到0x07），但显示屏不支持下载其他字体。

4.2 文本写入与命令

当显示屏接收到字符时，会在当前定义的位置显示该字符，后续字符会依次显示在后续位置。文本插入位置由显示屏的易失性内存存储，并由显示屏的固件内部维护。可以通过一系列命令来操作文本插入位置，例如自动换行、自动滚动、设置光标位置、发送光标回家、打开或关闭下划线光标和块光标、移动光标等。

五、条形图和特殊字符

5.1 条形图绘制

LCD2041支持水平和垂直条形图的绘制。通过相应的命令可以初始化宽垂直条形图、窄垂直条形图和水平条形图，然后根据需要绘制条形图。绘制垂直条形图时，需要指定列和高度；绘制水平条形图时，需要指定列、行、方向和长度。

5.2 特殊字符定义

用户可以定义最多8个自定义字符，这些字符占据字符集的前8个位置。通过发送特定的命令和8个字节的数据来定义字符，其中“1”位表示黑色像素，“0”位表示透明像素。一旦定义，通过发送相应的字符编号（0x00到0x07）即可显示该字符。需要注意的是，如果发出任何“初始化条形图”命令，自定义字符将被擦除。

六、其他命令

6.1 显示控制命令

• 清除显示（254 88）：清除显示屏并将文本插入点重置到屏幕左上角。
• 设置对比度（254 80 [contrast]）：将显示屏的对比度设置为指定值（0x00到0xFF），较低的值使显示区域中的“开”元素变亮，较高的值使“开”元素变暗。
• 背光灯打开（254 66 [minutes]）：打开背光灯指定的分钟数，如果分钟数为0，背光灯将一直打开。
• 背光灯关闭（254 70）：关闭显示屏的背光灯。
• 通用输出关闭（254 86）：关闭任何通用输出。
• 通用输出打开（254 87）：打开通用输出。
• 读取模块类型（254 55）：通过RS - 232接口以TTL电平返回模块的型号值。

6.2 命令总结

LCD2041的操作由一组简单且一致的命令集控制，这些命令可以控制文本显示、图形显示、键盘接口和其他操作参数。所有命令都以0xFE（十进制254）作为前缀，通过串行通信链路（I²C或RS - 232）以当前定义的波特率发送。

七、规格与选项

7.1 环境与电气规格

LCD2041有标准温度和扩展温度两种选项，标准温度下的工作温度为0°C至+50°C，存储温度为 - 20°C至+70°C；扩展温度下的工作温度为 - 20°C至+70°C，存储温度为 - 40°C至+85°C。电气规格方面，电源电压为4.75 - 5.25 Vdc（可选8 - 15 VDC），典型供电电流为11 mA，典型背光灯供电电流为90 mA。

7.2 光学特性

显示屏有80个字符（20列4行），矩阵格式为5 x 7并带有下划线，显示区域为76.3 x 25.20 mm，字符大小为2.95 x 4.75 mm（不包括下划线），字符间距为3.55 mm，行间距为5.35 mm，点大小为0.55 x 0.55 mm，点间距为0.60 x 0.60 mm，LED背光灯寿命典型值为100,000小时，照明颜色为黄绿色。

7.3 可选配置

LCD2041提供了多种可选配置，如Inverse Blue LCD WB、Inverse Yellow LCD IY、White backlight with Gray glass (Ice Blue) GW、Extended Temperature E、Wide Voltage V、Wide Voltage with Efficient Switching Power Supply - VPT等。

Matrix Orbital的LCD2041显示屏以其丰富的功能、多样的连接方式和灵活的配置选项，为电子工程师在设计各种显示应用时提供了有力的支持。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择连接方式和操作命令，以充分发挥其性能。你在使用类似显示屏时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。