【從零開始走進FPGA】 LCD1602 Hello World

　　前面說過，在C,C++等語言學習中，“Hello World”將會是第一個學習的代碼，但是在FPGA中由于電路驅動的復雜性，與單片機雷同，我們無法在電腦上實現(xiàn)“Hello World”的顯示，而必須依靠相關硬件。因此我們不得不在一定的基礎上，才能講解關于LCD1602字符液晶的驅動，以及Hello World的顯示。

　　雷同于前面MCU按鍵消抖動移植代碼，此處也可以移植MCU LCD1602驅動代碼。本例程不是Bingo原創(chuàng)，是按照網(wǎng)友“小時不識月”的代碼，移植修改最后定型為Bingo版本(O(∩_∩)O哈哈~)。

　　電路圖此處不解釋，太簡單了。

　　一、驅動說明

　　由于FPGA的高速并行操作，并非順序執(zhí)行，在代碼上與MCU有所不同。此處先講解驅動原理：

　　(1)分頻以得到500KHz固定的頻率，初始化LCD1602。如下圖所示，LCD_EN的頻率應該控制在2M以內(nèi)(不同的LCD1602參數(shù)會有所不同)。

　　(2)通過三段式狀態(tài)機，來初始化以及給數(shù)據(jù)。

　　(3)通過循環(huán)讀取某一“數(shù)組”，循環(huán)給LCD1602數(shù)據(jù)，以接口形式方便改變。

　　二、FPGA LCD1602 FSM

　　1. 代碼

　　/*************************************************

　　* Module Name : lcd1602_driver

　　* Engineer : Crazy Bingo

　　* Target Device : EP2C8Q208C8

　　* Tool versions : Quartus II 11.0

　　* Create Date : 2011-7-3

　　* Revision : v1.0

　　* Description :

　　**************************************************/

　　module lcd1602_driver

　　(

　　input clk,

　　input rst_n,

　　output lcd_en, // lcd enable

　　output reg lcd_rs, // record,statement

　　output lcd_rw,

　　output reg [7:0] lcd_data

　　);

　　parameter [127:0] line_rom1 = "I am CrazyBingo!";

　　parameter [127:0] line_rom2 = "Hello World*^_^*";

　　//--------------------------------------

　　reg [15:0] cnt;

　　always @ (posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　cnt <= 0;

　　else

　　cnt <= cnt + 1'b1;

　　end

　　assign lcd_en = cnt[15]; //lcd enable,keep same time

　　assign lcd_rw = 1'b0; //write only

　　wire cmd_flag = (cnt == 16'h7FFF) ? 1'b1 : 1'b0; //when lcd_en is steady,write a cmd

　　//---------------------------------------

　　// Gray code : 40 states

　　parameter IDLE = 8'h00; // IDLE

　　// lcd init

　　parameter DISP_SET = 8'h01; // display mode

　　parameter DISP_OFF = 8'h03; // off display

　　parameter CLR_SCR = 8'h02; // clear the lcd

　　parameter CURSOR_SET1 = 8'h06; // cursor set

　　parameter CURSOR_SET2 = 8'h07; // on display, cursor set

　　// display 1th line

　　parameter ROW1_ADDR = 8'h05;

　　parameter ROW1_0 = 8'h04;

　　parameter ROW1_1 = 8'h0C;

　　parameter ROW1_2 = 8'h0D;

　　parameter ROW1_3 = 8'h0F;

　　parameter ROW1_4 = 8'h0E;

　　parameter ROW1_5 = 8'h0A;

　　parameter ROW1_6 = 8'h0B;

　　parameter ROW1_7 = 8'h09;

　　parameter ROW1_8 = 8'h08;

　　parameter ROW1_9 = 8'h18;

　　parameter ROW1_A = 8'h19;

　　parameter ROW1_B = 8'h1B;

　　parameter ROW1_C = 8'h1A;

　　parameter ROW1_D = 8'h1E;

　　parameter ROW1_E = 8'h1F;

　　parameter ROW1_F = 8'h1D;

　　// display 2th line

　　parameter ROW2_ADDR = 8'h1C;

　　parameter ROW2_0 = 8'h14;

　　parameter ROW2_1 = 8'h15;

　　parameter ROW2_2 = 8'h17;

　　parameter ROW2_3 = 8'h16;

　　parameter ROW2_4 = 8'h12;

　　parameter ROW2_5 = 8'h13;

　　parameter ROW2_6 = 8'h11;

　　parameter ROW2_7 = 8'h10;

　　parameter ROW2_8 = 8'h30;

　　parameter ROW2_9 = 8'h31;

　　parameter ROW2_A = 8'h33;

　　parameter ROW2_B = 8'h32;

　　parameter ROW2_C = 8'h36;

　　parameter ROW2_D = 8'h37;

　　parameter ROW2_E = 8'h35;

　　parameter ROW2_F = 8'h34;

　　//---------------------------------------

　　reg [5:0] current_state, next_state;

　　// FSM: always1

　　always @ (posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　current_state <= IDLE;

　　else if(cmd_flag)

　　current_state <= next_state;

　　end

　　//---------------------------------------

　　// FSM: always2

　　always@*

　　begin

　　case(current_state)

　　// lcd init

　　IDLE : next_state = DISP_SET;

　　DISP_SET : next_state = DISP_OFF;

　　DISP_OFF : next_state = CLR_SCR;

　　CLR_SCR : next_state = CURSOR_SET1;

　　CURSOR_SET1 : next_state = CURSOR_SET2;

　　CURSOR_SET2 : next_state = ROW1_ADDR;

　　// display 1th line

　　ROW1_ADDR : next_state = ROW1_0;

　　ROW1_0 : next_state = ROW1_1;

　　ROW1_1 : next_state = ROW1_2;

　　ROW1_2 : next_state = ROW1_3;

　　ROW1_3 : next_state = ROW1_4;

　　ROW1_4 : next_state = ROW1_5;

　　ROW1_5 : next_state = ROW1_6;

　　ROW1_6 : next_state = ROW1_7;

　　ROW1_7 : next_state = ROW1_8;

　　ROW1_8 : next_state = ROW1_9;

　　ROW1_9 : next_state = ROW1_A;

　　ROW1_A : next_state = ROW1_B;

　　ROW1_B : next_state = ROW1_C;

　　ROW1_C : next_state = ROW1_D;

　　ROW1_D : next_state = ROW1_E;

　　ROW1_E : next_state = ROW1_F;

　　ROW1_F : next_state = ROW2_ADDR;

　　// display 2th line

　　ROW2_ADDR : next_state = ROW2_0;

　　ROW2_0 : next_state = ROW2_1;

　　ROW2_1 : next_state = ROW2_2;

　　ROW2_2 : next_state = ROW2_3;

　　ROW2_3 : next_state = ROW2_4;

　　ROW2_4 : next_state = ROW2_5;

　　ROW2_5 : next_state = ROW2_6;

　　ROW2_6 : next_state = ROW2_7;

　　ROW2_7 : next_state = ROW2_8;

　　ROW2_8 : next_state = ROW2_9;

　　ROW2_9 : next_state = ROW2_A;

　　ROW2_A : next_state = ROW2_B;

　　ROW2_B : next_state = ROW2_C;

　　ROW2_C : next_state = ROW2_D;

　　ROW2_D : next_state = ROW2_E;

　　ROW2_E : next_state = ROW2_F;

　　ROW2_F : next_state = ROW1_ADDR;

　　default : next_state = IDLE ;

　　endcase

　　end

　　//---------------------------------------

　　// FSM: always3

　　always @ (posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　begin

　　lcd_rs <= 0;

　　lcd_data <= 8'hXX;

　　end

　　else if(cmd_flag)

　　begin

　　// write statement

　　case(next_state)

　　IDLE : lcd_rs <= 0; //statement

　　//lcd init

　　DISP_SET : lcd_rs <= 0; //statement

　　DISP_OFF : lcd_rs <= 0; //statement

　　CLR_SCR : lcd_rs <= 0; //statement

　　CURSOR_SET1 : lcd_rs <= 0; //statement

　　CURSOR_SET2 : lcd_rs <= 0; //statement

　　// display 1th line

　　ROW1_ADDR : lcd_rs <= 0; //statement

　　ROW1_0 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_1 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_2 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_3 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_4 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_5 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_6 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_7 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_8 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_9 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_A : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_B : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_C : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_D : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_E : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW1_F : lcd_rs <= 1; //record

　　// display 2th line

　　ROW2_ADDR : lcd_rs <= 0; //statement

　　ROW2_0 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_1 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_2 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_3 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_4 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_5 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_6 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_7 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_8 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_9 : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_A : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_B : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_C : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_D : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_E : lcd_rs <= 1; //record

　　ROW2_F : lcd_rs <= 1; //record

　　endcase

　　// write lcd_data

　　case(next_state)

　　IDLE : lcd_data <= 8'hxx;

　　//lcd init

　　DISP_SET : lcd_data <= 8'h38; //set 16X2,5X7 ,8 bits record

　　DISP_OFF : lcd_data <= 8'h08; //off display

　　CLR_SCR : lcd_data <= 8'h01; //clear lcd

　　CURSOR_SET1 : lcd_data <= 8'h06; //cursor set

　　CURSOR_SET2 : lcd_data <= 8'h0C; //on display

　　// display 1th line

　　ROW1_ADDR : lcd_data <= 8'h80;

　　ROW1_0 : lcd_data <= line_rom1[127:120];

　　ROW1_1 : lcd_data <= line_rom1[119:112];

　　ROW1_2 : lcd_data <= line_rom1[111:104];

　　ROW1_3 : lcd_data <= line_rom1[103: 96];

　　ROW1_4 : lcd_data <= line_rom1[ 95: 88];

　　ROW1_5 : lcd_data <= line_rom1[ 87: 80];

　　ROW1_6 : lcd_data <= line_rom1[ 79: 72];

　　ROW1_7 : lcd_data <= line_rom1[ 71: 64];

　　ROW1_8 : lcd_data <= line_rom1[ 63: 56];

　　ROW1_9 : lcd_data <= line_rom1[ 55: 48];

　　ROW1_A : lcd_data <= line_rom1[ 47: 40];

　　ROW1_B : lcd_data <= line_rom1[ 39: 32];

　　ROW1_C : lcd_data <= line_rom1[ 31: 24];

　　ROW1_D : lcd_data <= line_rom1[ 23: 16];

　　ROW1_E : lcd_data <= line_rom1[ 15: 8];

　　ROW1_F : lcd_data <= line_rom1[ 7: 0];

　　// display 2th line

　　ROW2_ADDR : lcd_data <= 8'hC0;

　　ROW2_0 : lcd_data <= line_rom2[127:120];

　　ROW2_1 : lcd_data <= line_rom2[119:112];

　　ROW2_2 : lcd_data <= line_rom2[111:104];

　　ROW2_3 : lcd_data <= line_rom2[103: 96];

　　ROW2_4 : lcd_data <= line_rom2[ 95: 88];

　　ROW2_5 : lcd_data <= line_rom2[ 87: 80];

　　ROW2_6 : lcd_data <= line_rom2[ 79: 72];

　　ROW2_7 : lcd_data <= line_rom2[ 71: 64];

　　ROW2_8 : lcd_data <= line_rom2[ 63: 56];

　　ROW2_9 : lcd_data <= line_rom2[ 55: 48];

　　ROW2_A : lcd_data <= line_rom2[ 47: 40];

　　ROW2_B : lcd_data <= line_rom2[ 39: 32];

　　ROW2_C : lcd_data <= line_rom2[ 31: 24];

　　ROW2_D : lcd_data <= line_rom2[ 23: 16];

　　ROW2_E : lcd_data <= line_rom2[ 15: 8];

　　ROW2_F : lcd_data <= line_rom2[ 7: 0];

　　endcase

　　end

　　end

　　endmodule

　　2. 狀態(tài)機

　　(1)以下是State machine如下所示：

　　(2)模塊可分為一下幾個狀態(tài)

　　3. “Hello World”實物顯示

　　parameter [127:0] line_rom1 = "I am CrazyBingo!";

　　parameter [127:0] line_rom2 = "Hello World*^_^*";