LCD显示电路设计

1、 fpga控制的lcd显示电路设计 一、实验目的1了解12864点阵型液晶显示器的显示原理。2掌握12864点阵型液晶显示器的接口设计。3利用12864点阵型液晶显示器来实现lcd广告字幕机的设计。二、实验内容与要求利用12864点阵型液晶显示模块设计一个可显示图形和中文字符的lcd广告字幕机。1基本要求：1) 能够显示图形和文字。2) 要求显示的图形或文字稳定、清晰无串扰。3) 在目测条件下lcd显示屏各点亮度均匀、充足。2提高要求4) 图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。5) 显示屏刷新频率要求达到85hz。一. 引言 lcd液晶显示器是 liquid crystal display

2、 的简称，lcd 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。比crt要好的多，但是价钱较其它显示器贵。 fpga是英文fieldprogrammable gate array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在pal、gal、cpld等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（asic）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。fpga采用了逻辑单元阵列lca（logic cell array）这样一个概念，内部包括可配

3、置逻辑模块clb（configurable logic block）、输出输入模块iob（input output block）和内部连线（interconnect）三个部分。fpga的基本特点主要有： 1）采用fpga设计asic电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 2）fpga可做其它全定制或半定制asic电路的中试样片。 3）fpga内部有丰富的触发器和io引脚。 4）fpga是asic电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一5) fpga采用高速chmos工艺，功耗低，可以与cmos、ttl电平兼容。 二工作原理四、12864点阵型液晶显示器本设计所用的jm128

4、64a是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器、列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示；也可以显示8×4个(16×16点阵)汉字。112864点阵型液晶显示器的显示原理12864液晶显示屏共有128×64点阵，即每行显示128点，每列显示64点。此种型号的液晶显示屏以中间间隔平均划分为左屏和右屏分别显示，均为64×64点阵，而且各自都有独立的片选信号控制选择。先显示左屏，左屏全部显示完后才能显示右屏。显示屏上的显示数据由显示数据随机存储器ddram提供。ddram每字节中的每1个bit，对应显示屏上的1个点。bit值为1，

5、对应点显示，反之不显示。ddram与显示屏的对应位置如图1所示。每半屏显示数据共有512字节的ddram，分为8个数据页来管理，这些页对应显示屏从上到下编号为07页，每页64字节，涵盖半边显示屏的64行×64列×8bit点阵数据。向显示屏写数据实际上是向ddram中写数据，ddram不同页和不同列中的字节数据唯一对应显示屏一行的8个显示点。例如，向ddram第0页的第0列写入数据00010100b，则显示屏左上角第0列的8个显示点只有从上往下的第3和5点显示。不同页和不同列ddram的寻址，通过左半屏和右半屏各自的页地址计数器和列地址计数器实现，因此对显示屏ddram写显示

6、数据前，需要先设置页地址和列地址。 图1 12864液晶显示屏与内部ram的对应关系212864液晶显示器的内部结构及外部引脚1）12864液晶显示器的内部结构12864液晶显示器的内部结构框图如图2。 图2 12864点阵型液晶显示器的内部结构框图 ic1控制模块的左半屏，ic2控制模块的右半屏。ic3为行驱动器。ic1，ic2为列驱动器。ic1，ic2，ic3含有如下主要功能器件。了解如下器件有利于对lcd模块的编程。a) 指令寄存器(ir) ir是用来寄存指令码，与数据寄存器寄存数据相对应.当d/i=1 时，在e信号下降沿的作用下，指令码写入ir。.b) 数据寄存器(dr) dr是用来寄

7、存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应.当d/i=1时，在e信号的下降沿作用下，图形显示数据写入dr，或在e信号高电平作用下由dr读到db7db0 数据总线.dr 和ddram之间的数据传输是模块内部自动执行的。 c) 状态寄存器有效数据位3位，用于记录“忙”信号标志位（bf），复位标志位（rst）以及开/关显示状态位（on/off）。d) xy地址计数器 xy地址计数器是一个9位计数器。高三位是x地址计数器，低6位为y地址计数器，xy地址计数器实际上是作为ddram的地址指针，x地址计数器为ddram的页指针，y地址计数器为ddram的y地址指针。 x地址计数器是没有记数功能的，只能用指令设置

8、。 y地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，y地址自动加1，y地址指针从0到63。e) 显示数据ram(ddram) ddram是存贮图形显示数据的。ddram与地址和显示位置的关系见图1。f) z地址计数器 z地址计数器是一个6位计数器，此计数器具备循环记数功能，它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完成，此地址计数器自动加1，指向下一行扫描数据，rst复位后z地址计数器为0。z地址计数器可以用指令display start line 预置。因此，显示屏幕的起始行就由此指令控制，即ddram的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此模块的ddram共64行，屏幕可以循环滚动显示64行。2）

9、12864液晶显示器的外部引脚 12864液晶显示模块共有20个引脚，包括8位双向数据线、6条控制线及电源线等。具体引脚功能见下表所示。管脚号管脚名称电平管脚功能描述1vss0v电源地2vdd5.0v电源电压3v0-液晶显示器驱动电压4d/ih/ld/i=“h”,表示db7db0为显示数据d/i=“l”,表示db7db0为显示指令数据5r/wh/lr/w=“h”,e=“h”,数据被读到db7db0r/w=“l”,e=“hl”, db7db0的数据被写到ir或dr6eh/l使能信号：r/w=“l”,e信号下降沿锁存db7db0 r/w=“h”,e=“h” dram数据读到db7db0(使能端，高

10、电平有效)7db0h/l数据线8db1h/l数据线9db2h/l数据线10db3h/l数据线管脚号管脚名称电平管脚功能描述11db4h/l数据线12db5h/l数据线13db6h/l数据线14db7h/l数据线15cs1h/l左半屏片选信号，低电平有效16cs2h/l右半屏片选信号，低电平有效17reseth/l复位信号,低电平复位18vee-10vlcd驱动负电压19ied+dc+5v背光板电源20ied-dc0v背光板电源312864液晶显示器的编程指令1) 显示开关控制(display on/off)代码r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 0 0

11、1 1 1 1 1 1设置屏幕显示开/关。d/i=1，开显示。d=0，关显示。不影响ddram中的内容。2) 设置显示起始行(display start line) 代码r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 1 1 a5 a4 a3 a2 a1 a0 前面在介绍z地址计数器时已经描述了显示起始行是由z地址计数器控制的。a5a0 6位地址自动送入z地址计数器，起始行的地址可以是063的任意一行。例如：选择a5a0是62,则起始行与ddram行的对应关系如下：ddram 行：62 63 0 1 2 3 ·····

12、;············28 29屏幕显示行： 1 2 3 4 5 6················· 31 323) 设置页地址（set page “x address”)代码r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 1 0 1 1 1 a2 a1 a0 所谓页地址就是

13、ddram的行地址，8行为一页,模块共64行即8页,a2a0表示07页。读写数据对地址没有影响,页地址由本指令或rst信号改变复位后页地址为0。4) 设置y地址(set y address) 代码r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 0 1 a5 a4 a3 a2 a1 a0 此指令的作用是将a5a0送入y地址计数器，作为ddram的y地址指针。在对ddram进行读写操作后，y地址指针自动加1,指向下一个ddram单元。5) 读状态(status read)代码r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 1 0 busy 0on/o

14、ffret 0 0 0 0 当r/w=1 d/i=0时,在e信号为“h”的作用下，状态分别输出到数据总线(db7db0)的相应位。bf：bf1，内部正在进行操作，bf0，空闲状态。on/off：on/off1，表示显示打开，on/off0，表示显示关闭。rst: rst=1表示内部正在初始化，此时组件不接受任何指令和数据。6) 写显示数据(write display date) 代码r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 1 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 d7d0为显示数据，此指令把d7d0写入相应的ddram单元,y地址指针自动加1。7) 读

15、显示数据(read display date) 代码r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 1 1 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 此指令把ddram的内容d7d0读到数据总线db7db0，y地址指针自动加1。五、12864点阵型液晶显示器的接口电路设计通过前面对12864显示屏引脚功能的分析可以知道，该模块有一个整体的片选信号“e”，只有当该信号为高电平时，所有的电路才会有效。另外左右半屏各有一个选择信号cs1和cs2，cs1和cs2各自为低电平时，分别选中左半屏和右半屏。为了区分读写的是数据还是指令，还设置了一个数据/指令控制线d/i。根据这些原

16、则，设计出接口电路如图3所示。 图3 液晶显示器的接口电路由于cs0的地址范围为280h283h，由接口电路的设计可得液晶屏的相关地址，如下表。操作a1a0端口地址向左半屏写指令00280h向右半屏写指令10282h读/写左半屏数据01281h读/写右半屏数据11283h读状态寄存器00280h五、软件设计对12864的具体结构有了比较深入的了解，12864分左右两屏，像素点为128*64个像素点，行有128个像素点，列有64个像素点，行又设置为8页，在12864默认状态下中文字体都是16*16的大小，每个页包含8个像素行，所以要显示一个中文就需要2页；初始行的设定可以使得你要显示的字出现在任

17、意你想要的位置。对液晶显示器的编程就是向ddram中写数据。在写ddram之前，需要先清除ram，且左屏和右屏要分别进行清除。方法就是向ram的所有单元写入0值。12864写驱动程序的时候需要写七个指令分别是：“检忙”，“写指令”，“写数据”，“写显示开关”，“写页”，“写列”，“写初始行”。向lcd写显示数据的流程图如下： 液晶显示器的编程流程如下图：清左屏ram左右展开显示写入lcd左屏数据写入lcd左屏数据清左屏ram开始系统初始化nynyyn将起始页地址存入bl页地址加1设置列地址显示ram设置页地址lcd工作忙已显示64列页地址已设置8次结束六lcd的应用广告字幕机是用lcd输出不同

18、的汉字和图形。要液晶显示器显示不同的图形或汉字，就是向ddram中写入不同的数据。根据前面所说的液晶显示屏与ddram的对应关系，可以构造不同的数据来显示不同的图形和汉字。七实验结果用vhdl语言进行仿真后生成的波形如下图所示：生成的rtl电路图如下：参考文献潘松，黄继业编著eda技术与vhdl(第2版)m，北京：清华大学出版社，2007沈明山编著，eda技术及可编程器件应用实训，北京：科学出版社，2004李国洪，沈明山，胡辉编著，可编程器件eda技术与实践，北京：机械工业出版社，2004.7源程序附件如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;us

19、e ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity lcd is port( clk: in std_logic; rs,rw,cs1,cs2,e: out std_logic; address: out std_logic_vector(4 downto 0); q: out std_logic_vector(7 downto 0) );end; architecture behav of lcd is type states is(st0,st1,st2,st3,st4,st5,st6,st7, st8,st9

20、,st10,st11,st12,st13,st14,st15,st16) ; -状态定意 signal pre_state,next_state:states; signal datalock,en,rst1:std_logic; signal addr:integer range 0 to 65:=0; signal xpage:std_logic_vector(7 downto 0):="10111000" signal yaddr:std_logic_vector(7 downto 0):="01000000"variable i :integer

21、 range 0 to 511:=0 ;type status is array (0 to 511 ) of std_logic_vector(7 downto 0);constant word:status:=("00010000"),("00000100"),("01100000"),("00000100"),("00000001"),("11111111"),("11000110"),("00000000"),("00

22、110000"),("00000000"),("00000010"), ("00000000"), ("11100010"), ("00000111"), ("00100010"), ("00000010"), ("00100010"), ("00000010"), ("11100010"), ("00000111"),("00000010"),

23、("01000000"), ("00000010"), ("10000000"), ("11111110"), ("01111111"),("00000010"), ("00000000"), ("00000010"), ("00000000"), ("00000000"), ("00000000"), -"河" ("00000100")

24、,("00000000"),("00000100"),("00000000"),("11100100"),("01111111"),("00100100"),("00000100"),("00100100"),("00000101"),("01100100"),("00000101"),("10110100"),("00000101"),

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26、"00111111"),("00000100"),("00000000"),("00000000"),("00000000"), -"南"("00010000"),("00000100"),("00010010"),("00000010"),("10010010"),("00000001"),("01110010"),("000

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28、00000000"),("00000010"),("0000000000"),("00000010"),("11111111"),("111111111"),("00000000"),("000000001"),("00000000"),("00000001"),("000000000"),("00000000"), -"科"("0000

29、1000"),("00000001"),("00001000"),("010000001"),("10001000"),("10000000"),("11111111"),("01111111"),("01001000"),("00000000"),("00101000"),("01000000"),("00000000"),("0100

30、00000"),("11001000"),("00100000"),("01001000"),("00010011"),("01001000"),("00001100"),("01111111"),("00001100"),("01001000"),("00010010"),("11001000"),("001000001"),("010

31、01000"),("01100000"),("00001000"),("00100000"),("00000000"),("00000000"), -"技"，("00000000"),("00000000"),("00000000"),("00000000"),("11111000"),("00001111"),("01001000&qu

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36、),("00000000"),("00001000"),("00000000"),("00000000"),("00000000"),-信；("00010000"),("0000100"),("00010010"),("00000010"),("10010010"),("00000001"),("01110010"),("00000000"

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40、;),("00000000"),-“0”；("00000000"),("00000000"),("00001110"),("00001111"),("00010000"),("00010001"),("10001000"),("00100000"),("10001000"),("00100000"),("00011000"),("00010001&

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