Xilinx FPGA学习笔记（1）：1602液晶IP核设计与实现

　　电子发烧友网核心提示：简单介绍设计的LCD液晶IP核的思路，首先生成100us的时钟，然后根据初始化顺序，编写状态机。最终设计效果是在1602液晶屏上可以静态显示16*2的任意字符串（可显示英文或部分日文或自定义图像），而这只需修改两个参数即可轻松实现。1602为常见的液晶显示设备，本实验所用的规格为16x2字符型驱动，直观图如下所示。

　　上图为已完成的LCD液晶驱动显示效果（可以显示任意字符串），由两行组成，可以显示英文字符，部分日语，也可以显示自定义的图像，Spartan-3E所用的1602 （Sitronix ST7066U graphics controller）与FPGA的接口如下所示：

　　信号说明：

　　其中SF_D为4位的数据接口位，LCD_E为液晶显示或者不显示控制位，LCD_RS为区分控制或数据信号标志位，当LCD_RS = ‘0’时，表示SF_D为控制信号；LCD_RS=’1’，此时SF_D为数据位，LCD_RW为读写控制位，因为不需要从LCD液晶屏中读取数据所以可以简单的再复位操作时，将其清零即可。

　　可以看出，此1602的数据位为4位，故要写入8位命令时需要进行两次写入操作，写入数据的时序图如下所示，

　　

　　

　　红线所画为两个字节数据写入所需的最小时差（这个需要特别注意）

　　根据Spartan-3E的GUIDE，可以知道1602工作的基本流程主要分为上电初始化、写命令、设置读写地址、传递数据三大过程，笔者统计了下这三大步骤中的等待时间最小值和最大值，其中最小值为40us，最大值为15ms，故笔者采取了将50MHZ的时钟分频为10KHZ，即时钟周期为100us的方法来简化设计。

　　在Spartan-3E的用户手册上详细讲解了如何对此液晶进行操作，笔者做了简单的摘要：

　　一） 上电初始化（目的是建立宽度为4 bit的数据接口）

　　1） 等待15ms或者更长时间

　　2） 写命令字0x3，保持LCD_E高电平12个周期（时钟频率为50MHZ时）

　　3） 等待4.1ms或者更长时间

　　4） 写命令字0x3，保持LCD_E高电平12个周期

　　5） 等待100us或者更长时间

　　6） 写命令字0x3，保持LCD_E高电平12个周期

　　7） 等待40us或者更长时间

　　8） 写命令字0x2，保持LCD_E高电平12个周期

　　9） 等待40us或者更长时间

　　二） 写命令

　　1） 发送功能设置命令（Function Set），0x28

　　2） 发送端口模式设置命令（Entry Mode Set），0x06，自动增加地址指针

　　3） 发送Display ON/OFF命令，0x0C，打开显示开关并禁止光标闪烁

　　4） 发送Clear Display命令，等待1.64ms或者更长时间

　　三） 设置读写地址和传递数据

　　指定起始地址，并给出一个或者多个数据，这一步是显示的关键，必须仔细设置控制位，笔者就是因为这个错误，白白花费了大半天的时间，具体方法是在写任何数据之前，发送Set DD RAM Address 命令，（写入7位的DD RAM地址，注意最高位为1）然后再写入数据。

　　简单介绍我所设计的LCD液晶IP核的思路，首先生成100us的时钟，然后根据初始化顺序，编写状态机。最终设计效果是在1602液晶屏上可以静态显示16*2的任意字符串—而这只需修改两个参数即可轻松实现。下面是部分代码展示。下图为代码说明。

　　

　　

　　图 1 写16个字符的代码实现

　　图1所示为写16个字符的代码实现，图2所示为将普通的字符串转换为1602可显示的编码值的模块，图3所示为生成clk_100us的代码，

　　

　　图 2 将普通的字符串转换为1602可显示的编码值的模块

　　

　　图 3 生成clk_100us的代码

　　最终效果图是在屏幕上显示两行字符串：

　　
图 最终效果图是在屏幕上显示两行字符串