课程设计基于FPGA的液晶显示控制器设计.docx
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课程设计基于FPGA的液晶显示控制器设计
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
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
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
1VSS电源地
2VDD电源电压
3V0LCD驱动负电压，调节LCD对比度
4RSH:
DB0-DB7为显示数据L:
DB0-DB7为指令数据
5R/WR/W=H，E=H数据被读到DB0-DB7
R/W=L，E=HDB0-DB7数据写到IR或DR
6E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
7DB0～DB78位三态并行数据总线
8PSBPSB=H时为并行输入方式，PSB=L时为串行输入方式
9RST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、waituntil、waiton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
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitylcd12864is
generic（
divide_500k:
integer:
=100;--100分频后:
500KHZ:
2us
cnt1_value:
integer:
=50
）;
port（
clk,reset:
instd_logic;
key:
instd_logic_vector（1downto0）;
rs,rw,en:
outstd_logic;
data:
outstd_logic_vector（7downto0）
）;
endentity;
architecturebehavioroflcd12864is
typewordisarray（0to15）ofstd_logic_vector（7downto0）;
--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（0to3），而不是array（3downto0）。
typestateis（
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
）;
constantname1:
word:
=（"10100001","11101111","10110100","11110011","11000001","10101100","11000011","11110001","11010111","11100101","11010001","10100111","11010100","10111010","10100001","11101111"）;--大连民族大学
constantname2:
word:
=（"10100001","11101111","10110101","11100111","11010111","11010011","11010000","11000101","11001111","10100010","10111001","10100100","10110011","11001100","10100001","11101111"）;--电子信息工程
constantname3:
word:
=（"11001101","11110101","10111010","10110001","10100001","11101111","10100001","11101111","10100001","11101111","11001101","11110100","11010101","11010111","10111001","11111010"）;--李瑞
constantname4:
word:
=（"11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","10111101","11011010","11001000","11010101","10111111","11101100","11000000","11010110","10100011","10100001"）;--祝老师节日快乐
constantname5:
word:
=（"11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","11001001","11101101","11001100","11100101","10111101","10100001","10111111","10110101","10100011","10100001"）;--祝老师身体健康
constantname6:
word:
=（"11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","11001101","11110010","11001010","11000010","11001000","11100111","11010010","11100010","10100011","10100001"）;--祝老师万事如意
constantname7:
word:
=（"11010111","10100011","11000000","11001111","11001010","10100110","10111010","11001111","10111100","11010010","11010000","11010010","10111000","10100011","10100011","10100001"）;--祝老师阖家幸福
signalpr_state:
state;
signalnewclk:
std_logic;
begin
process（clk）is
variablenum:
integerrange0todivide_500k;
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
num:
=num+1;
if（num=divide_500k）then
num:
=0;
endif;
if（numnewclk<='0';
elsenewclk<='1';
endif;
endif;
endprocess;
process（newclk,reset,pr_state,key）is
variablecnt1:
integerrange0to100*cnt1_value:
=0;
variablecnt2:
integerrange0to100:
=0;
begin
ifreset='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'eventandnewclk='1'）then
casepr_stateis
whenset_dlnf=>
cnt1:
=cnt1+1;
if（cnt1en<='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;
endif;
whenset_cursor=>
cnt1:
=cnt1+1;
if（cnt1en<='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;
endif;
whenset_dcb=>
cnt1:
=cnt1+1;
if（cnt1en<='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;
endif;
whenset_shift=>
cnt1:
=cnt1+1;
if（cnt1en<='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;
endif;
whenset_ddram1=>
cnt1:
=cnt1+1;
if（cnt1en<='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;
endif;
whenwrite_xuexiao=>
cnt1:
=cnt1+1;
ifcnt1<1*cnt1_valuethen
en<='0';
rs<='1';------------选择数据
rw<='0';
elsifcnt1<2*cnt1_valuethen
ifkey="00"thendata<=name1（cnt2）;------------送数据
elsifkey="01"thendata<=name1（cnt2）;
elsifkey="10"thendata<=name3（cnt2）;
elsifkey="11"thendata<=name4（cnt2）;
endif;
elsifcnt1<20*cnt1_valuethen
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
elsifcnt1=20*cnt1_valuethen
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;
endif;
endif;
whenset_ddram2=>
cnt1:
=cnt1+1;
en<='0';
rw<='0';
rs<='0';
if（cnt1en<='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;
endif;
whenwrite_zhuanye=>
cnt1:
=cnt1+1;
ifcnt1<1*cnt1_valuethen
en<='0';
rs<='1';------------选择数据
rw<='0';
elsifcnt1<2*cnt1_valuethen
ifkey="00"thendata<=name2（cnt2）;------------送数据
elsifkey="01"thendata<=name1（cnt2）;
elsifkey="10"thendata<=name3（cnt2）;
elsifkey="11"thendata<=name5（cnt2）;
endif;
elsifcnt1<20*cnt1_valuethen
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
elsifcnt1=20*cnt1_valuethen
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;
endif;
endif;
whenset_ddram3=>
cnt1:
=cnt1+1;
en<='0';
rw<='0';
rs<='0';
if（cnt1en<='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;
endif;
whenwrite_mc=>
cnt1:
=cnt1+1;
ifcnt1<1*cnt1_valuethen
en<='0';
rs<='1';------------选择数据
rw<='0';
elsifcnt1<2*cnt1_valuethen
ifkey="00"thendata<=name3（cnt2）;------------送数据
elsifkey="01"thendata<=name1（cnt2）;
elsifkey="10"thendata<=name3（cnt2）;
elsifkey="11"thendata<=name6（cnt2）;
endif;
elsifcnt1<20*cnt1_valuethen
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
elsifcnt1=20*cnt1_valuethen
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;
endif;
endif;
whenset_ddram4=>
cnt1:
=cnt1+1;
en<='0';
rw<='0';
rs<='0';
if（cnt1en<='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;
endif;
whenwrite_fh=>
cnt1:
=cnt1+1;
ifcnt1<1*cnt1_valuethen
en<='0';
rs<='1';------------选择数据
rw<='0';
elsifcnt1<2*cnt1_valuethen
ifkey="00"thendata<=name4（cnt2）;------------送数据
elsifkey="01"thendata<=name1（cnt2）;
elsifkey="10"thendata<=name3（cnt2）;
elsifkey="11"thendata<=name7（cnt2）;
endif;
elsifcnt1<20*cnt1_valuethen
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
elsifcnt1=20*cnt1_valuethen
en<='0';-----通过液晶的时序图知：
使能端先低
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