利用FPGA實(shí)現(xiàn)外設(shè)通信接口之： 典型實(shí)例-字符LCD接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

10.8典型實(shí)例18：字符LCD接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

10.8.1實(shí)例的內(nèi)容及目標(biāo)

1．實(shí)例的主要內(nèi)容

本節(jié)旨在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)FPGA與字符LCD的接口，幫助讀者進(jìn)一步了解字符液晶的工作原理和設(shè)計(jì)方法。

2．實(shí)例目標(biāo)

通過本實(shí)例，讀者應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)。

·學(xué)習(xí)字符型液晶顯示器的控制原理。

·掌握利用FPGA設(shè)計(jì)驅(qū)動的基本思想和方法。

·熟練掌握狀態(tài)機(jī)的使用。

10.8.2字符LCD接口實(shí)例內(nèi)容

紅色颶風(fēng)開發(fā)板配套的字符液晶模塊為2行，每行16個(gè)字符。本實(shí)要求顯示功能如下：第一行顯示“WelcomeRedLogicWorld!”，第二行顯示“RedLogicWorld!”，由于一行只能顯示16個(gè)字符，因此要整屏左移顯示。

10.8.3FPGA代碼設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)的程序主要包含兩個(gè)模塊，一個(gè)模塊為char_ram，另一個(gè)模塊為LCD的驅(qū)動模塊lcd。

char_ram模塊的主要功能是根據(jù)輸入的地址，輸出相應(yīng)字符在CGRM（字符存儲發(fā)生器）中的地址。因?yàn)樵诳刂芁CD顯示時(shí)，只需用戶提供相應(yīng)字符的地址，就可以顯示出該字符。

在char_ram中，先設(shè)置好所有字符對應(yīng)的地址，然后給需要用到的字符定義新的地址用于選擇輸出。

Lcd模塊用于驅(qū)動lCD正常工作。LCD是一個(gè)慢顯示器件，因此時(shí)鐘一定要滿足要求，在這里通過50MHz分頻得到輸入的時(shí)鐘周期約為100µs（約10Hz），以滿足慢顯要求。LCD的驅(qū)動模塊利用一個(gè)狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。具體程序參考實(shí)例源代碼。

10.8.4ModelSim仿真驗(yàn)證

通過AddSource的方法直接將測試代碼加入到工程當(dāng)中。選中要加入的測試代碼文件：led_behavor_test.v，彈出如圖10.37所示的對話框，選擇“VerilogTextFixtureFile”。

用戶也可以直接新建一個(gè)仿真文件，選擇“NewSource”，選擇“VerilogTestFixture”，輸入測試文件名稱，如圖10.38所示，單擊“Next”按鈕。

選擇lcd模塊（對哪個(gè)模塊進(jìn)行測試，就選擇哪個(gè)文件），如圖10.39所示。

圖10.37選擇源文件類型

圖10.38新建仿真源文件

圖10.39選擇被測試模塊

新建測試文件后，ISE會自動生成一部分代碼，其余內(nèi)容可直接從源工程中提供的測試文件中復(fù)制。

添加后選中測試文件可以看到如圖10.40所示的信息。

圖10.40仿真文件信息

在Processforsource下有4個(gè)M的圖標(biāo)，分別對應(yīng)4個(gè)級別的仿真。從上至下，第一個(gè)為行為仿真，第二個(gè)為翻譯后仿真，第三個(gè)為映射后仿真，第四個(gè)為布局布線后仿真。在這里先做行為仿真，只需雙擊第一個(gè)圖標(biāo)，就可啟動ModelSim仿真，結(jié)果如圖10.41所示。

圖10.41行為仿真

默認(rèn)情況下，ModelSim會彈出4個(gè)窗口，在這里主要觀察Wave窗口，如圖10.42所示。

圖10.42行為仿真波形窗口

上面列出的很多信號是人為添加的，具體如何添加以及具體Wave窗口下的許多用法在這里不做詳細(xì)敘述。需要特殊說明的是，如果用戶自己裝的是ModelSimXE版本，是無法完成這個(gè)仿真的，因?yàn)檫@個(gè)工程代碼是用VHDL寫的，測試代碼是用Verilog寫的，ModelSimXE版本是不支持混仿真的，建議安裝ModelSimSE版本，SE下是支持混合仿真的。

ModelSim仿真結(jié)果如圖10.43和圖10.44所示。

圖10.43LCD寫數(shù)據(jù)仿真結(jié)果

圖10.44LCD寫指令仿真結(jié)果

這兩個(gè)波形分別為寫數(shù)據(jù)和寫指令的仿真結(jié)果。寫數(shù)據(jù)即向DDRAM寫入要顯示的字符對應(yīng)的地址，其中clk為系統(tǒng)的輸入時(shí)鐘50MHz，clk_int為分頻后得到的約10Hz輸入時(shí)鐘，lcd_e為使能信號，寫數(shù)據(jù)時(shí)RS=1，R/W=0，寫指令時(shí)RS=0，R/W=0。

10.8.5小結(jié)

本節(jié)對利用FPGA來驅(qū)動字符型液晶模塊的方法做了介紹，并通過編譯下載在紅色颶風(fēng)的開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能。