FPGA控制的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：能够显示图形和文字。要求显示的图形或文字稳定、清晰无串扰。在目测条件下LCD显示屏各点亮度均匀、充足。2.提高要求图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。显示屏刷新频率要求达到85Hz。一.引言LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃

2、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FieldProgrammableGateArray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(LogicCellArray)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogic

3、Block)、输出输入模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA的基本特点主要有：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。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。FPGA内部有丰富的触发器和IO引脚。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JM12864A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128X64全点阵液晶显示器组

4、成。可完成图形显示；也可以显示8X4个(16X16点阵)汉字。1.12864点阵型液晶显示器的显示原理12864液晶显示屏共有128X64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64X64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,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

5、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X64列X8bit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写显示数据前，需要先设置页地址和列地址。00-000000OOQOOOOOOOOOOOQOO00000000000000-5OOOQOOOOOOOQOOOOO000

6、0000000000000O00O000OOO0OOOOOOOOQOOOO00000000ooocQQ000000000000000000000000000000000图112864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212864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。指令寄存器(IR)IR是用来寄存指令码，与数据寄存

7、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。.数据寄存器(DR)DR是用来寄存数据的，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DB7DBO数据总线.DR和DDRAM之间的数据传输是模块内部自动执行的。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)。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

8、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。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。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。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DISPLAYSTARTLINE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

9、块的DDRAM共64行，屏幕可以循环滚动显示64行。2）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”，DB7DBO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DB7DB0R/W=“H”,E

10、=“H”DRAM数据读到DB7DB0（使能端，高电平有效）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(DISPLAYON/OFF)代码R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB

11、3DB2DB1DB0形式0000111111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(DISPLAYSTARTLINE)代码R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式0011A5A4A3A2A1A0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。A5A06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：626301232829屏幕显示行：12345631323)设置页地址(SETPAGE“XADDRE

12、SS”)代码R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式0010111A2A1A0所谓页地址就是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(SETYADDRESS)代码R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式0001A5A4A3A2A1A0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(STATUSREAD)代码R/WD/IDB

13、7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式10BUSY0ON/OFFRET0000当R/W=1D/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：BF=1,内部正在进行操作，BF=0,空闲状态。ON/OFF：ON/OFF=1,表示显示打开，ON/OFF=0,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(WRITEDISPLAYDATE)代码R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式01D7D6D5D4D3D2D1D0D7DO为显示数据，此指令把D7DO写入相应的DDRAM单

14、元,Y地址指针自动加1。7)读显示数据(READDISPLAYDATE)代码R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式11D7D6D5D4D3D2D1D0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。根据这些原则

15、，设计出接口电路如图3所示。由于CS0的地址范围为280H-283H，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向右半屏与指令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意你想要的位置。对液晶显示器

16、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：YLCD工作忙N已显示64列NYNY页地址已设置8次将起始页地址存入BL页地址加1设置页地址设置列地址显示RAM结束六.LCD的应用广告字幕机是用LCD输出不同的汉字和图形。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DDRA

17、M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：I0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：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYLCDISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;RS,RW,CS1,CS2,E:OUTSTD_LOGIC;ADDRESS:OUTSTD_LOGI

18、C_VECTOR(4DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);END;ARCHITECTUREBEHAVOFLCDISTYPESTATESIS(ST0,ST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST6,ST7,ST8,ST9,ST10,ST11,ST12,ST13,ST14,ST15,ST16);-状态定意SIGNALPRE_STATE,NEXT_STATE:STATES;SIGNALDATALOCK,EN,RST1:STD_LOGIC;SIGNALADDR:INTEGERRANGE0TO65:=0;SIGNALX*/(00100000),(0110000

19、0),(11100000),(11100000),(00100000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00100000),(11100000),(01100000),(00100000),(00000000),(00000000),(00000011),(00111111),(11111100),(11000000),(00000000),(00000000),(11100000),(00111100),(00000011),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),

20、(00000000),(00000001),(00011111),0 x7E,(00011110),(00000001),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),/*V,4*/(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(

21、00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(000

22、00000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),/*,5*/(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(

23、00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(000

24、00000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),/*,6*/(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(

25、00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(000

26、00000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),/*, */(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(

27、00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(00000000);BEGINCLOCK:PROCESS(CLK)-将时钟进行分频VARIABLECONT:INTEGERRANGE0TO

28、20;BEGINIFCLKEVENTANDCLK=1THENCONT:=CONT+1;IFCONT=12THENDATALOCK=0;CONT:=0;ELSIFCONT=9THENDATALOCK=1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSCLOCK;EN=NOTDATALOCK;ERS=0;RW=0;CS1=0;CS2=1;Q=00111110;PRE_STATERS=0;RW=0;CS1=0;CS2=1;Q=00111110;PRE_STATERS=0;RW=0;CS1=0;CS2=1;Q=11000000;PRE_STATERS=0;RW=0;CS1=0;CS2=1;Q=XPAGE;PRE_STATERS=0;RW=0;CS1=0;CS2=1;Q=YADDR;PRE_ST