可编程逻辑器件课程设计

1、北京工商大学课程设计 可编程逻辑器件与应用编号： 1104020414 课程设计（可编程逻辑器件与应用） 题目： 128*32LCD液晶显示器汉字显示 院 （系） 计算机与信息工程学院 专 业 信息工程 班 级 信息112班 学生姓名 马博渊 2014年6月15摘要本可编程逻辑器件与应用设计基于EL-EDA-VI实验电路箱、E-Play-SOPC开发板，主要利用Altera公司的Cyclone系列的FPGA芯片与VerilogHDL语言，针对于12832LCD液晶显示屏，进行开发。通过输入时钟与预置显示字符，让字符串依次显示在液晶显示屏上，并且在显示完整后，保持不变。通过仔细研究讨论了多种方案

2、后，决定采用一个较为可行的方案完成设计，即为利用FPGA发出控制信号与所需显示的数据，通过控制电路，对LCD驱动时序并且显示数据。本次设计，基于QUARTUS II 软件进行功能仿真和测试，通过编译后，利用JTAG接口将程序烧录入FPGA中，在实验箱上连接好电路，观察实验结果。本设计，实验效果良好，具有稳定、渐变效果的输出，字符输出准确，实验程序清楚明了。关键词：VerilogHDL，12832液晶显示屏，FPGA，依次显示，功能仿真目录1 绪论 LCD液晶显示器汉字滚动显示12 设计方案分析12.1 设计要求12.2 设计思路12.3 设计原理简述12.3.1 12832液晶显示器12.3.

3、2 FPGA控制模块12.3.3 整体设计原理23 LCD液晶显示汉字的设计实施23.1 硬件电路23.1.1 FPGA23.1.2 液晶显示屏 1283233.2 程序设计44 系统测试分析114.1 仿真测试分析114.1.1 功能仿真分析114.1.2 时序仿真分析124.3 电路下载测试分析125 结论13参考文献131 绪论 LCD液晶显示器汉字显示本次设计的意图在于利用Verilog语言实现汉字在12832LCD液晶显示屏显示字符和汉字，实现功能仿真，并在实验设备上调试通过。设计的意义在于增强关于Verilog语言的掌握熟练程度，熟悉状态机，能够综合利用所学知识，自行设计硬件语言的

4、灵活使用与硬件设计能力。并且，在课程之外拓展关于液晶显示屏等常用硬件的相关知识，将理论与实际操作实现结合。本报告涉及设计方案的阐述和说明，程序与电路的设计与测试，软件仿真测试与硬件操作测试与实验结果说明。2 设计方案分析2.1 设计要求 用Verilog语言实现汉字在12864LCD的显示，实现功能仿真，并在实验设备上调试通过。静态显示（基本功能）：显示“北京工商大学”；2.2 设计思路通过FPGA发出控制信号与需要显示的数据，控制LCD液晶显示屏进行显示。显示字符通过查找相关字库（GB）（具体至百度下载：汉字十六进制转换工具），找到所要查找的汉字对应的十六进制数表示方式，利用程序预置对应输出

5、的汉字和字符，使用外部时钟（频率：10HZ），控制显示器在按下复位键（reset键）时，开始依次逐渐显示对应的转码后的正常可读的字符。利用外部晶振，输入时钟信号，控制显示器的显示过程与效果。2.3 设计原理简述2.3.1 12832液晶显示器 C12832-19B中文液晶显示模块的液晶屏幕为128*32，可显示两行字符，每行可显示八个汉字。（如图2.1）汉字和相关字符可查阅12832的字库，获得对应的十六进制数。 图2.1 C12832-19B中文液晶2.3.2 FPGA控制模块 实验板E-PLAY-SOPC上以FPGA芯片为核心，通过JTAG接口实现与PC的连接，便于下载和在线调试程序。通过

6、VGA电路模块与实验箱EL-EDA-VI相连接与控制。在FPGA中写入编写好的相关程序，实现硬件的控制。这里，使用Verilog语言，编写显示字符的程序，通过FPGA，使用实验箱上的10Hz频率作为外部时钟，将实验效果显示在液晶显示屏上。2.3.3 整体设计原理控制信号FPGA (E-PLAY-SOPC) EL-EDA-VI（按键、I/O信号输出口、时钟频率信号控制模块）LCD显示内容控制信号显示内容图2.2 整体设计图3 LCD液晶显示汉字的设计实施3.1 硬件电路3.1.1 FPGA图3.1 SOPC板上FPGA管脚示意图注：VGA模块用于与实验箱底板相关连接与控制，在程序中设置四位VGA

7、为0001，目标是使用实验箱的开关、信号输出口与时钟频率信号模块，以便于与液晶显示屏进行电路连接。3.1.2 液晶显示屏 12832图3.2 12832液晶显示器引脚说明图其中：LED+、LED-：背光源正负极VDD、VSS：LCD电源及地DB0DB7：8位数据线XRES：复位信号（低电平有效）PSB：控制界面选择选择，0：串行；1：并行4位/8位RS(CS)：并行时为寄存器选择，0：指令寄存器；1：数据寄存器 串行时为片选控制，0：禁止；1：允许R/W(SID)：并行时为读写控制，0：写；1：读 串行时为输入串行数据E(SCLK)：并行时为读写数据起始 串行时为串行时钟的输入3.1.3EL-

8、EDA-VI实验电路箱管脚及C12832-19B配置：VGA3-管脚:163 VGA2-管脚：164VGA1-管脚:161 VGA1-管脚：162rst_n-管脚：105,对应实验箱SW1（与LCD相连）RS-管脚：165,对应实验箱IO5，（与LCD相连）RW-管脚：166，对应实验箱IO6,因为一直是写状态，由程序置0；（与LCD相连）E-管脚：167，对应实验箱IO7，（与LCD相连）PSB-高电平并行传输，所以一直置高（接3.3V）XRES-低电平复位，所以一直置高（接3.3V）Clock-管脚：28,对应实验箱IO3，因为对应10赫兹，将开关调至1011附加说明：EDA-VI底板上I

9、O_CLK为4位拨码开关SW20SW17来控制输出40M分频后的可调时钟。SW20 SW19SW18SW17IO_CLK11111Hz01115Hz101110Hz001125Hz110150Hz0101500Hz10011KHz00012.5KHz111010KHz011020KHz101050KHz0010200KHz1100500KHz01002MHz10005MHz000020MHz 图3.3 EDA-VI底板上的可调时钟3.2 程序设计module DesignScreen(clock,rst_n,rs,rw,en,data,VGA);input clock; /系统时钟输入 inp

10、ut rst_n; / 系统复位输入，低电平有效output rw; /LCD 的读，写操作选择输出信号output en; /LCD 使能信号output3:0 VGA; /连接EL-EDA-VI实验电路箱、E-Play-SOPC开发板output reg 7:0data; /LCD 的数据总线(不进行读操作，故为输出）output reg rs; /1:数据模式;0:指令模式wire clock_LCD; /LCD 时钟信号reg 23:0cnt; /LCD 时钟计数器assign VGA=4'b0001;reg flag; /标志位,LCD 所有数reg 5:0char_cnt;

11、 /字数计数器reg 7:0data_disp; /中转站assign clock_LCD=clock;/* 状态机参数*reg8:0 state; /State Machine code parameter IDLE= 0; /初始状态,下一个状态为 CLEAR parameter SETFUNCTION= 1; /功能设置:8位数据接口 parameter SETFUNCTION2= 2; parameter SWITCHMODE=3; /显示开关控制:开显示,光标和闪烁关闭 parameter CLEAR=4; /清屏 parameter SETMODE=5; /输入方式设置:数据读写操

12、作后,地址自动加1/画面不动 parameter SETDDRAM=6; /设置DDRAM的地址parameter WRITERAM=7; /数据写入DDRAM相应地址parameter STOP=8; /LCD 操作完毕,释放其控制assign rw = 1'b0; / 始终对 LCD 写数据assign en=(flag=1)?clock_LCD:1'b0; /信号出现高电平以及下降沿的时刻与LCD 时钟相同/* 对RS进行逻辑判断*always (posedge clock_LCD or negedge rst_n) /只有在写数据操作时,RS 信号才为高电平,其余为低电

13、平 begin if(!rst_n) /如果复位 rs <= 1'b0; /开启指令模式 else if(state = WRITERAM) /否则如果数据处于写入DDRAM 状态 rs <= 1'b1; /开启数据模式 else rs <= 1'b0;/其他情况均为指令模式end /*状态机逻辑*,此处可加按键功能(多套一层)always (posedge clock_LCD or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin state <= IDLE; /准备进入 IDLE data <= 8'b

14、zzzzzzzz; /输入高阻 char_cnt <= 5'b0; flag <= 1'b1; /标志位为1 end else begin case(state) IDLE: begin state <= SETFUNCTION; /下个状态为功能设置 data <= 8'bzzzzzzzz; /输入高阻 end /* 基本指令集动作* SETFUNCTION: begin state <= SETFUNCTION2; data <= 8'h30; end SETFUNCTION2: begin state <= SWI

15、TCHMODE; /下个状态为开关模式,类推 data <= 8'h30; end /*显示开关:开显示,光标和闪烁关闭 * SWITCHMODE: begin state <= CLEAR; data <= 8'h0c; end /*清屏 * CLEAR: begin state <= SETMODE; data <= 8'h01; end /*输入方式设置:数据读写操作后,地址自动加1/画面不动* SETMODE: begin state <= SETDDRAM; data <= 8'h06; end / DRAM

16、的地址:第一行起始为0x80/第二行为0x90 SETDDRAM: begin state <= WRITERAM; if(char_cnt = 0) /没开始计数,即将写第一屏 data<=8'h80; /指针在第一行开头 if(char_cnt = 16) data<=8'h90; end /*到指定的DDRAM的地址写数据* WRITERAM: begin if(char_cnt>=0 && char_cnt <= 15) /从第一排开始写,一排 16 个字 begin char_cnt<=char_cnt + 1

17、9;b1; data<=data_disp; if( char_cnt=15 ) state <= SETDDRAM; else state<= WRITERAM; end else if( char_cnt >= 16) begin char_cnt<=char_cnt + 1'b1; data<=data_disp; if(char_cnt=32) begin state <= STOP; /写满屏后，准备停止 char_cnt <= 6'd0; /字数计数器清0 flag <= 1'b0; /标志位置0 end

18、 else begin state <= WRITERAM; end end end STOP: state <= STOP; /死循环,即完成了显示锁住,等待复位 default: state <= IDLE; /其他不可预测情况 endcase endend /*数据处理,查国标,调用CGROM字库*always (char_cnt) /换几个字符begin case (char_cnt) / 第一排 * 北京工商大学计算 */北：B1B1,京：BEA9:工:B9A4, 商：C9CC，大：B4F3，学：D1A7/计：BCC6,算：CBE3,机:BBFA, 与：D3E8,

19、信: D0C5, 息：CFA2,工:B9A4 程:B3CC,学：D1A7,院：D4BA/l:A3EB o:A3EE, v:A3F6,e:A3E56'd0: data_disp = 8'hB1; 6'd1: data_disp = 8'hB1; 6'd2: data_disp = 8'hBE; 6'd3: data_disp = 8'hA9; 6'd4: data_disp = 8'hB9; 6'd5: data_disp = 8'hA4; 6'd6: data_disp = 8'hC

20、9; 6'd7: data_disp = 8'hCC; 6'd8: data_disp = 8'hB4; 6'd9: data_disp = 8'hF3; 6'd10: data_disp = 8'hD1; 6'd11: data_disp = 8'hA7; 6'd12: data_disp = 8'hBC; 6'd13: data_disp = 8'hC6;6'd14: data_disp = 8'hCB; 6'd15: data_disp = 8'

21、hE3; /第二排* 机与信息工程学院 *6'd16: data_disp = 8'hBB; 6'd17: data_disp = 8'hFA; 6'd18: data_disp = 8'hD3; 6'd19: data_disp = 8'hE8; 6'd20: data_disp = 8'hD0; 6'd21: data_disp = 8'hC5; 6'd22: data_disp = 8'hCF; 6'd23: data_disp = 8'hA2; 6'd

22、24: data_disp = 8'hB9; 6'd25: data_disp = 8'hA4; 6'd26: data_disp = 8'hB3; 6'd27: data_disp = 8'hCC; 6'd28: data_disp = 8'hD1; 6'd29: data_disp = 8'hA7; 6'd30: data_disp = 8'hD4;6'd31: data_disp = 8'hBA;default : data_disp = 8'h00; /调用空

23、白ASCII 码endcase end endmodule4 系统测试分析4.1 仿真测试分析4.1.1 功能仿真分析图4.1 功能仿真波形图分析：data输出位是为了在液晶显示器上显示相关数据。所以在开始的一段时间之内，data显示为高阻态，此时是为了输入数据。之后，data开始有相关的数据可以显示输出。根据功能仿真波形图可以看出，每个字符以二进制的形式在输出，以汉字的形式在显示屏上显示。4.1.2 时序仿真分析图4.2 时序仿真波形图分析：由于时序仿真之中包含延时的情况，更加符合实际的情况，所以该波形图中可以看出，大约data的每一位都在高阻态保持一段时间之后开始变化，有信号通过。但是，每一位的高阻态结束时间不一定相等。此外，字符的显示，有一定的延时，延时较小，所以字体显示比较连贯，而且是每个字依次显示。4.1.3 状态机图4.3 状态机示意图4.3 电路下载测试分析电路下载后，按照管脚图，对应接线，结果如下：图4.4 实验结果示意图一图4.5 实验结果示意图二分析：上图是在原程