FPGA：圖形 LCD 面板- 文本

讓我們嘗試在面板上顯示字符。 這樣，面板就可以用作文本終端。
我們的 480x320 示例面板可用作 80 列 x 40 行控制臺(tái)（使用 6x8 字符字體）或 60 列 x 40 行控制臺(tái)（使用 8x8 字符字體）。 我們將使用“字符生成器”技術(shù)。

字符生成器

讓我們假設(shè)“你好”這個(gè)詞在屏幕上的某個(gè)地方。在 ASCII 中，它使用 5 個(gè)字節(jié)（0x48、0x65、0x6C、0x6C、0x6F）。 我們的簡(jiǎn)單字符生成器使用一個(gè) RAM 來(lái)保存要顯示的字符，并使用一個(gè) ROM 來(lái)保存字體。

“Font ROM”包含每個(gè)可能字符的表示形式。 以下是示例集：

更改“Character RAM”的內(nèi)容會(huì)使字符出現(xiàn)在面板上。

8x8 字體實(shí)現(xiàn)

在面板上，6x8 字體看起來(lái)比 8x8 字體好一些，但 8x8 更容易實(shí)現(xiàn)，所以我們首先嘗試了。

通過(guò)使用 2KB RAM 作為“字符 RAM”，我們可以有 32 行 64 個(gè)字符......所以 5 位來(lái)計(jì)算行數(shù)，6 位來(lái)計(jì)算列數(shù)。
通過(guò)將所有數(shù)字保持為 <> 的冪，實(shí)現(xiàn)盡可能簡(jiǎn)單。

以下是我們得到的：

我們使用 CounterX 的 6 位和 CounterY 的 8 位（“字符 RAM”為 5 位，加上“字體 ROM”為 3 位）。 “字體ROM”總共使用11位。

設(shè)計(jì)如下：

wire [7:0] CharacterRAM_dout;
ram8x2048 CharacterRAM(
	.clk(clk),
	.rd_adr({CounterY[7:3],CounterX[6:1]}),
	.data_out(CharacterRAM_dout)
);
wire [7:0] raster8;
rom8x2048 FontROM(
	.clk(clk),
	.rd_adr({CharacterRAM_dout, CounterY[2:0]}),
	.data_out(raster8)
);
wire [3:0] LCDdata = CounterX[0] ? raster8[7:4] : raster8[3:0];

一些細(xì)節(jié)：

• 因?yàn)槲业?LCD 面板每個(gè)時(shí)鐘需要 4 個(gè)像素，所以我們需要 2 個(gè)時(shí)鐘來(lái)表示 1 個(gè)字符寬度（1 個(gè)字符寬度 = 8 像素）。這就是為什么“角色RAM”使用“CounterX[6：1]”而不是上面的“CounterX[5：0]”的原因。

• 在FPGA中，“字體ROM”實(shí)際上是一個(gè)RAM是有道理的。這樣，可以在運(yùn)行時(shí)加載或更改字體。

• 上面未顯示寫入 RAM 的機(jī)制。

這是帶有 8x8 字體的 LCD 的照片：

6x8 字體實(shí)現(xiàn)

6x8 字體允許顯示更多字符（并且在面板上看起來(lái)也更好！ 我的特定面板寬度為 480 像素，可以方便地轉(zhuǎn)換為 80 列。

6x8 字體比 8x8 字體處理起來(lái)更復(fù)雜，因?yàn)樽煮w寬度 （6） 不是 2 的冪。
這意味著我們不再在每個(gè)時(shí)鐘周期中顯示字符的相同部分。

• 當(dāng) CounterX=0 時(shí)，我們顯示 CHAR[4] 的前 0 個(gè)像素

• 當(dāng) CounterX=1 時(shí)，我們顯示 CHAR[2] 的最后 0 個(gè)像素和 CHAR[2] 的前 1 個(gè)像素

• 當(dāng) CounterX=2 時(shí)，我們顯示 CHAR[4] 的最后 1 個(gè)像素

• 當(dāng) CounterX=3 時(shí)，我們顯示 CHAR[4] 的前 2 個(gè)像素

• 當(dāng) CounterX=4 時(shí)，我們顯示 CHAR[2] 的最后 2 個(gè)像素和 CHAR[2] 的前 3 個(gè)像素

• ...

這是使用簡(jiǎn)單的 case 語(yǔ)句完成的

wire [3:0] charfont0, charfont1;
always @(posedge clk)begin
  case(cnt_mod3)
    2'b00: LCDdata <=  charfont0;
    2'b01: LCDdata <= {charfont0[3:2], charfont1[3:2]};
    2'b10: LCDdata <= {charfont1[3:2], charfont0[1:0]};  
    endcase
    end

帶有模數(shù) 3 計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù) 0、1、2、0、1、2、0、1 等）

reg [1:0] cnt_mod3;
always @(posedge clk) if(cnt_mod3==2) cnt_mod3 <= 0; 
else cnt_mod3 <= cnt_mod3 + 1;

但我們還需要一個(gè)用于“字符RAM”的字符計(jì)數(shù)器

// character-counter (increments only twice every 3 clocks)
reg [6:0] cnt_charbuf;
always @(posedge clk) if(cnt_mod3!=1) cnt_charbuf <= cnt_charbuf + 1;
wire [11:0] CharacterRAM_rdaddr = CounterY[8:3]*80 + cnt_charbuf;
wire [7:0] CharacterRAM_dout;ram8x2048 CharacterRAM(
	.clk(clk),
	.rd_adr(CharacterRAM_rdaddr),
	.data_out(CharacterRAM_dout)
);

和兩個(gè)“字體ROM”。

// remember the previous character displayed
reg [7:0] RAM_charbuf_dout_last;
always @(posedge clk) CharacterRAM_dout_last <= CharacterRAM_dout;

// because we need it when we display 2 half characters at once
wire [10:0] readaddr0 = {CharacterRAM_dout, CounterY[2:0]};
wire [10:0] readaddr1 = {CharacterRAM_dout_last, CounterY[2:0]};

// The font ROMs are split in two blockrams, holding 4 pixels each
// (half of the second ROM is not used, since we need only 6 pixels)
rom4x2048 FontROM0(.clk(clk), .rd_adr(readaddr0), .data_out(charfont0));
rom4x2048 FontROM1(.clk(clk), .rd_adr(readaddr1), .data_out(charfont1));

這是帶有 6x8 字體的 LCD 的照片：

硬件光標(biāo)

讓我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)閃爍的光標(biāo)，它可以放置在面板上的任何字符上。

首先，我們使用視頻幀計(jì)數(shù)器來(lái)“計(jì)時(shí)”閃爍。 使用 6 位，光標(biāo)每 64 幀閃爍一次。

reg [5:0] cnt_cursorblink;
always @(posedge clk) if(vsync & hsync) cnt_cursorblink <= cnt_cursorblink + 1;
wire cursorblinkstate = cnt_cursorblink[5];  // cursor on for 32 frames, off for 32 frames

現(xiàn)在，我們假設(shè)游標(biāo)地址位置在“CursorAddress”寄存器中可用。

// Do we have a cursor-character match?
wire cursorblink_adrmatch = cursorblinkstate & (CharacterRAM_rdaddr==CursorAddress);

// When we have a match, "invert" the character
// First for charfont0
wire [3:0] charfont0_cursor = charfont0 ^ {4{cursorblink_adrmatch}};

// Next for charfont1
reg cursorblink_adrmatch_last;
always @(posedge clk) cursorblink_adrmatch_last <= cursorblink_adrmatch;
wire [3:0] charfont1_cursor = charfont1 ^ {4{cursorblink_adrmatch_last}};

哇，我們可以顯示圖形和文本！

所有這些都適用于單色和彩色 LCD。
當(dāng)我們?cè)诓噬?LCD 上得意忘形時(shí)會(huì)發(fā)生什么......

輪到你來(lái)實(shí)驗(yàn)了！