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英文字符液晶模块1602的FPGA控制液晶模块1602 所谓1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。1602液晶的正面(绿色背光，黑色字体)1602液晶背面(绿色背光，黑色字体)另一种1602液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，引脚定义如下表所示： HD44780内置了DDRAM、CGROM和CGRAM。 DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表： 也就是说想要在LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个A字,就要向DDRAM的00H地址写入“A”字的代码就行了。但具体的写入是要按LCD模块的指令格式来进行的，后面我会说到的。那么一行可有40个地址呀？是的，在1602中我们就用前16个就行了。第二行也一样用前16个地址。对应如下： DDRAM地址与显示位置的对应关系 （事实上我们往DDRAM里的00H地址处送一个数据，譬如0x31(数字1的代码)并不能显示1出来。这是一个令初学者很容易出错的地方，原因就是如果你要想在DDRAM的00H地址处显示数据，则必须将00H加上80H，即80H，若要在DDRAM的01H处显示数据，则必须将01H加上80H即81H。依次类推。大家看一下控制指令的的8条：DDRAM地址的设定，即可以明白是怎么样的一回事了） 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 上表中的字符代码与我们PC中的字符代码是基本一致的。因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1A这样的方法。PC在编译时就把“A”先转为41H代码了。 字符代码0x000x0F为用户自定义的字符图形RAM(对于5X8点阵的字符，可以存放8组，5X10点阵的字符，存放4组)，就是CGRAM了。后面我会详细说的。 0x200x7F为标准的ASCII码，0xA00xFF为日文字符和希腊文字符，其余字符码(0x100x1F及0x800x9F)没有定义。 那么如何对DDRAM的内容和地址进行具体操作呢，下面先说说HD44780的指令集及其设置说明，请浏览该指令集，并找出对DDRAM的内容和地址进行操作的指令。共11条指令：1.清屏指令功能： 清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入空白的ASCII码20H; 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; 将地址计数器(AC)的值设为0。2.光标归位指令功能： 把光标撤回到显示器的左上方; 把地址计数器(AC)的值设置为0; 保持DDRAM的内容不变3.进入模式设置指令功能：设定每次定入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。参数设定的情况如下所示：位名设置I/D0=写入新数据后光标左移1=写入新数据后光标右移 S0=写入新数据后显示屏不移动1=写入新数据后显示屏整体右移1个字4.显示开关控制指令功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下：位名设置 D0=显示功能关 1=显示功能开 C0=无光标 1=有光标 B0=光标闪烁 1=光标不闪烁5.设定显示屏或光标移动方向指令功能：使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下：S/C R/L设定情况0 0光标左移1格，且AC值减10 1光标右移1格，且AC值加11 0显示器上字符全部左移一格，但光标不动1 1显示器上字符全部右移一格，但光标不动6.功能设定指令功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。参数设定的情况如下：位名设置 DL0=数据总线为4位1=数据总线为8位 N0=显示1行1=显示2行 F0=57点阵/每字符1=510点阵/每字符7.设定CGRAM地址指令功能：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。8.设定DDRAM地址指令功能：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。(注意这里我们送地址的时候应该是0x80+Address，这也是前面说到写地址命令的时候要加上0x80的原因)9.读取忙信号或AC地址指令功能： 读取忙碌信号BF的内容，BF=1表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送来的数据或指令;当BF=0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令; 读取地址计数器(AC)的内容。10.数据写入DDRAM或CGRAM指令一览功能： 将字符码写入DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符; 将使用者自己设计的图形存入CGRAM。11.从CGRAM或DDRAM读出数据的指令一览功能：读取DDRAM或CGRAM中的内容。基本操作时序：读状态 输入：RS=L，RW=H，E=H输出：DB0DB7=状态字写指令 输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 输出：无读数据 输入：RS=H，RW=H，E=H输出：DB0DB7=数据写数据 输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 输出：无例1 VHDL控制1602液晶显示英文字符，第一行显示，从AP，学习体会如何写入控制指令，写入数据指令，学习如何在指定位置显示字符。library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity LCD1602 is Port ( CLK : in std_logic; Reset : in std_logic; LCD_RS : out std_logic; -寄存器选择信号 LCD_RW : out std_logic; -液晶读写信号 LCD_EN : out std_logic; -液晶时钟信号 LCD_Data : out std_logic_vector(7 downto 0); -液晶数据信号end LCD1602;architecture Behavioral of LCD1602 istype state is (set_dlnf,set_cursor,set_dcb,set_cgram,write_cgram,set_ddram,write_LCD_Data);signal Current_State:state;signal Clk_Out : std_logic;signal LCD_Clk : std_logic;beginprocess(CLK)-分频进程，CLK输入，CLK_Out输出，50MHz输入，125Hz输出，8ms variable n1:integer range 0 to 199999; begin if rising_edge(CLK) then if n1199999 then n1:=n1+1; else n1:=0; Clk_Out=not Clk_Out; end if; end if;end process;LCD_RW = 0 ; -RW=0;写入设置LCD_EN = Clk_Out ; -用125Hz作为LCD的使能，也作为LCD的时钟LCD_Clk = Clk_Out; -用125Hz作为LCD的时钟process(LCD_Clk,Reset,Current_State) -状态机控制显示variable cnt1: std_logic_vector(4 downto 0):=00000; begin if Reset=0then Current_State=set_dlnf; - Reset就清屏，Reset接出用一个按钮作为复位按键即可，按下就为0复位。 cnt1:=11110; LCD_RS=0; elsif rising_edge(LCD_Clk) then Current_State = Current_State ; LCD_RS cnt1:=00000; LCD_Data=00000001; - /*清除显示*/ 清屏指令 Current_State LCD_Data=00110000;-/*设置8位格式,2行,5*7*/ Current_State LCD_Data=00001100; -/*整体显示,关光标,不闪烁*/ Current_State LCD_Data=00000110; -/*显示移动格式，看最后两位，10表示光标右移 Current_State LCD_RS=1; -主体显示，写显示内容 LCD_Data=01000001+CNT1; Current_State IF CNT101111 THEN CNT1:=CNT1+1; -主体显示，写显示地址DDRam（RS=0） ELSE CNT1:=00000; END IF; IF CNT1=01111 THEN LCD_Data =10000000+CNT1; END IF; Current_State LCD_Data=00000000; Current_State null; end case; end if;end process;end Behavioral;例2 VHDL控制显示1602字符液晶，分屏分时显示WWW.SCAU.EDU.CN，COLLEGE OF SCIENCE，South China of Agricultural Univers等字符。library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity LCD1602 is Port ( CLK : in std_logic; -状态机时钟信号，同时也是液晶时钟信号，其周期应该满足液晶数据的建立时间 Reset : in std_logic; LCD_RS : out std_logic; -寄存器选择信号 LCD_RW : out std_logic; -液晶读写信号 LCD_EN : out std_logic; -液晶时钟信号 LCD_Data : out std_logic_vector(7 downto 0); -液晶数据信号end LCD1602;architecture Behavioral of LCD1602 istype state is (set_dlnf,set_cursor,set_dcb,set_cgram,write_cgram,set_ddram,write_LCD_Data);signal Current_State:state;type ram1 is array(0 to 31) of std_logic_vector(7 downto 0);type ram2 is array(0 to 31) of std_logic_vector(7 downto 0);type ram3 is array(0 to 31) of std_logic_vector(7 downto 0);constant cgram1 : ram1 :=(x57,x57,x57,x2e,x53,x43,x41,x55,x2e,x45,x44,x55,x2e,x43,x4e,x20,x30,x31,x32,x33,x34,x35,x36,x37,x38,x39,x20,x20,x20,x20,x20,x20); -分行显示WWW.SCAU.EDU.CN 和0123456789constant cgram3 : ram3 :=(x53,x6F,x75,x74,x68,x20,x43,x68,x69,x6E,x61,x20,x41,x67,x72,x69,x63,x75,x6C,x74,x75,x72,x61,x6C,x20,x55,x6E,x69,x76,x65,x72,x73); -显示South China of Agricultural Universconstant cgram2 : ram2 :=(x43,x4f,x4c,x4c,x45,x47,x45,x20,x4f,x46,x20,x53,x43,x49,x45,x4e,x43,x45,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20,x20); -显示COLLEGE OF SCIENCEsignal CLK1 : std_logic;signal Clk_Out : std_logic;signal LCD_Clk : std_logic;signal m :std_logic_vector(1 downto 0);beginprocess(CLK) -分频进程，CLK输入，CLK_Out输出，50MHz输入，1250Hz输出，0.8ms variable n1:integer range 0 to 19999; begin if rising_edge(CLK) then if n119999 then n1:=n1+1; else n1:=0; Clk_Out=not Clk_Out; end if; end if;end process;LCD_RW = 0 ; -RW=0;写入设置LCD_EN = Clk_Out ; -用1250Hz作为LCD的使能，也作为LCD的时钟LCD_Clk = Clk_Out; -用1250Hz作为LCD的时钟process(Clk_Out) -再分频，1250/1000=1.25Hz,0.8s的周期输出，CLK1输出周期1.25Hzvariable n2:integer range 0 to 499; begin if rising_edge(Clk_Out) then if n2499 then n2:=n2+1; else n2:=0; Clk1=not Clk1; end if; end if;end process;process(Clk1) -设置m的值，m分别=0，1，2；5个CLK1周期内，m为00；再5个周期，m为01;再5个周期，m为10,m应为时间控制字variable n3:integer range 0 to 14; begin if rising_edge(Clk1) then n3:=n3+1; if n3=4 then m=00; elsif n34 then m=01; else m=10; end if; end if;end process;process(LCD_Clk,Reset,Current_State) -状态机控制显示variable cnt1: std_logic_vector(4 downto 0); begin if Reset=0then Current_State=set_dlnf; - Reset就清屏，Reset接出用一个按钮作为复位按键即可，按下就为0复位。 cnt1:=11110; LCD_RS=0; elsif rising_edge(LCD_Clk) then Current_State = Current_State ; LCD_RS cnt1:=00000; LCD_Data=00000001; - /*清除显示*/ 清屏指令 Current_State LCD_Data=00111000; -/*设置8位格式,2行,5*7*/ Current_State LCD_Data=00001100; -/*整体显示,关光标,不闪烁*/ Current_State LCD_Data=00000110; Current_State LCD_RS=1; if m=00 then LCD_Data=cgram1(conv_integer(cnt1); elsif m=01then LCD_Data=cgram2(conv_integer(cnt1); else LCD_Data=cgram3(conv_integer(cnt1); end if; Current_State if cnt111111 then cnt1:=cnt1+1; else cnt1:=00000; end if; if cnt1=01111 then LCD_Data=10000000+cnt1;-80H -显示数据， else LCD_Data=11000000+cnt1-10000;-C0H end if; Current_State LCD_Data=00000000; Current_State null; end case; end if;end process;end Behavioral;思考题1 阅读下列液晶1602的显示程序，掌握调用函数进行字符ASCII码转换的程序，掌握使用WHEN_ELSE并行赋值语句的状态机输出赋值特点，自行修改程序，设置合适的显示流程。显示流程参考：初始化=清屏=SETFUNCTION=屏开关=设置光标=写显示内容=写显示地址=SETFUNCTIONlibrary 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; -50MHZ Reset : in std_logic; -复位输入 lcd_rs : out std_logic; -液晶RS位 lcd_rw : out std_logic; -液晶读写RW位 lcd_e : buffer std_logic; -液晶使能 data : out std_logic_vector(7 downto 0); -数据/指令输出 - stateout: out std_logic_vector(10 downto 0); clk_out: out std_logic); -CLK_out输出end lcd;architecture Behavioral of lcd isconstant IDLE : std_logic_vector(10 downto 0) :=00000000000; -使用1位热码编码的状态机，状态共12种constant CLEAR : std_logic_vector(10 downto 0) :=00000000001;constant RETURNCURSOR : std_logic_vector(10 downto 0) :=00000000010;constant SETMODE : std_logic_vector(10 downto 0) :=00000000100;constant SWITCHMODE : std_logic_vector(10 downto 0) :=00000001000;constant SHIFT : std_logic_vector(10 downto 0) :=00000010000;constant SETFUNCTION : std_logic_vector(10 downto 0) :=00000100000;constant SETCGRAM : std_logic_vector(10 downto 0) :=00001000000;constant SETDDRAM : std_logic_vector(10 downto 0) :=00010000000;constant READFLAG : std_logic_vector(10 downto 0) :=00100000000;constant WRITERAM : std_logic_vector(10 downto 0) :=01000000000;constant READRAM : std_logic_vector(10 downto 0) :=10000000000;constant cur_inc : std_logic :=1; -液晶指令中的控制字，用语言符号表示数字信号控制字，方便程序体中调用constant cur_dec : std_logic :=0;constant cur_shift : std_logic :=1;constant cur_noshift : std_logic :=0;constant open_display : std_logic :=1;constant open_cur : std_logic :=0;constant blank_cur : std_logic :=0;constant shift_display : std_logic :=1;constant shift_cur : std_logic :=0;constant right_shift : std_logic :=1;constant left_shift : std_logic :=0;constant datawidth8 : std_logic :=1;constant datawidth4 : std_logic :=0;constant twoline : std_logic :=1;constant oneline : std_logic :=0;constant font5x10 : std_logic :=1;constant font5x7 : std_logic :=0;signal state : std_logic_vector(10 downto 0);signal counter : integer range 0 to 127;signal div_counter : integer range 0 to 15;signal flag : std_logic;constant DIVSS : integer :=15;signal char_addr : std_logic_vector(5 downto 0);signal data_in : std_logic_vector(7 downto 0);component char_ram port( address : in std_logic_vector(5 downto 0) ; data : out std_logic_vector(7 downto 0) );end component;signal clk_int: std_logic;signal clkcnt: std_logic_vector(18 downto 0);constant divcnt: std_logic_vector(18 downto 0):=1111001110001000000; -498752*2=997504分频signal clkdiv: std_logic;signal tc_clkcnt: std_logic;beginprocess(clk,reset) -做一个clkcnt的累加，在Reset来的时候清零，在等于divcnt时也清零 begin if (reset=0) then clkcnt=0000000000000000000; -Reset清零 elsif (clkevent and clk=1) then if(clkcnt=divcnt)then clkcnt=0000000000000000000; -等于divcnt也清零 else clkcnt=clkcnt+1; end if; end if;end process;tc_clkcnt=1 when clkcnt=divcnt else -当等于divcnt的时候给一个上升沿tc_clkcnt 0;process(tc_clkcnt,reset) -对clkdiv进行取反，每次tc_clkcnt上升沿来信时进行clkdiv的取反，做一个997504的分频，50.125Hz，0.02s begin if(reset=0)then clkdiv=0; elsif (tc_clkcntevent and tc_clkcnt=1) then clkdiv=not clkdiv; end if;end process;process(clkdiv,reset) -对clkdiv再分频，clk_int输出2分频，25Hz，0.04sbegin if (reset=0) then clk_int=0; elsif (clkdivevent and clkdiv=1) then clk_int= not clk_int; end if;end process;clk_out=clk_int; -输出clk_int到clk_out中process(clkdiv,reset) -使用clkdiv作为敏感信号，Reset复位begin if (reset=0) then lcd_e=0; elsif (clkdivevent and clkdiv=0) then lcd_echar_addr,data=data_in); -例化调用char_ram，char_addr输入address，data输出data_inlcd_rs = 1 when state =WRITERAM or state = READRAM else -规定了什么状态RS为1或0，WRITERAM或READRAM，读写RAM，符合1602的指令 0;lcd_rw = 0 when (state =CLEAR or state = RETURNCURSOR or state=SETMODE or state=SWITCHMODE or state=SHIFT or state= SETFUNCTION or state=SETCGRAM or state =SETDDRAM or state =WRITERAM) else 1; -规定RW状态，按1602硬件指令设置data =00000001 when (st