文本LCD模塊的控制FPGA

文本LCD模塊便宜且易于使用微控制器或FPGA進(jìn)行接口。

這是一個(gè)1行x 16個(gè)字符的模塊：

要控制LCD模塊，您需要11個(gè)IO引腳來(lái)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)據(jù)總線和3個(gè)控制信號(hào)。3個(gè)控制信號(hào)是：

• E：?jiǎn)⒂没颉?LCD選擇”。高活躍。
• 讀/寫：讀/寫。0寫入，1讀取。
• RS：寄存器選擇，0表示命令字節(jié)，1表示數(shù)據(jù)字節(jié)。

大多數(shù)LCD模塊都基于HD44780芯片或是兼容的。查閱Wikipedia以獲取更多信息。

讓我們用FPGA板驅(qū)動(dòng)LCD模塊。
這是我們?cè)O(shè)計(jì)的框圖：

Pluto從PC串行端口接收數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行反序列化，然后將其發(fā)送到LCD模塊。解串器與串行接口項(xiàng)目中的模塊相同，因此此處僅對(duì)其進(jìn)行實(shí)例化。

module LCDmodule(clk, RxD, LCD_RS, LCD_RW, LCD_E, LCD_DataBus);
input clk, RxD;
output LCD_RS, LCD_RW, LCD_E;
output [7:0] LCD_DataBus; 
wire RxD_data_ready;
wire [7:0] RxD_data;
async_receiver deserializer(.clk(clk), .RxD(RxD), .RxD_data_ready(RxD_data_ready), .RxD_data(RxD_data));

每當(dāng)串行端口提供一個(gè)字節(jié)時(shí)，“ RxDdataready”將在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)處于活動(dòng)狀態(tài)。
PC通過(guò)串口以8位模式向我們發(fā)送數(shù)據(jù)。理想情況下，我們需要從PC接收9位，以便我們可以驅(qū)動(dòng)8位數(shù)據(jù)總線和LCD模塊的“ RS”線。現(xiàn)在，讓我們使用接收到的數(shù)據(jù)的MSB（第7位）來(lái)驅(qū)動(dòng)“ RS”，并將僅7位發(fā)送到數(shù)據(jù)總線。

assign LCD_RS = RxD_data[7];
assign LCD_DataBus = {1'b0, RxD_data[6:0]};   
// sends only 7 bits to the module, padded with a '0' in front to make 8 bits 
assign LCD_RW = 0;

我們從不讀取LCD模塊，所以R / W線是接地的。

最后一個(gè)麻煩是“ E”信號(hào)需要長(zhǎng)時(shí)間激活，即220ns。從FPGA的角度來(lái)看，這很長(zhǎng)，因?yàn)槲沂褂玫氖?5MHz時(shí)鐘（周期為40ns）。因此，“ E”至少需要驅(qū)動(dòng)5.5個(gè)時(shí)鐘。在這里，我們使用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，將其驅(qū)動(dòng)7個(gè)時(shí)鐘。

reg [2:0] count;
always @(posedge clk) if(RxD_data_ready | (count!=0)) count <= count + 1;

“ E”信號(hào)是通過(guò)寄存器創(chuàng)建的，因此可以保證無(wú)干擾。

reg LCD_E;
always @(posedge clk) LCD_E <= (count!=0);

波形如下所示：

HDL設(shè)計(jì)在這里。

我們對(duì)LCD進(jìn)行初始化并發(fā)送一些要顯示的數(shù)據(jù)。

以下是初始化LCD模塊并顯示“ hello”的C代碼。

void main(){
  OpenComm();   // initialize the LCD module
  WriteCommByte(0x38);   // "Function Set" in 8 bits mode
  WriteCommByte(0x0F);   // "Display ON" with cursors ON
  WriteCommByte(0x01);   // "Clear Display", can take up to 1.64ms, so the delay
  Sleep(2);   // display "hello"
  WriteCommByte('h' + 0x80);
  WriteCommByte('e' + 0x80);
  WriteCommByte('l' + 0x80);
  WriteCommByte('l' + 0x80);
  WriteCommByte('o' + 0x80); 
  CloseComm();
  }

完整的代碼在這里。

要獲取有關(guān)HD44780指令集的更多信息，請(qǐng)?jiān)诖颂帣z查。

主要缺點(diǎn)是較早的設(shè)計(jì)是我們僅向LCD數(shù)據(jù)總線發(fā)送7位。這是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)闊o(wú)法再使用LCD模塊的設(shè)置DD RAM地址命令。

一種簡(jiǎn)單的解決方法是使用轉(zhuǎn)義符。我們選擇了字符0x00。

新協(xié)議如下：

• 要發(fā)送命令字節(jié)，請(qǐng)?jiān)谄淝懊婕由?x00。
• 要發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，只需發(fā)送它，不需要前綴。

新的C代碼是：

void main(){
  OpenComm();   // initialize the LCD module
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0x38);   // "Function Set" in 8 bits mode
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0x0F);   // "Display ON" with cursors ON
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0x01);   // "Clear Display", can take up to 1.64ms, so the delay
  Sleep(2); 
  WriteCommByte('h');
  WriteCommByte('e');
  WriteCommByte('l');
  WriteCommByte('l');
  WriteCommByte('o'); 
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0xC0);   // go on second half of LCD
  WriteCommByte('e');
  WriteCommByte('v');
  WriteCommByte('e');
  WriteCommByte('r');
  WriteCommByte('y');
  WriteCommByte('o');
  WriteCommByte('n');
  WriteCommByte('e'); 
  CloseComm();
  }

新的HDL代碼如下所示：

module LCDmodule(clk, RxD, LCD_RS, LCD_RW, LCD_E, LCD_DataBus);
input clk, RxD;output LCD_RS, LCD_RW, LCD_E;
output [7:0] LCD_DataBus; 
wire RxD_data_ready;
wire [7:0] RxD_data;
async_receiver deserialer(.clk(clk), .RxD(RxD), .RxD_data_ready(RxD_data_ready), .RxD_data(RxD_data)); 
assign LCD_RW = 0;assign LCD_DataBus = RxD_data; 
wire Received_Escape = RxD_data_ready & (RxD_data==0);
wire Received_Data = RxD_data_ready & (RxD_data!=0); reg [2:0] count;
always @(posedge clk) if(Received_Data | (count!=0)) count <= count + 1; 
// activate LCD_E for 6 clocks, so at 25MHz, that's 6x40ns=240ns
reg LCD_E;
always @(posedge clk)if(LCD_E==0)
  LCD_E <= Received_Data;
  else
  LCD_E <= (count!=6); 
  reg LCD_instruction;
  always @(posedge clk)if(LCD_instruction==0)
  LCD_instruction <= Received_Escape;
  else
  LCD_instruction <= (count!=7); 
  assign LCD_RS = ~LCD_instruction; 
  endmodule

HD44780規(guī)范顯示，“ E”變低后，“ RS”必須在10ns內(nèi)有效。因此，您會(huì)注意到這里“ E”僅被驅(qū)動(dòng)6個(gè)時(shí)鐘，并且“ LCDinstruction”標(biāo)志僅在時(shí)鐘7之后被復(fù)位，以提供25ns的空間。

That's all folks!輪到您嘗試了。