基于basys2驱动LCDQC12864B的verilog设计图片显示

  话不多说先上图

前言

       在做这个实验的时候在网上找了许多资料,都是关于使用单片机驱动LCD显示,确实用单片机驱动是要简单不少,记得在FPGA学习交流群里问问题的时候,被前辈指教,说给我最好的指教便是别在玩这个了,多看看关于FPGA方面的书籍,比做这个单片机做的东西价值强多了。现在想来确实,自从学习FPGA以来,看过的书没有多少,只是想做个什么了,就在网上找找例程,照抄下来,把算法推理一遍,下个板子实现了,便以为自己会了懂了,要是自己在写一个便问题百出。那么菜鸟始终是菜鸟。自己根本没有掌握FPGA的设计思想和优势,用着FPGA做着单片机的东西,这种东西练练手就足够了,所以,做完这个实验LCD就到此为止了,我也要好好想想该如何进行下面的学习了。在这个上面我还是花费了不少时间,所以写一篇博文总结记录想,回头看的时候,以警醒自己。

摘要                                                                 

         做完这个实验我最大的感触是一定要会读数据手册。拿到元件(LCD12864),上面有16个的引脚,先要搞清楚每个引脚的功能,这时候就一定要会读数据手册。我个qc12864b的中文手册琢磨了很久才看懂了一些简单的操作指令,包括在手册上要提取出来,元件的驱动时序,扫描时钟,引脚定义,操作指令,功能描述等。

LCD显示原理

扫描时钟

  从手册上可以读出,qc12864b(这是我所使用LCD12864的型号)的扫描时钟介于470—590khz之间,最适为530khz,为了方便分频,所以取500khz。

引脚说明

  VSS        电源地,0v ­——接开发板GND就行

  VDD      电源正极(5v,3.3v)

  VO        液晶显示偏压,调整对比度

  RS         RS=1时,当mpu进行读模块操作,指向地址寄存器

          当mpu进行写模块操作,指向指令寄存器

               RS=0时,无论进行读/写操作,都指向数据寄存器

  R/W             高电平读操作,低电平写操作

  E           使能信号,高电平读取信息,下降沿执行命令

  DB0      数据总线第0位

  DB1      数据总线第1位

  DB2      数据总线第2位

  DB3      数据总线第3位

  DB4      数据总线第4位

  DB5      数据总线第5位

  DB6      数据总线第6位

  DB7      数据总线第7位

  PSB      串并控制端口,H为并行,L为串行,直接接5v

  RST       液晶复位端口,低电平有效

  A           背光正极输入,调整电压大小可以调整亮度

  K           背光负极输入,一般直接接地

指令说明

  具体指令说明,这里就不一一列出,可查阅qc12864b中文数据手册,我在阅读这一部分的时候耗费了很长时间,这些指令是驱动LCD显示文字与图片的核心,所以必须要掌握。

并口显示时序

Verilog实现方案

  从时序图可以看出在使能信号的一个周期内可以完成写入数据操作,扫描时钟与使能信号周期相同即可。

状态转移图

  状态机初始化位置          IDLE                            lcd_data = 8’hzz

  功能设计                          SETFUNCTION            lcd_data = 8’h36//扩充指令绘图显示

  显示设置                          SWITCHMODE           lcd_data = 8’h0c//显示状态

  清屏                                  CLEAR                       lcd_data = 8’h01//清零指令

  设置Y坐标                      SETDDRAM_Y

  设置X坐标                      SETDDRAM_X

  写入数据                          WRITERAM

  结束                                  STOP

绘图指令下的坐标图

代码如下

  1 module lcd_qc12864b(
  2             input mclk,
  3             input rst_n,
  4             output reg lcd_rs,//H读写数据,L指令
  5             output lcd_rw, //高电平读操作,低电平写操作
  6             output lcd_e,//使能信号高电平有效
  7             output reg [7:0]lcd_data,//八位数据总线  
  8         output psb,//串并控制端口,H为并行,L为串行,直接接5v  
  9         output lcd_rst//液晶的复位端口,低电平有效
 10     );
 11         
 12     reg lcd_clk;//需要500khz频率的时钟
 13     reg [7:0] state;//状态机寄存器
 14     reg [23:0] cnt;//分频驱动12864计数器
 15     reg flag = 1'b1;//显示完成标志 
 16     reg [9:0] char_cnt;// 
 17     wire [7:0] data_disp;//一个字节是八位,一个英文字符是一个字节,中文是俩个字节
 18     reg [5:0] cnt1;//行计数
 19     
 20     parameter T500KHZ=24'd49999;  
 21     
 22         //分频500khz时钟
 23         always @(posedge mclk or negedge rst_n)
 24         begin
 25             if(!rst_n)begin
 26                 lcd_clk <= 1'b0;
 27                 cnt <= 24'd0;
 28             end
 29             else if(cnt == T500KHZ)begin
 30                 cnt <= 24'd0;
 31                 lcd_clk <= ~lcd_clk;
 32             end
 33             else
 34                 cnt <= cnt + 1'd1;
 35         end        
 36         
 37         //状态机8个状态设置 
 38     parameter IDLE = 8'b00_000_000,//初始状态  
 39                         SETFUNCTION = 8'b00_000_001,//功能设置  
 40                           SWITCHMODE = 8'b00_000_010,//设置显示开和光标闪烁关闭  
 41                           CLEAR = 8'b00_000_100,//清屏操作  
 42                           SETDDRAM_Y = 8'b00_010_000,//设置y轴坐标
 43                             SETDDRAM_X = 8'b00_100_000,//设置x轴坐标
 44                           WRITERAM = 8'b01_000_000,//写设置写入寄存器  
 45                           STOP = 8'b10_000_000;//LCD操作停止,释放其控制
 46       
 47       //三段式书写状态机
 48       always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
 49       begin
 50           if(!rst_n)
 51               lcd_rs <= 1'b0;
 52           else begin
 53               if(state == WRITERAM)
 54                   lcd_rs <= 1'b1;//写数据模式
 55               else
 56                   lcd_rs <= 1'b0;//写命令模式
 57           end
 58       end
 59       
 60       //lcd_rst始终为高电平,psb始终为低电平即可
 61     assign lcd_rst = 1'b1;  
 62     assign psb = 1'b1;  
 63     assign lcd_rw = 1'b0;//只是写操作,不需要读操作  
 64     assign lcd_e = (flag==1)?lcd_clk:1'b0;//使能信号与液晶时钟同步
 65       
 66       always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
 67       begin
 68           if(!rst_n)begin
 69               cnt1<= 1'b0;
 70               state <= IDLE;     
 71               lcd_data <= 8'hzz;
 72               char_cnt <= 6'd0;
 73           end
 74           else begin
 75               case(state)
 76                   IDLE:begin
 77                       state <=  SETFUNCTION;//功能设置,8-bit+基本指令集0x30
 78                       lcd_data <= 8'h36;
 79                   end
 80                   
 81                   SETFUNCTION:begin
 82                       state <= SWITCHMODE;//设置显示开和光标闪烁关闭
 83                       lcd_data <= 8'h36;
 84                   end                  
 85         
 86                   SWITCHMODE:begin
 87                       state <= CLEAR;
 88                       lcd_data <= 8'h3e;//显示设置,全显示开,光标和闪烁关
 89                   end                  
 90                   CLEAR:begin//清屏操作
 91                       state <= SETDDRAM_Y;//点设置  
 92             lcd_data <= 8'h01;//清屏
 93           end           
 94             SETDDRAM_Y:begin
 95              if(cnt1< 32)
 96                  lcd_data <= 8'h80 + cnt1;//80H~9fH
 97              else
 98                  lcd_data <= 8'h80 + (cnt1- 32); //80H~9fH
 99                  
100              state <= SETDDRAM_X;
101           end               
102                     SETDDRAM_X:begin
103                       if(cnt1< 32)
104                           lcd_data <=  8'h80;            //80H
105                       else
106                           lcd_data <=  8'h88;            //88H
107                       state <= WRITERAM;
108                     end           
109                     WRITERAM:begin 
110                         lcd_data <= data_disp;
111                  char_cnt <= char_cnt + 1'b1;
112                  if(char_cnt[3:0] == 4'hf)begin      //计算行
113                      cnt1<= cnt1+ 1'b1;
114                 if(cnt1== 63)                         
115                     state <= STOP;
116                      else
117                   state <= SETDDRAM_Y;
118                        end 
119                        else
120                  state <= WRITERAM;
121             end                        
122           STOP:begin
123               flag <= 1'b0;
124               state <= STOP;//LCD操作停止,释放其控制
125             end
126           default: state <= IDLE;//回到初始状态
127         endcase  
128       end           
129      end  
130          
131          // ROM
132         rom U1_rom (
133     .clka(mclk), 
134     .addra(char_cnt), 
135     .douta(data_disp)
136     );
137 
138 endmodule

lcd_qc12864b

配置ROM

  有分布式ROM/ROM和块ROM/RAM,这里配置的是块ROM/RAM。这两种方式具体我也不是了解很深,以后再深入学习。

      该实验最让我头疼的是调用ROM,第一次接触IP核有许多地方都完全不懂。用LCD(带中文字库)显示文字的时候,可以直接输入文字的十六进制数值,设置显示地址坐标即可,12864显示原理点阵控制点的亮灭来实现,但是如果要显示图片的话一个个输入难免太过麻烦,这个时候调用ROM就方便许多。找一张或做一张像素为128x64的单色图片,使用取模软件,按c51的方式取模。取模出来的数据为十六进制,行8个,64个。

       配置块RAM/ROM时,要加载的是.coe文件,所以需要将取模的十六进制数据保存到.coe文件中。最开始我一直在找如何能直接将图片取模出来的数据转化成.coe文件,试了很多方法都失败了,最后发现完全可以自己按文件格式编辑一个即可,最终文件保存格式如下。

  将图片取模出来的每个数据前的ox去掉,这只是C语言中16进制的表示形式,文件第一行的MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=16;表示数据全都为16进制数,这里的16可以换成8、2、10都行。

       打开ISE建立工程后,新建文件,选择IP(CORE Generator & Architecture Wizard),填写文件名,next

  找到Memories & Storage Elements单击,选择RAMs & ROMs单击,选择Block Memory Generator 7.3,next,finish。

  上面直接next,下面这里选Single Port ROM,next

  这里要填写数据位宽和深度,位宽是你所需要输出的数据位宽,LCD有8个数据位,故这里定义位宽为8,深度即有多少个这样的数据,从取模出来的数据看,易得共有1024个数据位。我使用的basys2开发板使用的是Xilinx Spantan3E—100TQ144 FPGA包含73728位的块RAM/ROM。因此,使用的块RAM的最大容量为9216字节或4608个16位字。从这里来看,是完全够用的。

  Next,加载.coe数据文件,勾选Load Init File 加载.coe文件,我这里是在桌面上保存着,直接找到选择就好。

  然后一直点击next直至最后一个界面,最后点击Generate,生成rom.xco。生成的IP核在工程目录下的ipcore_dir文件中。

  将rom.v文件打开端口定义如下,直接在顶层文件对其实例化,如代码所示

  最后可直接仿真,新建tb文件查看仿真传输数据是否正确。由波形图可得在功能设定指令传输完毕后,进入读数据状态,所读入的数据与文件中数据相符,一行数据传输完毕进入下一行,继续读入数据,仿真图结果正确。下板子也正确。

  最开始学习FPGA,最容易出现的就是两个问题,一个是把verilog当C语言来写,另一个就是把FPGA当单片机来用。前者我已经有了改善,后者我还需要继续努力。

转载请注明出处:NingHeChuan(宁河川)

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