课程设计----基于FPGA的液晶显示控制器设计.doc

电子信息工程专业 专业综合课程设计

基于FPGA的液晶显示控制器设计

学 院（系）： 信息与通信工程
专 业： 电子信息工程

专业综合课程设计题目
目 录
1设计指标及要求 1
1.1任务及要求 1
1.2设计原理 1
2系统硬件电路设计 2
2.1FPGA核心板 2
2.2液晶显示部分 3
2.3按键控制部分 5
3系统软件设计 5
4系统调试 6
4.1硬件调试 6
4.2软件调试 7
5结论 7
6参考文献 7
附录一 系统硬件电路图（原理图，PCB） 8
附录二 实物照片 9
附录三 系统完整程序代码 9

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1设计指标及要求
1.1任务及要求
采用FPGA技术实现液晶的显示功能，要求学生选好液晶芯片，画出电路板，做好硬件电路后调试程序，基本功能要求显示字符，扩展功能是显示动画。
1.2设计原理
显示控制模块是通过对FPGA芯片的编程，在此同时通过调用显示ROM文件中的字库，找到相应的二进制显示代码，再一条一条地送到显示驱动电路中，最后经过放大，送到点阵中的液晶去显示。
系统的整体框图如下图所示：

2系统硬件电路设计
2.1FPGA核心板

2.2液晶显示部分

12864各引脚的功能如下：
引脚号 引脚名称 引脚功能描述
1 VSS 电源地
2 VDD 电源电压
3 V0 LCD驱动负电压，调节LCD对比度
4 RS H:DB0-DB7为显示数据 L: DB0-DB7为指令数据
5 R/W R/W=H，E=H数据被读到DB0-DB7
R/W=L，E=H DB0-DB7数据写到IR或DR
6 E 使能信号：R/W=L，E信号下降沿锁存到DB0-DB7；
R/W=H，E=H，DDRAM数据读到DB0-DB7
7 DB0～DB7 8位三态并行数据总线
8 PSB PSB=H时为并行输入方式，PSB=L时为串行输入方式
9 RST 复位端，低电平有效

12864的信号功能表如下图所示：

12864的工作时序如下图所示：

2.3按键控制部分

按键连接电路如下图所示：

按键分别连接着FPGA芯片的I/O口，通过拨动按键使液晶显示不同的字符。
3系统软件设计
程序流程图如下图所示：

4系统调试
调试分为硬件调试和软件调试。
4.1硬件调试
1、上电之前，用万用表测试电源与地未短路。
2、上电接通电路，指示灯正常点亮。
3、但12864液晶屏背光灯点亮，却未出现正常阴影，将12864反插接入电路，液晶屏点亮，出现正常阴影，检查PCB及原理图发现12864引脚并未接错，于是参考已有12864的多种电路接法，更改板子上的12864电路，问题却仍得不到解决，最终发现是所用12864液晶屏自带电路已默认选择串行数据通信，而我们所采用的电路都是并行数据通信电路，将12864液晶屏自带电路改焊，液晶屏正常点亮。原先设计12864电路所加的用于调节液晶屏对比度的滑动变阻器，实际使用时，发现并未起作用，故将其去掉。
4、向板子内烧录简单的显示程序，12864液晶屏正常显示出编写的内容。至此，硬件调试完成。
4.2软件调试
1、先根据整体思路确定了软件采用状态机的方式编写。然后查阅了12864液晶屏的使用手册以及EP4CE6E22芯片使用手册，确定了基本的操作要求，并根据要求进行了12864读数据写数据的程序编写，建成工程，完成编译，烧录进芯片，上电后，正确显示成功，完成了初步调试。
2、画出了程序框图，然后将各部细节补充出来。
3、正确的延时对于12864液晶屏的正确显示至关重要。要想延时正确就得先解决时序的问题，我们通过借鉴以往的学习EDA时所做的实验，直接套用了一个典型分频程序，解决了该问题。
4、在程序里延时的正确使用是一大难点，因为VHDL语言仿真性极强，其独有的延时语句，多数只支持仿真状态，综合设计时并不能通过编译，无法实现，我们尝试了诸如for、loop、wait until、wait on等语句都未能正常编译通过，最后采用if语句，计数延时才得以正确延时。
5、最终，我们经过多次删改，基本完成了预期要实现的设计目标。

5结论
本设计硬件电路的使用比较简单，所用元器件较少，电路中使用了FPGA芯片和LCD12864液晶显示器等主要芯片,实现了预计的功能。在对芯片的管脚功能和用法有了充分的了解后，根据原先的选择好的设计要求设计硬件电路，包括FPGA控制电路、按键接口电路、显示电路。然后通过软件编程，实现了用按键进行控制，用液晶模块进行显示，基本完成了预期要实现的目标。
6参考文献
[1] 潘松, 黄继业. EDA技术实用教程——VHDL版[M]. 第四版. 北京:科学出版社, 2010.
[2] 赵俊超等. 集成电路设计VHDL教程[M]. 北京 :北京希望电子出版社, 2009.
[3] 李维是, 郭强. 液晶显示应用技术[M]. 北京:电子工业出版社, 2011.

附录一 系统硬件电路图（原理图，PCB）

附录二 实物照片
附录三 系统完整程序代码

-------------12864液晶的显示-----------

----时钟：50MHZ

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity lcd12864 is
generic(
divide_500k:integer:=100;--100分频后:500KHZ:2us
cnt1_value:integer:=50
);
port(
clk,reset:in std_logic;
key:in std_logic_vector(1 downto 0);
rs,rw,en:out std_logic;
data:out std_logic_vector(7 downto 0)
);

end entity;
architecture behavior of lcd12864 is
type word is array(0 to 15) of std_logic_vector(7 downto 0);
--数组中的左起第1个数为数组中的最低位对应的数，所以设置为array(0 to 3)，而不是array(3 downto 0)。

type state is(

set_dlnf,set_cursor,set_dcb,set_shift,
set_ddram1,set_ddram2,set_ddram3,set_ddram4,
write_xuexiao,write_zhuanye,write_mc,write_fh,
over
);

constant name1:word:=("10100001","11101111","10110100","11110011","11000001","10101100","11000011","11110001","11010111","11100101","11010001","10100111","11010100","10111010","10100001","11101111");--大连民族大学
constant name2:word:=("10100001","11101111","10110101","11100111","11010111","11010011","11010000","11000101","11001111","10100010","10111001","10100100","10110011","11001100","10100001","11101111");--电子信息工程
constant name3:word:=("11001101","11110101","10111010","10110001","10100001","11101111","10100001","11101111","10100001","11101111","11001101","11110100","11010101","11010111","10111001","11111010");--李瑞
constant name4:word:=("11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","10111101","11011010","11001000","11010101","10111111","11101100","11000000","11010110","10100011","10100001");--祝老师节日快乐
constant name5:word:=("11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","11001001","11101101","11001100","11100101","10111101","10100001","10111111","10110101","10100011","10100001");--祝老师身体健康
constant name6:word:=("11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","11001101","11110010","11001010","11000010","11001000","11100111","11010010","11100010","10100011","10100001");--祝老师万事如意
constant name7:word:=("11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","10111010","11001111","10111100","11010010","11010000","11010010","10111000","10100011","10100011","10100001");--祝老师阖家幸福
signal pr_state:state;

signal newclk:std_logic;
begin
process(clk) is
variable num:integer range 0 to divide_500k;
begin
if(clk'event and clk='1')then
num:=num+1;
if(num=divide_500k) then
num:=0;
end if;
if(num<divide_500k/2) then--设置占空比
newclk<='0';
else newclk<='1';
end if;
end if;
end process;

process(newclk,reset,pr_state,key) is

variable cnt1:integer range 0 to 100*cnt1_value:=0;
variable cnt2:integer range 0 to 100:=0;
begin
if reset='0' then
pr_state<=set_dlnf;--把状态set_dlnf赋于pr_state
cnt1:=0;
cnt2:=0;
en<='0';
rs<='0';
rw<='0';
data<="00000001";--清屏
en<='1';
elsif(newclk'event and newclk='1') then
case pr_state is
when set_dlnf=>
cnt1:=cnt1+1;
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
rs<='0'; --命令
rw<='0'; --写

elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="00110000"; --选择8位数据基本指令集：0x30
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';
elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=set_cursor;
end if;
when set_cursor=>
cnt1:=cnt1+1;
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="00001100"; --整体显示设置：光标OFF 反光0FF:0x0c
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';
elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=set_dcb;
end if;
when set_dcb=>
cnt1:=cnt1+1;
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="00000001"; --清除显示，并且认定地址指针为00h:0x01
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';

elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=set_shift;
end if;
when set_shift=>
cnt1:=cnt1+1;
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="00000110"; --指定游标的移动方向及指定显示的移位:0x06
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';
elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=set_ddram1;
end if;
when set_ddram1=>
cnt1:=cnt1+1;
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="10000000"; --从第一行的第一个字开始显示:0x80
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';
elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=write_xuexiao;

end if;
when write_xuexiao=>
cnt1:=cnt1+1;
if cnt1<1*cnt1_value then
en<='0';
rs<='1'; ------------选择数据
rw<='0';
elsif cnt1<2*cnt1_value then
if key="00" then data<=name1(cnt2) ; ------------送数据
elsif key="01" then data<=name1(cnt2);
elsif key="10" then data<=name3(cnt2);
elsif key="11" then data<=name4(cnt2);
end if;
elsif cnt1<20*cnt1_value then
en<='1'; -----在上升沿时，数据才能写入液晶，所以要先送数据，再让使能端变高
elsif cnt1=20*cnt1_value then
en<='0'; -----通过液晶的时序图知：使能端先低，送数据，使能端升高，再变低。
cnt1:=0;
cnt2:=cnt2+1;
if
cnt2=16
then
pr_state<=set_ddram2;
cnt1:=0;
cnt2:=0;
end if;
end if;

when set_ddram2=>
cnt1:=cnt1+1;
en<='0';
rw<='0';
rs<='0';
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="10010000"; --从第二行的第一个字开始显示:0x80
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';
elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=write_zhuanye;
end if;
when write_zhuanye=>
cnt1:=cnt1+1;
if cnt1<1*cnt1_value then
en<='0';
rs<='1'; ------------选择数据
rw<='0';
elsif cnt1<2*cnt1_value then
if key="00" then data<=name2(cnt2); ------------送数据
elsif key="01" then data<=name1(cnt2);
elsif key="10" then data<=name3(cnt2);
elsif key="11" then data<=name5(cnt2);
end if;
elsif cnt1<20*cnt1_value then

en<='1'; -----在上升沿时，数据才能写入液晶，所以要先送数据，再让使能端变高
elsif cnt1=20*cnt1_value then
en<='0'; -----通过液晶的时序图知：使能端先低，送数据，使能端升高，再变低。
cnt1:=0;
cnt2:=cnt2+1;
if
cnt2=16
then
pr_state<=set_ddram3;
cnt1:=0;
cnt2:=0;
end if;
end if;
when set_ddram3=>
cnt1:=cnt1+1;
en<='0';
rw<='0';
rs<='0';
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="10001000"; --从第三行的第一个字开始显示:0x80
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';
elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=write_mc;

end if;
when write_mc=>
cnt1:=cnt1+1;
if cnt1<1*cnt1_value then
en<='0';
rs<='1'; ------------选择数据
rw<='0';
elsif cnt1<2*cnt1_value then
if key="00" then data<=name3(cnt2); ------------送数据
elsif key="01" then data<=name1(cnt2);
elsif key="10" then data<=name3(cnt2);
elsif key="11" then data<=name6(cnt2);
end if;
elsif cnt1<20*cnt1_value then
en<='1'; -----在上升沿时，数据才能写入液晶，所以要先送数据，再让使能端变高
elsif cnt1=20*cnt1_value then
en<='0'; -----通过液晶的时序图知：使能端先低，送数据，使能端升高，再变低。
cnt1:=0;
cnt2:=cnt2+1;
if
cnt2=16
then
pr_state<=set_ddram4;
cnt1:=0;
cnt2:=0;
end if;
end if;
when set_ddram4=>

cnt1:=cnt1+1;
en<='0';
rw<='0';
rs<='0';
if(cnt1<cnt1_value) then
en<='0';
elsif(cnt1<2*cnt1_value) then
data<="10011000"; --从第四行的第一个字开始显示:0x80
elsif(cnt1<20*cnt1_value) then
en<='1';
elsif(cnt1=20*cnt1_value) then
en<='0';
cnt1:=0;
pr_state<=write_fh;
end if;
when write_fh=>
cnt1:=cnt1+1;
if cnt1<1*cnt1_value then
en<='0';
rs<='1'; ------------选择数据
rw<='0';
elsif cnt1<2*cnt1_value then
if key="00" then data<=name4(cnt2); ------------送数据
elsif key="01" then data<=name1(cnt2);
elsif key="10" then data<=name3(cnt2);
elsif key="11" then data<=name7(cnt2);
end if;
elsif cnt1<20*cnt1_value then
en<='1'; -----在上升沿时，数据才能写入液晶，所以要先送数据，再让使能端变高

elsif cnt1=20*cnt1_value then
en<='0'; -----通过液晶的时序图知：使能端先低，送数据，使能端升高，再变低。
cnt1:=0;
cnt2:=cnt2+1;
if
cnt2=16
then
pr_state<=over;
cnt1:=0;
cnt2:=0;
end if;
end if;
when over=>
null;
when others=>
en<='Z';
rs<='Z';
rw<='Z';
data<=(others=>'Z');
cnt1:=0;
cnt2:=0;
end case;
end if;
end process;
end architecture;