SOPCEDA综合课程设计报告液晶显示屏LCD显示接口设计.docx
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SOPCEDA综合课程设计报告液晶显示屏LCD显示接口设计
江西理工大学应用科学学院
SOPC/EDA综合课程设计报告
设计题目：
液晶显示屏LCD显示接口设计
设计者：
学号：
班级：
指导老师：
时间：
设计报告
综合测试
总评
格式
（10）
内容
（40）
图表
（10）
答辩
（20）
平时
（20）
目录
第1章预习知识.....................................................1
1.1液晶显示屏的基本原理与使用方法1
1.1.1点阵型LCD简介1
1.1.2点阵LCD的显示原理1
1.1.3液晶显示模块接口时序1
1.2课程设计题目：
液晶显示屏LCD显示接口设计2
1.2.1课程设计目的及基本要求2
1.3设计要求3
第2章设计内容提要及说明...........................................4
2.1元件原理图4
2.212864指令系统7
第3章系统硬件设计................................................10
第4章设计过程....................................................12
第5章实习总结…………………………………………………………………21
致谢…………………………………………………………………………………22
参考文献……………………………………………………………………………23
第1章预习知识
1.1液晶显示屏的基本原理与使用方法
1.1.1点阵型LCD简介
LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
比CRT要好的多，但是价钱较其它显示器贵。
1.1.2点阵LCD的显示原理
在数字电路中，所有的数据都是以0和1保存的，对LCD控制器进行不同的数据操作，可以得到不同的结果。
对于显示英文操作，由于英文字母种类很少，只需要8位（一字节）即可。
而对于中文，常用却有6000以上，于是我们的DOS前辈想了一个办法，就是将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。
而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码。
那么，得到了汉字的内码后，还仅是一组数字，那又如何在屏幕上去显示呢？
这就涉及到文字的字模，字模虽然也是一组数字，但它的意义却与数字的意义有了根本的变化，它是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状。
1.1.3液晶显示模块接口时序
模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）：
1、8位并行连接时序
图5MPU写资料到模块
图6MPU从模块读出资料
2、串行连接时序图
图7串行连接时序图
1.2课程设计题目：
液晶显示屏LCD显示接口设计
1.2.1课程设计目的及基本要求
液晶显示屏已广泛应用于人们的日常生活中，在各种领域中起到越来越重要的位置。
因此，掌握和控制液晶显示屏是非常重要的技能。
进行课程设计是加强实践，提高动手能力的重要环节，通过课程设计，同时在软件编程，排错调试，相关仪器设备的使用技术等方面得到全面的提高。
掌握液晶显示屏实现的相关方法，为将来的实际工作打下一定的基础。
本课程设计是以SED1520控制器为基础，基本要求是：
1、掌握SED1520控制器基本结构
2、掌握液晶显示屏的工作原理及使用方法
3、掌握用VHDL语言编写程序
4、掌握QuartusII的使用方法
5、掌握GW48系列SOPC/EDA实验开发系统：
a：
闲置不用GW48系统时，必须关闭电源，拔下电源插头！
！
！
b：
在实验中，当选中某种模式后，要按一下右侧的复位键，以使系统进入该结构模式工作。
c：
换目标芯片时要特别注意，不要插反或插错，也不要带电插拔，确信插对后才能开电源。
其它接口都可带电插拔。
请特别注意，尽可能不要随意插拔适配板，及实验系统上的其他芯片。
d：
并行口工作模式设置在“EPP”模式！
e:
跳线座“SPS”默认向下短路（PIO48）；右侧开关默认拨向“TOMCU”。
f:
对于GW48-PK2系统，左下角拨码开关除第4档“DS8使能”向下拨（8数码管显示）外，其余皆默认向上
1.3课程设计题目内容要求
使用FPGA设计一个液晶显示屏LCD显示的控制器，使其能够显示文字、数字或图形（根据需要选择LCD屏），至少需要显示“江西理工大学应用科学学院课程设计”字样，另外需要显示班级姓名和日期。
其它功能可自行增加！
第2章设计内容提要及说明
2.1元件原理图
图1下载/编程接口电路图
图2液晶显示屏
2.1.1模块引脚说明
表1模块引脚
逻辑工作电压（VDD）：
3.3~5.5V
电源地（GND）：
0V
工作温度（Ta）：
0~+50℃（常温）/-20~70℃（宽温）
2.1.2接口时序
模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）：
a）8位并行连接时序图
图3MPU写资料到模块
图4MPU从模块读出资料
a）串行连接时序图
图5串行时序图
表2时钟周期表
串行数据传送共分三个字节完成：
第一字节：
串口控制——格式11111ABC
A为数据传送方向控制：
H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD。
B为数据类型选择：
H表示数据室显示数据，L表示数据室控制指令。
C固定为0。
第二字节：
（并行）8位数据的高4位——格式DDDD0000
第三字节：
（并行）8位数据的低4位——格式DDDD0000
串行接口时序参数：
（测试条件：
T=25℃VDD=4.5V）
2.212864指令系统
2.2.1用户指令集
指令表1：
（RE=0：
基本指令集）
表3基本指令表
指令表2：
（RE=1：
扩充指令集）
表4扩充指令表
2.2.2FPGA与LCD连接方式
FPGA与LCD连接方式：
（仅PK2型含此）。
由实验电路结构图COM可知，默认情况下，FPGA是通过89C51单片机控制LCD液晶显示的，但若FPGA中有Nios嵌入式系统，则能使FPGA直接控制LCD显示。
方法是拔去此单片机（在右下侧），用连线将座JP22/JP21（LCD显示器引脚信号）各信号分别与座JP19/JP20（FPGA引脚信号）相连接即可。
图6实验电路结构图COM
第3章系统硬件设计
本方案采用的FPGA为Alter公司的ACEX1K30芯片，它可提供系统的时钟及读写控制，ACEX系列的FPGA由逻辑数组块LAB（Logicarrayblock）、嵌入式数组块EAB（embeddedarrayblock）、快速互联以及IO单元构成，每个逻辑数组块包含8个逻辑单元LE（logicelement）和一个局部互联[1]。
每个逻辑单元则由一个4输入查找表（LUT）、一个可编程触发器、快速进位链、级连链组成，多个LAB和多个EAB则可通过快速通道互相连接。
EAB是ACEX系列器件在结构设计上的一个重要部件，他是输入埠和输出埠都带有触发器的一种灵活的RAM块，其主要功能是实现一些规模不太大的FIFO、ROM、RAM和双埠RAM等。
在本液晶显示接口电路中，EAB主要用宏功能模块实现片上ROM。
它通过调用FPGA上的EAB资源来实现汉字的显示和字符的存储，并根据控制信号产生的地址值从ROM中读取字符值，然后送LCD显示器进行显示。
由于所用的图形点阵液晶块内置有SED1520控制器，所以，其电路特性实际上就是SED1520的电路特性。
SED1520的主要特性如下：
（1）具有液晶显示行驱动器，具有16路行驱动输出，并可级联实现32行驱动。
（2）具有液晶显示列驱动器，共有61路列驱动输出。
（3）内置时序发生器，其占空比可设置为1/16和1/32两种。
（4）内藏显示内存，显示内存内的数据可直接显示，"1"为显示，"0"为不显示。
（5）接口总线时序可适配8080系列或M6800系列，并可直接与计算机接口。
（6）操作简单，有13条控制指令。
（7）采用CMOS工艺，可在电压低至2.4-7.0V时正常工作，功耗仅30μW。
本设计所用的字符液晶模块CM12232由两块SED1520级连驱动，其中一工作在主工作方式下，另一个工作在从方式下，主工作方式SED1520负责上半屏16行的驱动和左半屏的61列驱动，从工作方式的SED1520则负责下半屏16行的驱动和右半屏的61列驱动，使能信号E1、E2用来区分具体控制的是那一片SED1520，其系统的硬件连接图如图1所示。
由图1可见，该系统的硬件部分连接十分简单，其中FPGA部分没画出，而液晶与FPGA的接口则可直接以网表的形式给出，将它们直接与FPGA的普通I/O引脚相连即可。
系统的软件接口实现具体实现的重点是如何从存放有字符的ROM块中读出数据，并按照液晶的时序正确的写入，在介绍具体实现方法前，首先要熟悉SED1520的指令。
SED1520的控制指令表
第四章设计过程
4.1初始化部分的状态机设计
根据字符模块初始化的流程图：
图1LCD初始化流程图
4.2时钟模块的设计
由于FPGA开发板上自带的晶振频率为50MHZ，而所需要的时钟频率则需要小于13.9K。
因此需要一个分频器对其进行分频。
这里采用简单的计数器对其进行分频，通过分频器将外部输入的32MHZ的信号分成频率为153600HZ的信号。
在分频之后由于时钟信号需要同时控制LCD模块以及FPGA的模块，因此需要编写一个程序，使得两者之间同步。
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYbaudIS
port（clk,resetb:
instd_logic;
bclk:
outstd_logic）;
endbaud;
architecturebehavioralofbaudis
begin
process（clk,resetb）
variablecnt:
integer;
begin
ifresetb='1'then
cnt:
=0;bclk<='0';
elsifrising_edge（clk）then
ifcnt>=208thencnt:
=0;bclk<='1';
elsecnt:
=cnt+1;bclk<='0';
endif;
endif;
endprocess;
endbehavioral;
图2时钟模块
图3系统的仿真图形
4.3中文字符部分的数据模块
中文部分由于VHDL中无法识别中文，使用时需要参照中文字符表，将需要的字符所对应的数据输入RAM，然后通过和英文模块不重复的符号来实现对其的调用。
如“江”这个中文字符，所对应国标码”bdad”，因此在函数部分应为：
constantdata_buf:
data_buffer:
=（x"bd",x"ad"）;
本程序驱动液晶显示“江西理工大学应用科学学院课程设计”“班级”“姓名”“日期”
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitylcdis
generic（divide_to_100k:
integer:
=1000）;
port（clk,rst:
instd_logic;
rw,rs,e,lcd_rst:
outstd_logic;
lcd_data:
outstd_logic_vector（7downto0））;
endlcd;
architecturebehavioraloflcdis
signalclk_100k:
std_logic;
typestateis（s0,s1,s2,s3,s4）;
signalcurrent_s:
state;
typedata_bufferisarray（0to65）ofstd_logic_vector（7downto0）;
constantdata_buf:
data_buffer:
=（
x"BD",x"AD",x"CE",x"F7",
x"C0",x"ED",x"B9",x"A4",
x"B4",x"F3",x"D1",x"A7",
x"D3",x"A6",x"D3",x"C3",
x"BF",x"C6",x"D1",x"A7",
x"D1",x"A7",x"D4",x"BA",
x"BF",x"CE",x"B3",x"CC",
x"C9",x"E8",x"BC",x"C6",
x"D7",x"D4",x"B6",x"AF",x"BB",x"AF",
x"A3",x"B1",x"A3",x"B0",x"A3",x"B2",
x"D7",x"A4",x"D0",x"A1",x"C1",x"FA",
x"A3",x"B2",x"A3",x"B0",x"A3",x"B1",x"A3",x"B3",x"A3",x"AE",x"A3",x"B1",x"A3",x"AE",x"A3",x"B3"）;
begin
process（clk）
variablecnt:
integerrange0todivide_to_100k;
begin
ifrising_edge（clk）thencnt:
=cnt+1;
ifcnt=divide_to_100kthencnt:
=0;
endif;
ifcntelseclk_100k<='1';
endif;
endif;
endprocess;
process（clk_100k）
variablecnt1:
integerrange0to500;
variablecnt1_1:
integerrange0to100;
variablecode_cnt:
integerrange0to13;
variabledata_cnt:
integerrange0to48;
begin
ifrising_edge（clk_100k）then
ifrst='1'thencurrent_s<=s0;cnt1:
=0;cnt1_1:
=0;
code_cnt:
=0;data_cnt:
=0;lcd_rst<='0';
elsecasecurrent_sis
whens0=>rw<='1';rs<='1';e<='1';cnt1:
=cnt1+1;
ifcnt1<250thenlcd_rst<='0';
elsifcnt1<500thenlcd_rst<='1';
elsifcnt1=500then
lcd_rst<='1';cnt1:
=0;current_s<=s1;
endif;
whens1=>cnt1_1:
=cnt1_1+1;
ifcnt1_1<1*3thene<='1';rs<='0';rw<='0';
elsifcnt1_1<2*3thenlcd_data<=x"0c";
elsifcnt1_1<10*3thene<='0';
elsifcnt1_1=10*3thencnt1_1:
=0;current_s<=s2;
endif;
whens2=>cnt1_1:
=cnt1_1+1;
ifcnt1_1<1*3thene<='1';rs<='0';rw<='0';
elsifcnt1_1<2*3thenlcd_data<=x"80";
elsifcnt1_1<10*3thene<='0';
elsifcnt1_1=10*3thencnt1_1:
=0;current_s<=s3;
endif;
whens3=>
ifcnt1_1<1*3thene<='1';rs<='1';rw<='0';
elsifcnt1_1<2*3thenlcd_data<=data_buf（data_cnt）;
elsifcnt1_1=2*3thendata_cnt:
=data_cnt+1;
elsifcnt1_1<100thene<='0';
endif;
cnt1_1:
=cnt1+1;
ifcnt1_1=100thencnt1_1:
=0;
ifdata_cnt=16thencurrent_s<=s4;data_cnt:
=0;
endif;
endif;
whenothers=>current_s<=s0;
endcase;
endif;
endif;
endprocess;
endBehavioral;
图4显示文字的模块
图5系统的仿真图形
4.4图形的数据模块
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYlcdlinehoziIS
PORT（CLK,key3:
INSTD_LOGIC;
CK0,DISP,Hsync,Vsync:
OUTSTD_LOGIC;
rgb:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（0TO23）
）;
END;
ARCHITECTUREWXOFlcdlinehoziIS
SIGNALCLK_TEMP1,CLK_TEMP2,CK:
STD_LOGIC;
SIGNALCNT1,CNT2:
STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
signalcnt:
std_logic_vector（1downto0）;
SIGNALHS_CNT,VS_CNT:
INTEGERRANGE0TO525;
signalrgbx,rgby:
STD_LOGIC_VECTOR（0TO23）;
CONSTANTTHp:
INTEGER:
=41;
CONSTANTTHb:
INTEGER:
=2;
CONSTANTTHf:
INTEGER:
=2;
CONSTANTTVp:
INTEGER:
=10;
CONSTANTTVb:
INTEGER:
=2;
CONSTANTTVF:
INTEGER:
=2;
CONSTANTTHd:
INTEGER:
=480;
CONSTANTTVd:
INTEGER:
=272;
BEGIN
PROCESS（key3）
BEGIN
ifkey3'eventandkey3='1'then
ifcnt="10"thencnt<="00";
elsecnt<=cnt+1;endif;
endif;
endprocess;
process（cnt）
begin
ifcnt="00"thenrgb<="111111111111111111111111";
elsifcnt="01"thenrgb<=rgbx;
elsifcnt="10"thenrgb<=rgby;
elsergb<="000000000000000000000000";
endif;endprocess;
process（hs_cnt,vs_cnt）
begin
ifhs_cnt<102thenrgbx<="000000000000000000000000";
elsifhs_cnt<162thenrgbx<="000000000000000011111111";
elsifhs_cnt<222thenrgbx<="111111110000000000000000";
elsifhs_cnt<282thenrgbx<="000000001111111111111111";
elsifhs_cnt<342thenrgbx<="000000001111111100000000";
elsifhs_cnt<402thenrgbx<="111111110000000011111111";
elsifhs_cnt<462thenrgbx<="111111111111111100000000";
elsifhs_cnt<522thenrgbx<="111111111111111111111111";
elsergbx<="101010101010101010101010";
endif;
ifvs_cnt<43thenrgby<="000000000000000000000000";
elsifvs_cnt<75thenrgby<="000000000000000011111111";
elsifvs_cnt<107thenrgby<="111111110000000000000000";
elsifvs_cnt<139thenrgby<="000000001111111111111111";
elsifvs_cnt<171thenrgby<="000000001111111100000000";
elsifvs_cnt<203thenrgby<="111111110000000011111111";
elsifvs_cnt<235thenrgby<="111111111111111100000000";
elsifvs_cnt<267thenrgby<="111111111111111111111111";
elsergby<="101010101010101010101010";
endif;
endprocess;
CLOCK:
PROCESS（CLK）
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
IFCNT1=2THENCNT1<="000";
ELSECNT1<=CNT1+1;ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS（CLK）
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='0'THEN
IFCNT2=2THENCNT2<="000";
ELSEC
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