串口字符型LCD实战指南：从原理到代码，一文搞懂显示流程
你有没有遇到过这样的场景？
调试一个嵌入式系统时，想看看传感器的实时数据，但又不想连电脑看串口打印。这时候，如果手边有一块能直接显示文字的小屏幕该多好——接上电源、发几个字节，立刻就能看到结果。
这就是我们今天要聊的主角：串口字符型LCD模块。
它不像OLED或TFT那样炫酷，也没有触摸交互功能，但它胜在简单、可靠、便宜，而且——两根线就能点亮。对于刚入门嵌入式开发的朋友来说，它是通往“看得见”的世界的第一个台阶。
为什么选择串口字符型LCD？
先说个扎心的事实：传统的1602/2004液晶屏虽然经典，但用起来其实挺麻烦的。
以常见的HD44780控制器为例，你要控制RS、RW、E和D0~D7共8条数据线（或4位模式下的4条），再加上使能信号的精确时序配合——光是初始化就得写十几行延时操作。对资源紧张的单片机来说，这简直是种折磨。
而串口字符型LCD把这一切都封装好了。你在主控端只需要做一件事：
通过串口发字符串或者指令
剩下的工作——解析协议、生成时序、驱动液晶——全部由模块内部完成。你可以把它理解为一个“智能显示器”，你说什么，它就显示什么。
更关键的是，它的硬件连接极简：
- UART版：TX + GND（两根线）
- I²C版：SDA + SCL + GND（三根线）
这对引脚稀缺的MCU（比如STM8、nRF52系列）简直是救星。
它是怎么工作的？一张图讲清楚
想象一下，你在手机上打字发微信。你只关心内容本身，不需要知道信息是如何编码、加密、传输、解码的。同样地，使用串口字符型LCD的过程也类似：
[你的代码] ↓ "Hello World!" ↓ 通过UART/I²C发送出去 ↓ [串口LCD模块] → 接收数据 → 判断是命令还是文本 → 转换成HD44780能懂的信号 ↓ [LCD屏幕] 显示出来整个过程就像有个“翻译官”帮你把高级语言转成了底层机器动作。
这个“翻译官”通常是一个小芯片，比如SC8813、CH480T，或者是像PCF8574这样的I/O扩展器+微程序控制。它们内置了通信协议栈和LCD驱动逻辑，对外暴露一个简单的接口。
常见通信方式对比：UART vs I²C
目前市面上主流的串口字符型LCD主要分为两类：UART TTL和I²C转LCD模块。两者各有优势，选哪个取决于你的项目需求。
| 特性 | UART模块 | I²C模块 |
|---|---|---|
| 连线数量 | 2根（TX+GND） | 3根（SDA+SCL+GND） |
| 地址支持 | 单设备 | 支持多设备挂载（可设地址） |
| 波特率要求 | 需匹配（常见9600/115200） | 自动同步时钟 |
| 开发难度 | 简单，直接print | 需初始化总线 |
| 典型应用场景 | 快速原型、日志输出 | 多屏联动、紧凑设计 |
📌 实战建议：
- 如果只是临时调试、快速验证，选UART模块，插上线就能用；
- 如果要做产品级设计，且可能扩展多个显示单元，优先考虑I²C方案，布线整洁，易于管理。
UART型模块怎么用？手把手教你写第一行代码
我们以最常见的国产UART字符屏为例，这类模块通常采用私有协议，用0xFE作为命令前缀，后面跟具体操作码。
硬件连接（Arduino Uno为例）
| Arduino | LCD模块 |
|---|---|
| D3 (TX) | RX |
| GND | GND |
⚠️ 注意：不要接RX！因为我们只向LCD发送数据，不需要接收返回值（除非启用了应答模式）。
软件实现（基于SoftwareSerial）
#include <SoftwareSerial.h> // 定义软串口：D3作为发送脚（TX），D2闲置 SoftwareSerial lcdSerial(2, 3); // RX, TX void setup() { lcdSerial.begin(9600); // 必须与模块波特率一致 delay(100); // 发送清屏指令 lcdSerial.write(0xFE); // 命令标志 lcdSerial.write(0x01); // 清屏 delay(5); // 给LCD反应时间 // 输出欢迎语 lcdSerial.print("Hello World!"); } void loop() { static int counter = 0; delay(5000); // 更新第二行内容 lcdSerial.write(0xFE); lcdSerial.write(0x01); // 再次清屏 delay(5); lcdSerial.print("Count: "); lcdSerial.print(counter++); }📌重点说明：
-0xFE是大多数国产UART-LCD识别控制命令的起始字节，之后的数据被当作指令处理。
- 常见指令包括：
-0xFE 0x01：清屏
-0xFE 0x80 + addr：设置光标位置（addr=0表示第一行首字符）
-0xFE 0x12：关闭背光；0xFE 0x11：开启背光
- 指令执行后务必加延时（2~10ms），否则连续发送可能导致乱码或无响应。
💡 小技巧：如果你发现屏幕没反应，先检查三点：
1. 波特率是否正确？
2. 是否忘了发0xFE前缀？
3. 有没有在指令后加足够的延迟？
I²C型模块如何接入？少写一半代码的秘密
相比UART模块需要记忆各种控制码，I²C版本往往更加“友好”。因为它通常基于开源库封装，调用方式接近“原生”编程体验。
典型模块：GY-LCD-V2（PCF8574 + HD44780）
这类模块内部使用PCF8574T作为I²C转并行接口芯片，将I²C接收到的数据转换成RS、E、D4~D7等信号，再驱动标准字符屏。
硬件连接
| Arduino | GY-LCD模块 |
|---|---|
| A4 (SDA) | SDA |
| A5 (SCL) | SCL |
| 5V | VCC |
| GND | GND |
🔔 建议外接4.7kΩ上拉电阻（部分模块已内置）
使用LiquidCrystal_I2C库快速上屏
#include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h> // 创建对象：I²C地址0x27，16列2行 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); void setup() { Wire.begin(); lcd.init(); // 初始化LCD lcd.backlight(); // 打开背光 lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("I2C LCD Ready"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Addr: 0x27"); } void loop() { // 动态刷新示例 static int sec = 0; delay(1000); lcd.setCursor(8, 1); lcd.print(sec++); if (sec > 99) sec = 0; }是不是清爽多了？你甚至不用关心底层通信细节，所有复杂的位操作都被库函数隐藏了。
🔍如何确认I²C地址？
很多模块默认地址是0x27或0x3F，但可能因PCB跳线不同而变化。推荐上传一个简易扫描程序：
#include <Wire.h> void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); Serial.println("Scanning I2C..."); byte count = 0; for (byte i = 1; i < 120; i++) { Wire.beginTransmission(i); if (Wire.endTransmission() == 0) { Serial.print("Found device at: 0x"); if (i < 16) Serial.print("0"); Serial.println(i, HEX); count++; } } if (!count) Serial.println("No I2C device found."); } void loop() {}运行后打开串口监视器，就能看到实际挂载的设备地址。
实际工程中的那些“坑”与应对策略
别以为接上线就能万事大吉。我在实际项目中踩过的坑，现在都告诉你。
❌ 问题1：屏幕乱码或不亮
- ✅ 检查点：
- 供电电压是否匹配？（3.3V MCU不能直接驱动5V LCD）
- 波特率/地址设置错误？
- 接线松动或反接？
🔧 解法：加一级电平转换（如TXS0108E）或选用宽压模块（支持3.3V~5V）。
❌ 问题2：指令无效，无法清屏
- ✅ 检查点：
- 控制前缀是否正确？有的模块用
0x7C开头（如JX-02S系列） - 是否遗漏延时？
🔧 解法：查阅模块手册，确认协议格式。例如某些型号进入“自定义模式”需先发送特定唤醒序列。
❌ 问题3：背光常亮无法关闭
- ✅ 原因：PCF8574类模块中，背光引脚连接的是固定高电平。
- 🔧 解法：更换支持背光控制的版本（如A0/A1可调地址板），或使用PWM晶体管控制背光电流。
❌ 问题4：长距离通信失败（>1米）
- ✅ 原因：UART信号衰减严重，I²C未加终端电阻。
- 🔧 解法：
- 改用RS-485版本串口屏（支持千米级传输）
- I²C加总线缓冲器（如P82B715）提升驱动能力
设计建议：让显示更稳定、更专业
✅ 加去耦电容
在VCC与GND之间并联一个0.1μF陶瓷电容，紧靠模块电源脚，有效抑制电源噪声干扰。
✅ 合理设置刷新频率
频繁清屏+重绘会导致闪烁。建议：
- 静态内容只写一次
- 动态区域局部更新（移动光标修改数字即可）
✅ 字符编码注意
大部分串口字符型LCD仅支持ASCII和半角字符，不支持中文。若需显示汉字，必须：
- 外接带字库的图形屏
- 使用自定义字符CGROM功能（最多定义8个符号）
✅ 节能设计
电池供电场景下，可在空闲时关闭背光：
lcd.noBacklight(); // 关闭 delay(30000); lcd.backlight(); // 再次开启总结：谁适合用串口字符型LCD？
这套方案不是万能的，但它特别适合以下几类用户：
✅初学者：无需掌握复杂时序，快速获得视觉反馈
✅原型开发者：节省时间，专注核心逻辑验证
✅工业现场工程师：远程监控温度、压力、状态码
✅低功耗设备设计者：静态显示电流低于1mA
它不是最强大的，但一定是最容易上手且足够可靠的起点。
当你第一次看到自己写的代码变成屏幕上跳动的数字时，那种成就感，会让你爱上嵌入式开发。
如果你正在寻找一块即插即用、成本不过十来块钱、还能撑起整个系统状态面板的显示屏，那串口字符型LCD，真的值得放进你的工具箱。
👉 下一步可以尝试：结合按键输入实现菜单切换，或是接入温湿度传感器实时显示环境数据。小小的屏幕，也能玩出大花样。
有什么问题欢迎留言交流！
