通过GPIO扩展芯片驱动LCD1602的实战接线示例

用PCF8574驱动LCD1602：如何用2根线控制一块屏？

你有没有遇到过这样的窘境？手头的MCU引脚快被掏空了，ADC、UART、SPI、按键、LED一个接一个，结果还要加个LCD1602显示状态——光是RS、E、D4~D7就得再占6个GPIO。这在STM8、nRF52或QFN封装的小型MCU上几乎是“致命”的开销。

别急，今天我们就来解决这个经典问题：只用I²C两根线（SCL + SDA），通过PCF8574 GPIO扩展芯片，完美驱动LCD1602。不仅节省资源，还能让电路更整洁、系统更具扩展性。

为什么非得“绕路”？直接连不行吗？

先说结论：能连，但代价太大。

LCD1602基于HD44780控制器，标准工作模式需要至少6条控制/数据线（RS、E、D4-D7）。如果你主控还有富裕引脚，当然可以直接接。但在以下场景中，这种“奢侈”就玩不起了：

使用STM32F030K6T6这类仅28个可用GPIO的紧凑型MCU；
设计低功耗IoT节点，每个多余引脚都意味着布线复杂度和潜在漏电流；
需要为未来预留接口（比如CAN、USB、触摸检测）；

这时候，“串行转并行”就成了最优解。而PCF8574正是为此而生。

PCF8574：I²C上的“隐形手臂”

它是什么？

PCF8574是一款由NXP推出的8位I/O扩展器，专为I²C总线设计。你可以把它想象成MCU伸出的一只“远程手”，这只手有8个手指（P0-P7），每个都能当输入或输出用。

它的最大魅力在于：
- 只需SCL和SDA两根线连接到MCU；
- 支持最多8片并联（地址由A0-A2决定，范围0x20~0x27）；
- 每次通信只需发送一个字节，即可同步更新全部8个引脚电平；
- 工作电压兼容3.3V与5V系统，静态功耗仅约10μA。

小知识：它没有独立的方向寄存器！方向靠“写高=输入，写低=输出”隐式切换——这是使用时最容易踩坑的地方。

引脚功能一览

引脚	功能说明
P0-P7	8个准双向I/O口，用于连接外设
A0-A2	地址选择引脚，接地为0，接VCC为1
SDA / SCL	I²C数据/时钟线
VDD / VSS	电源正负极（2.5V~6V）
INT	中断输出（本应用暂不用）

我们通常将A0-A2全部接地，得到最常见地址0x27或0x3F（注意部分模块内置上拉，实际地址可能偏移）。

LCD1602怎么被“遥控”？

核心思路：映射 + 分时传输

既然PCF8574只有8个输出位，而LCD1602在4位模式下也需要6个信号（RS、RW、EN、D4、D5、D6、D7），那怎么安排？

很简单：把PCF8574的P0~P7分别接到LCD的对应引脚上。典型接法如下：

PCF8574	→	LCD1602	功能
P0	→	RS	寄存器选择
P1	→	RW	读写控制（常接地）
P2	→	EN	使能信号
P3	→	—	空闲（可作背光控制）
P4	→	D4	数据线低半字节
P5	→	D5	数据线
P6	→	D6	数据线
P7	→	D7	数据线高半字节

提示：RW脚一般固定接GND（只写不读），所以P1也可以不用接。省下的位可用于控制背光！

软件实现：从协议到底层操作

初始化流程的关键点

LCD1602的初始化必须严格遵循HD44780规范，尤其是在4位模式下。难点在于：上电后不知道当前数据长度，必须先以“伪8位”方式发送三次0x03，才能安全切换到4位模式。

整个过程如下：

上电延时 ≥15ms
发送0x03（高四位）
延时 >4.1ms
再发0x03
延时 >100μs
再发0x03
发送0x02，正式进入4位模式
后续发送完整命令（如0x28设置双行显示）

这些步骤不能跳，否则LCD会“失联”。

核心代码拆解（基于Arduino Wire库）

#include <Wire.h> // I²C地址（确认你的模块是0x27还是0x3F！） #define PCF8574_ADDR 0x27 // 映射定义 #define LCD_RS (1 << 0) #define LCD_RW (1 << 1) // 若未使用可忽略 #define LCD_EN (1 << 2) #define LCD_BACKLIGHT (1 << 3) // 可选：背光控制 #define LCD_D4 (1 << 4) #define LCD_D5 (1 << 5) #define LCD_D6 (1 << 6) #define LCD_D7 (1 << 7) static uint8_t lcd_data = 0; void pcf8574_write(uint8_t data) { Wire.beginTransmission(PCF8574_ADDR); Wire.write(data); Wire.endTransmission(); } // 发送半字节（关键函数） void lcd_send_nibble(uint8_t nibble, bool is_command) { // 清除旧D4-D7数据 lcd_data &= ~(LCD_D4 | LCD_D5 | LCD_D6 | LCD_D7); // 设置新数据 if (nibble & 0x01) lcd_data |= LCD_D4; if (nibble & 0x02) lcd_data |= LCD_D5; if (nibble & 0x04) lcd_data |= LCD_D6; if (nibble & 0x08) lcd_data |= LCD_D7; // 设置RS if (!is_command) lcd_data |= LCD_RS; else lcd_data &= ~LCD_RS; // EN脉冲：高→低触发 lcd_data |= LCD_EN; pcf8574_write(lcd_data); delayMicroseconds(1); lcd_data &= ~LCD_EN; pcf8574_write(lcd_data); delayMicroseconds(50); // 给LCD反应时间 } // 发送完整字节 void lcd_write_byte(uint8_t byte, bool is_command) { lcd_send_nibble(byte >> 4, is_command); // 高四位 lcd_send_nibble(byte & 0x0F, is_command); // 低四位 delayMicroseconds(40); } // 初始化LCD void lcd_init() { delay(50); // 上电稳定 lcd_data = 0; pcf8574_write(lcd_data); // 初始同步序列（必须三次） lcd_send_nibble(0x03, true); delay(5); lcd_send_nibble(0x03, true); delay(5); lcd_send_nibble(0x03, true); delay(1); lcd_send_nibble(0x02, true); // 切换至4位模式 delay(1); // 正式配置 lcd_write_byte(0x28, true); // 4位，2行，5x7字体 lcd_write_byte(0x0C, true); // 开显示，关光标 lcd_write_byte(0x06, true); // 自动增址，不移屏 lcd_write_byte(0x01, true); // 清屏 delay(2); }

如何打印字符串？

加个简单封装就行：

void lcd_print(const char* str) { while (*str) { lcd_write_byte(*str++, false); // false表示是数据 } } void lcd_set_cursor(uint8_t row, uint8_t col) { uint8_t addr = col; if (row == 1) addr += 0x40; lcd_write_byte(0x80 | addr, true); }

调用示例：

lcd_init(); lcd_print("Hello World!"); lcd_set_cursor(1, 0); lcd_print("From I2C LCD");

实际搭建注意事项（避坑指南）

1. 上拉电阻不能少

I²C是开漏结构，SCL和SDA必须接4.7kΩ上拉电阻到VCC。很多PCF8574模块已集成，但自己画板时务必加上。

2. 地址搞不清？试试扫描工具

不确定模块地址？用Arduino写个I²C扫描程序：

void scan_i2c() { Wire.begin(); Serial.println("Scanning I2C..."); for (uint8_t i = 1; i < 127; i++) { Wire.beginTransmission(i); if (Wire.endTransmission() == 0) { Serial.printf("Found device at 0x%02X\n", i); } } }

常见地址：0x27（无上拉）、0x3F（带P0-P7上拉版本）