FPGA实验三：液晶屏的显示设计

第1页，共30页实验报告课程名称：_____FPGA实验______指导老师：__竺红卫/陈宏__成绩：__________________实验名称：____液晶屏的显示设计______实验类型：_FPGA实验_同组学生姓名：__一、实验目的1.熟悉实验板上液晶屏的工作原理；2.熟悉驱动电路的源代码。二、实验装置1.电脑一台；2.实验板一块；3.实验板电源一只；4.实验板连接电脑的下载线一根。三、实验原理实验板显著的特征是2线16字符液晶显示器LCD。尽管LCD支持8位的数据接口，为了与其它的XILINX的开发板保持兼容并且尽可能减少针脚数，FPGA仅通过4位的数据接口线控制LCD，LCD通过使用ASCII标准和自定义字符可以有效地显示多种信息。但是，这些显示速度并不是很快。每半秒扫描一次以测试实际清晰度的界限。与50MHz时钟频率相比，这样的显示速度是慢的。PicoBlaze处理器可以有效地控制显示时间和显示内容。专业：__电子信息工程__姓名：_____陈华杰_____学号：______日期：___4月4日___地点：应电楼303桌号2组第2页，共30页字符LCD的供电电压是＋5V。FPGA的I/O口信号的电压是3.3V。但是，FPGA的输出电平是通过LCD来识别是有效的低电平还是高电平。LCD控制器接收5VTTL信号电平，FPGA输出3.3V的LCMOS以满足5VTTL电压要求。数据线上的390欧串联电阻，当LCD驱动一个逻辑高电平时，其用来防止了FPGA和SrtataFlsahI/O管脚的超负载。当LCD_RW为高时，LCD驱动数据线。在绝大多数应用中，LCD作为只读外围设备，几乎没有从显示器读数据。四、操作方法和实验步骤对于程序的各个步骤，如新建项目、新建VerilogHDL、新建.ucf文件、Synthesize、ImplementDesign、GenerateProgrammingFile、ConfigureTargetDevice等等，在实验一中已经展示过，每一次实验的基本操作步骤都是差不多的，故这里不再重复阐述。本次实验总共需要做三份程序并观察现象：1）例程2）设计按键拨动时显示小时、分钟和秒，中间分别空一格。3）按键拨动开始显示，10秒钟显示结束，结束时LCD上显示ABCDEF，同时八只LED灯亮。五、实验源代码和现象1）例程UCF文件如下：NETCLK_50MHZLOC=C9;NETLCD_D0LOC=R15;NETLCD_D1LOC=R16;NETLCD_D2LOC=P17;NETLCD_D3LOC=M15;NETLCD_ELOC=M18;NETLCD_RSLOC=L18;NETLCD_RWLOC=L17;源代码如下：modulelcd_write_number_test(inputCLK_50MHZ,outputLCD_E,outputLCD_RS,outputLCD_RW,output[3:0]LCD_D);wireif_ready;regif_write;reg[31:0]if_data;reg[1:0]state;reg[31:0]cntr;parameterIDLE=2'b00,IF_WRITE_1=2'b01,SET_IF_WRITE_0=2'b10,WAIT=2'b11;第3页，共30页//InstantiatetheUnitUnderTest(UUT)lcd_write_numberuut(.CLK_50MHZ(CLK_50MHZ),.LCD_E(LCD_E),.LCD_RS(LCD_RS),.LCD_RW(LCD_RW),.LCD_D(LCD_D),.if_data(if_data),.if_write(if_write),.if_ready(if_ready));initialbeginif_data=32'habba0123;state=IDLE;if_write=1'b0;cntr=32'b0;endalways@(posedgeCLK_50MHZ)begincase(state)IDLE:if(if_ready)beginif_data=if_data+1'b1;if_write=1'b1;state=IF_WRITE_1;cntr=32'b0;endIF_WRITE_1://thisstatetokeepif_writeupfor2cyclesstate=SET_IF_WRITE_0;SET_IF_WRITE_0://setif_write0andstartthecounterbeginif_write=1'b0;state=WAIT;cntr=32'b0;endWAIT:if(cntr25000000)//waitfor0.5secondscntr=cntr+32'b1;elsestate=IDLE;endcaseendendmodule第4页，共30页`timescale1ns/1psmodulelcd_write_number(inputCLK_50MHZ,outputLCD_E,outputLCD_RS,outputLCD_RW,output[3:0]LCD_D,input[31:0]if_data,inputif_write,outputif_ready);reg[7:0]disp_data;regdisp_rs;reg[31:0]disp_delay;regdisp_write;wiredisp_ready;regdisp_b8;reg[7:0]char;reg[1:0]state;reg[31:0]number;reginit_done;regrunning;reg[4:0]shift_cntr;regif_ready_r;assignif_ready=if_ready_r;lcd_displaydisplay(.clk(CLK_50MHZ),.rst(1'b0),.lcd_e(LCD_E),.lcd_rw(LCD_RW),.lcd_rs(LCD_RS),.lcd_d(LCD_D),.if_data(disp_data),.if_rs(disp_rs),.if_delay(disp_delay),.if_write(disp_write),.if_ready(disp_ready),.if_8bit(disp_b8));parameterNB_CHARS=8'd12;parameterSTART=2'b00,WAIT_WRITE_0=2'b01,WRITE_1=2'b10,第5页，共30页WAIT_WRITE_1=2'b11;initialbeginstate=2'b00;char=8'b0;init_done=1'b0;if_ready_r=1'b0;shift_cntr=5'b0;endalways@(posedgeCLK_50MHZ)beginif(init_done&&char8'd16)beginif(disp_ready)if_ready_r=1'b1;if(if_write)beginchar=4'd8;//resetthedisplayendendelseif(char=8'd16)beginif_ready_r=1'b0;case(state)START:if(disp_ready)begindisp_write=1'b1;state=WAIT_WRITE_0;endWAIT_WRITE_0:state=WRITE_1;WRITE_1:begindisp_write=1'b0;state=2'b11;endWAIT_WRITE_1:beginstate=START;char=char+8'b1;endendcase//case(state)end//else:!if(!running)end//always@(posedgeCLK_50MHZ)always@(negedgeCLK_50MHZ)begin//thesenextstepsinitializetheLCDdisplay:case(char)0:begindisp_b8=1'b0;第6页，共30页disp_data=8'h30;disp_delay=32'd10000000;disp_rs=1'b0;end1:disp_data=8'h30;2:begindisp_data=8'h30;disp_delay=32'd1000000;end3:begindisp_data=8'h20;disp_delay=32'd20000;end4:begindisp_b8=1'b1;disp_data=8'h28;end5:disp_data=8'h06;6:disp_data=8'h0C;7:begindisp_data=8'h01;disp_delay=32'd1000000;init_done=1'b1;shift_cntr=5'd9;end8://thisstateprovidesanentrypointtoresetthedisplayandthen//goontothedefaultstatethatwritesthenumberbegindisp_rs=1'b0;disp_data=8'h01;disp_delay=32'd1000000;shift_cntr=5'b0;number=if_data;enddefault://statemachinetoprinta32-bitnumberoutif(disp_ready&&state==START)beginif(shift_cntr5'd8)begindisp_rs=1'b1;disp_delay=32'd20000;第7页，共30页if(number[31:28]4'b1010)disp_data=number[31:28]+8'h30;elsedisp_data=number[31:28]+8'h37;number=number4;shift_cntr=shift_cntr+5'b1;endendendcase//case(char)end//always@(negedgeCLK_50MHZ)endmodule`timescale1ns/1psmodulelcd_display(inputclk,inputrst,outputlcd_e,outputlcd_rw,outputlcd_rs,output[3:0]lcd_d,input[7:0]if_data,inputif_rs,input[31:0]if_delay,inputif_write,outputif_ready,inputif_8bit);reg[2:0]state;reglcdr_e;reg[3:0]lcdr_d;reg[31:0]wait_cntr;regready;reginit_done;parameterIDLE=3'b000,WAIT_PULSE_E_0=3'b001,LOAD_LOWER_NIBBLE=3'b010,WAIT_PULSE_E_1=3'b011,WAIT_COMMAND=3'b100;parameterPULSE_E_DLY=32'd12;parameterINIT_TIME=32'd20000000;assignlcd_d=lcdr_d;assignlcd_rs=if_rs;assignlcd_rw=1'b0;assignlcd_e=lcdr_e;assignif_ready=ready;第8页，共30页initialbeginstate=IDLE;ready=1'b0;lcdr_e=1'b0;init_done=1'b0;endalways@(posedgeclk)beginif(rst)beginstate=IDLE;endelseif(!init_done)be