课程设计报告

时间：2024.4.13

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

学生姓名：朱权权柳泓宇

学号： 2011131330 2011131317

指导教师：李春杰

完成日期： 2015.9.16

大连民族学院

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

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 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;

cnt2=16

then

pr_state<=set_ddram2;

cnt1:=0;

cnt2:=0;

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;

cnt2=16

then

pr_state<=set_ddram3;

cnt1:=0;

cnt2:=0;

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;

cnt2=16

then

pr_state<=set_ddram4;

cnt1:=0;

cnt2:=0;

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;

cnt2=16

then

pr_state<=over;

cnt1:=0;

cnt2:=0;

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;

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