LCD顯示電路設(shè)計

1、 fpga控制的lcd顯示電路設(shè)計 一、實驗?zāi)康?了解12864點陣型液晶顯示器的顯示原理。2掌握12864點陣型液晶顯示器的接口設(shè)計。3利用12864點陣型液晶顯示器來實現(xiàn)lcd廣告字幕機(jī)的設(shè)計。二、實驗內(nèi)容與要求利用12864點陣型液晶顯示模塊設(shè)計一個可顯示圖形和中文字符的lcd廣告字幕機(jī)。1基本要求：1) 能夠顯示圖形和文字。2) 要求顯示的圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。3) 在目測條件下lcd顯示屏各點亮度均勻、充足。2提高要求4) 圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。5) 顯示屏刷新頻率要求達(dá)到85hz。一. 引言 lcd液晶顯示器是 liquid crystal display

2、 的簡稱，lcd 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。比crt要好的多，但是價錢較其它顯示器貴。 fpga是英文fieldprogrammable gate array的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在pal、gal、cpld等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（asic）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。fpga采用了邏輯單元陣列l(wèi)ca（logic cell array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配

3、置邏輯模塊clb（configurable logic block）、輸出輸入模塊iob（input output block）和內(nèi)部連線（interconnect）三個部分。fpga的基本特點主要有： 1）采用fpga設(shè)計asic電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 2）fpga可做其它全定制或半定制asic電路的中試樣片。 3）fpga內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和io引腳。 4）fpga是asic電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一5) fpga采用高速chmos工藝，功耗低，可以與cmos、ttl電平兼容。 二工作原理四、12864點陣型液晶顯示器本設(shè)計所用的jm128

4、64a是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動器、列驅(qū)動器及12864全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示；也可以顯示84個(1616點陣)漢字。112864點陣型液晶顯示器的顯示原理12864液晶顯示屏共有12864點陣，即每行顯示128點，每列顯示64點。此種型號的液晶顯示屏以中間間隔平均劃分為左屏和右屏分別顯示，均為6464點陣，而且各自都有獨立的片選信號控制選擇。先顯示左屏，左屏全部顯示完后才能顯示右屏。顯示屏上的顯示數(shù)據(jù)由顯示數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲器ddram提供。ddram每字節(jié)中的每1個bit，對應(yīng)顯示屏上的1個點。bit值為1，對應(yīng)點顯示，反之不顯示。ddram與顯示屏的對應(yīng)位置如圖1所

5、示。每半屏顯示數(shù)據(jù)共有512字節(jié)的ddram，分為8個數(shù)據(jù)頁來管理，這些頁對應(yīng)顯示屏從上到下編號為07頁，每頁64字節(jié)，涵蓋半邊顯示屏的64行64列8bit點陣數(shù)據(jù)。向顯示屏寫數(shù)據(jù)實際上是向ddram中寫數(shù)據(jù)，ddram不同頁和不同列中的字節(jié)數(shù)據(jù)唯一對應(yīng)顯示屏一行的8個顯示點。例如，向ddram第0頁的第0列寫入數(shù)據(jù)00010100b，則顯示屏左上角第0列的8個顯示點只有從上往下的第3和5點顯示。不同頁和不同列ddram的尋址，通過左半屏和右半屏各自的頁地址計數(shù)器和列地址計數(shù)器實現(xiàn)，因此對顯示屏ddram寫顯示數(shù)據(jù)前，需要先設(shè)置頁地址和列地址。 圖1 12864液晶顯示屏與內(nèi)部ram的對應(yīng)關(guān)系

6、212864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳1）12864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)12864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2。 圖2 12864點陣型液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ic1控制模塊的左半屏，ic2控制模塊的右半屏。ic3為行驅(qū)動器。ic1，ic2為列驅(qū)動器。ic1，ic2，ic3含有如下主要功能器件。了解如下器件有利于對lcd模塊的編程。a) 指令寄存器(ir) ir是用來寄存指令碼，與數(shù)據(jù)寄存器寄存數(shù)據(jù)相對應(yīng).當(dāng)d/i=1 時，在e信號下降沿的作用下，指令碼寫入ir。.b) 數(shù)據(jù)寄存器(dr) dr是用來寄存數(shù)據(jù)的，與指令寄存器寄存指令相對應(yīng).當(dāng)d/i=1時，在e信號的下降沿作用下，圖形顯

7、示數(shù)據(jù)寫入dr，或在e信號高電平作用下由dr讀到db7db0 數(shù)據(jù)總線.dr 和ddram之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動執(zhí)行的。 c) 狀態(tài)寄存器有效數(shù)據(jù)位3位，用于記錄“忙”信號標(biāo)志位（bf），復(fù)位標(biāo)志位（rst）以及開/關(guān)顯示狀態(tài)位（on/off）。d) xy地址計數(shù)器 xy地址計數(shù)器是一個9位計數(shù)器。高三位是x地址計數(shù)器，低6位為y地址計數(shù)器，xy地址計數(shù)器實際上是作為ddram的地址指針，x地址計數(shù)器為ddram的頁指針，y地址計數(shù)器為ddram的y地址指針。 x地址計數(shù)器是沒有記數(shù)功能的，只能用指令設(shè)置。 y地址計數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后，y地址自動加1，y地址指針從0到

8、63。e) 顯示數(shù)據(jù)ram(ddram) ddram是存貯圖形顯示數(shù)據(jù)的。ddram與地址和顯示位置的關(guān)系見圖1。f) z地址計數(shù)器 z地址計數(shù)器是一個6位計數(shù)器，此計數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。當(dāng)一行掃描完成，此地址計數(shù)器自動加1，指向下一行掃描數(shù)據(jù)，rst復(fù)位后z地址計數(shù)器為0。z地址計數(shù)器可以用指令display start line 預(yù)置。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即ddram的數(shù)據(jù)從哪一行開始顯示在屏幕的第一行。此模塊的ddram共64行，屏幕可以循環(huán)滾動顯示64行。2）12864液晶顯示器的外部引腳 12864液晶顯示模塊共有20個引腳，包括8位雙向數(shù)

9、據(jù)線、6條控制線及電源線等。具體引腳功能見下表所示。管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1vss0v電源地2vdd5.0v電源電壓3v0-液晶顯示器驅(qū)動電壓4d/ih/ld/i=“h”,表示db7db0為顯示數(shù)據(jù)d/i=“l(fā)”,表示db7db0為顯示指令數(shù)據(jù)5r/wh/lr/w=“h”,e=“h”,數(shù)據(jù)被讀到db7db0r/w=“l(fā)”,e=“hl”, db7db0的數(shù)據(jù)被寫到ir或dr6eh/l使能信號：r/w=“l(fā)”,e信號下降沿鎖存db7db0 r/w=“h”,e=“h” dram數(shù)據(jù)讀到db7db0(使能端，高電平有效)7db0h/l數(shù)據(jù)線8db1h/l數(shù)據(jù)線9db2h/l數(shù)據(jù)線10db3h/

10、l數(shù)據(jù)線管腳號管腳名稱電平管腳功能描述11db4h/l數(shù)據(jù)線12db5h/l數(shù)據(jù)線13db6h/l數(shù)據(jù)線14db7h/l數(shù)據(jù)線15cs1h/l左半屏片選信號，低電平有效16cs2h/l右半屏片選信號，低電平有效17reseth/l復(fù)位信號,低電平復(fù)位18vee-10vlcd驅(qū)動負(fù)電壓19ied+dc+5v背光板電源20ied-dc0v背光板電源312864液晶顯示器的編程指令1) 顯示開關(guān)控制(display on/off)代碼r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1設(shè)置屏幕顯示開/關(guān)。d/i=1，開顯示。d=0，關(guān)顯示。不影響

11、ddram中的內(nèi)容。2) 設(shè)置顯示起始行(display start line) 代碼r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 1 1 a5 a4 a3 a2 a1 a0 前面在介紹z地址計數(shù)器時已經(jīng)描述了顯示起始行是由z地址計數(shù)器控制的。a5a0 6位地址自動送入z地址計數(shù)器，起始行的地址可以是063的任意一行。例如：選擇a5a0是62,則起始行與ddram行的對應(yīng)關(guān)系如下：ddram 行：62 63 0 1 2 3 28 29屏幕顯示行： 1 2 3 4 5 6 31 323) 設(shè)置頁地址（set page “x address”)代碼r/w d/idb7

12、db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 1 0 1 1 1 a2 a1 a0 所謂頁地址就是ddram的行地址，8行為一頁,模塊共64行即8頁,a2a0表示07頁。讀寫數(shù)據(jù)對地址沒有影響,頁地址由本指令或rst信號改變復(fù)位后頁地址為0。4) 設(shè)置y地址(set y address) 代碼r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 0 0 1 a5 a4 a3 a2 a1 a0 此指令的作用是將a5a0送入y地址計數(shù)器，作為ddram的y地址指針。在對ddram進(jìn)行讀寫操作后，y地址指針自動加1,指向下一個ddram單元。5) 讀狀態(tài)(status r

13、ead)代碼r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 1 0 busy 0on/offret 0 0 0 0 當(dāng)r/w=1 d/i=0時,在e信號為“h”的作用下，狀態(tài)分別輸出到數(shù)據(jù)總線(db7db0)的相應(yīng)位。bf：bf1，內(nèi)部正在進(jìn)行操作，bf0，空閑狀態(tài)。on/off：on/off1，表示顯示打開，on/off0，表示顯示關(guān)閉。rst: rst=1表示內(nèi)部正在初始化，此時組件不接受任何指令和數(shù)據(jù)。6) 寫顯示數(shù)據(jù)(write display date) 代碼r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 0 1 d7 d6 d5 d4 d3

14、d2 d1 d0 d7d0為顯示數(shù)據(jù)，此指令把d7d0寫入相應(yīng)的ddram單元,y地址指針自動加1。7) 讀顯示數(shù)據(jù)(read display date) 代碼r/w d/idb7db6db5db4db3db2db1db0形式 1 1 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 此指令把ddram的內(nèi)容d7d0讀到數(shù)據(jù)總線db7db0，y地址指針自動加1。五、12864點陣型液晶顯示器的接口電路設(shè)計通過前面對12864顯示屏引腳功能的分析可以知道，該模塊有一個整體的片選信號“e”，只有當(dāng)該信號為高電平時，所有的電路才會有效。另外左右半屏各有一個選擇信號cs1和cs2，cs1和cs2各自為低

15、電平時，分別選中左半屏和右半屏。為了區(qū)分讀寫的是數(shù)據(jù)還是指令，還設(shè)置了一個數(shù)據(jù)/指令控制線d/i。根據(jù)這些原則，設(shè)計出接口電路如圖3所示。 圖3 液晶顯示器的接口電路由于cs0的地址范圍為280h283h，由接口電路的設(shè)計可得液晶屏的相關(guān)地址，如下表。操作a1a0端口地址向左半屏寫指令00280h向右半屏寫指令10282h讀/寫左半屏數(shù)據(jù)01281h讀/寫右半屏數(shù)據(jù)11283h讀狀態(tài)寄存器00280h五、軟件設(shè)計對12864的具體結(jié)構(gòu)有了比較深入的了解，12864分左右兩屏，像素點為128*64個像素點，行有128個像素點，列有64個像素點，行又設(shè)置為8頁，在12864默認(rèn)狀態(tài)下中文字體都是1

16、6*16的大小，每個頁包含8個像素行，所以要顯示一個中文就需要2頁；初始行的設(shè)定可以使得你要顯示的字出現(xiàn)在任意你想要的位置。對液晶顯示器的編程就是向ddram中寫數(shù)據(jù)。在寫ddram之前，需要先清除ram，且左屏和右屏要分別進(jìn)行清除。方法就是向ram的所有單元寫入0值。12864寫驅(qū)動程序的時候需要寫七個指令分別是：“檢忙”，“寫指令”，“寫數(shù)據(jù)”，“寫顯示開關(guān)”，“寫頁”，“寫列”，“寫初始行”。向lcd寫顯示數(shù)據(jù)的流程圖如下： 液晶顯示器的編程流程如下圖：清左屏ram左右展開顯示寫入lcd左屏數(shù)據(jù)寫入lcd左屏數(shù)據(jù)清左屏ram開始系統(tǒng)初始化nynyyn將起始頁地址存入bl頁地址加1設(shè)置列地

17、址顯示ram設(shè)置頁地址lcd工作忙已顯示64列頁地址已設(shè)置8次結(jié)束六lcd的應(yīng)用廣告字幕機(jī)是用lcd輸出不同的漢字和圖形。要液晶顯示器顯示不同的圖形或漢字，就是向ddram中寫入不同的數(shù)據(jù)。根據(jù)前面所說的液晶顯示屏與ddram的對應(yīng)關(guān)系，可以構(gòu)造不同的數(shù)據(jù)來顯示不同的圖形和漢字。七實驗結(jié)果用vhdl語言進(jìn)行仿真后生成的波形如下圖所示：生成的rtl電路圖如下：參考文獻(xiàn)潘松，黃繼業(yè)編著eda技術(shù)與vhdl(第2版)m，北京：清華大學(xué)出版社，2007沈明山編著，eda技術(shù)及可編程器件應(yīng)用實訓(xùn)，北京：科學(xué)出版社，2004李國洪，沈明山，胡輝編著，可編程器件eda技術(shù)與實踐，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200

18、4.7源程序附件如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity lcd is port( clk: in std_logic; rs,rw,cs1,cs2,e: out std_logic; address: out std_logic_vector(4 downto 0); q: out std_logic_vector(7 downto 0) );end; architecture behav of lcd is t

19、ype states is(st0,st1,st2,st3,st4,st5,st6,st7, st8,st9,st10,st11,st12,st13,st14,st15,st16) ; -狀態(tài)定意 signal pre_state,next_state:states; signal datalock,en,rst1:std_logic; signal addr:integer range 0 to 65:=0; signal xpage:std_logic_vector(7 downto 0):=10111000; signal yaddr:std_logic_vector(7 downto

20、0):=01000000;variable i :integer range 0 to 511:=0 ;type status is array (0 to 511 ) of std_logic_vector(7 downto 0);constant word:status:=(00010000),(00000100),(01100000),(00000100),(00000001),(11111111),(11000110),(00000000),(00110000),(00000000),(00000010), (00000000), (11100010), (00000111), (00

21、100010), (00000010), (00100010), (00000010), (11100010), (00000111),(00000010), (01000000), (00000010), (10000000), (11111110), (01111111),(00000010), (00000000), (00000010), (00000000), (00000000), (00000000), -河 (00000100),(00000000),(00000100),(00000000),(11100100),(01111111),(00100100),(00000100

22、),(00100100),(00000101),(01100100),(00000101),(10110100),(00000101),(00101111),(01111111),(00100100),(00000101),(10100100),(00000101),(01100100),(00000101),(00100100),(00100101),(00100100),(01000100),(11100110),(00111111),(00000100),(00000000),(00000000),(00000000), -南(00010000),(00000100),(00010010

23、),(00000010),(10010010),(00000001),(01110010),(0000000000),(11111110),(11111111),(01010001),(00000000),(10010001),(00000100),(00000000),(00000100),(00100010),(00000100),(11001100),(00000010),(0000000000),(00000010),(0000000000),(00000010),(11111111),(111111111),(00000000),(000000001),(00000000),(000

24、00001),(000000000),(00000000), -科(00001000),(00000001),(00001000),(010000001),(10001000),(10000000),(11111111),(01111111),(01001000),(00000000),(00101000),(01000000),(00000000),(010000000),(11001000),(00100000),(01001000),(00010011),(01001000),(00001100),(01111111),(00001100),(01001000),(00010010),(

25、11001000),(001000001),(01001000),(01100000),(00001000),(00100000),(00000000),(00000000), -技，(00000000),(00000000),(00000000),(00000000),(11111000),(00001111),(01001000),(00000100),(01001000),(00000100),(01001000),(00000100),(01001000),(00000100),(11111111),(00111111),(01001000),(01000100),(01001000)

26、,(01000100),(01001000),(01000100),(01001000),(01000100),(11111000),(01001111),(00000000),(01000000),(00000000),(01110000),(00000000),(00000000),-電;(10000000),(00000000),(01000000),(00000000),(00110000),(00000000),(11111100),(01111111),(000111),(00000000),(00000101),(00000000),(01011000),(01111110),(

27、10101000),(00100010),(10101001),(00100010),(10101110),(00100010),(10101010),(00100010),(10101000),(00100010),(01011000),(01111110),(00001000),(00000000),(00001000),(00000000),(00000000),(00000000),-信；(00010000),(0000100),(00010010),(00000010),(10010010),(00000001),(01110010),(00000000),(11111110),(1

28、1111111),(01010001),(00000000),(10010001),(00000100),(00000000),(00000100),(00100010),(00000100),(11001100),(00000010),(00000000),(00000010),(00000000),(00000010),(11111111),(11111111),(00000000),(00000001),(00000000),(00000001),(00000000),(00000000),-科；(00000000),(00000000),(11100000),(00001111),(0

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