基于FPGA的LCD驱动程序设计

1、 基于FPGA 的LCD 驱动程序设计王彦, 陈琼, 田丹丹(南华大学电气工程学院, 湖南衡阳421001Driving the LCM by FPGAWAN G Yan , CHEN Qiong , TIAN Dan 2dan(Elect ric Engineering College , N anhua U niversity , Hengyang 421001, China Abstract :Driving LCM by FPG A was investigated 1The main point is to control the pins and sequence of the d

2、riving chip HD447801All the functions are programmed with , and were downloaded into the object chip 2XC2S2005PQ 2208, Spartan It is and can take the place of MCU in driving LCD , and it is als o anti 21K eyw ords :FP G A ; LCM ; ; 摘要:(LCM , 其关键是对驱动芯片HD44780的各引脚和时序进行控制。编程实现并下载到Xilinx 公司的Spartan 系列的X

3、C2S2005PQ -208目标芯片上调试通过, , 完全可以取代传统的利用单片机来驱动液晶显示, 且抗干扰性好, 可靠性高。关键词:FPG A ; 字符型液晶显示模块; HD44780;VHDL中图分类号:TP33213文献标识码:A文章编号:1002-8935(2004 06-0055-04收稿日期:2004-06-15作者简介:王彦(1971- , 男, 南华大学电气工程学院讲师, 硕士, 主要研究方向为单片机与PLD 数字集成电路的开发及应用技术研究。1MDLS 系列字符型液晶显示模块结构在连续测氡系统中采用字符型液晶显示模块(LCM 作为时钟显示,LCM 由字符型液晶显示屏(LCD

4、、控制驱动电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100等组成, 具有以若干个5×7或5×10点阵块组成的一个显示字符群。点阵块为一个字符位, 字符间距和行距都为一个点的宽度; 具有字符发生器ROM , 可显示192种字符(160个5×7点阵字符及32个5×10点阵字符 ; 具有64个字节的自定义字符RAM , 可根据需要自定义8个5×7点阵字符及32个5×10点阵字符; 具有80个字节的RAM 1。图1MDL S 系列字符型液晶显示模块电路框图HD44780是字符型LCM 的控制器, 分为控制部分和驱动部分。控制部分产生其内部工作

5、时钟, 控制着各个功能电路的工作, 管理着字符发生器CGRAM 和CGROM , 显示存储器DDRAM 。其中CGROM 为已固化好的字模库, CGRAM 为可随时定义的字符字模库, 根据用户不同的定义可调出所需要显示的字符。MDL S 系列字符型LCM 电路框图如图1所示, 其中V dd 是+5V 逻辑电源, V o 是液晶驱动电源, V ss 是电源地。D7D0为数据总线, 接收来自外部的数据。RS 为寄存器选择,RS =0时取指令, RS =1时取数据。R/W 为数据操作选择, 显示“1”时是读操作, 显示“0”时为写操作。E 是使能信号, 为“1”时整个系统才开始工作。HD44780有

6、8条指令, 指令格式非常简单, 利用FP 2G A 驱动字符型LCM 主要是对这8条指令进行控制, 表1为其指令表。552004第六期真空电子技术 表1H D44780指令一览表指令名称控制信号RS R/W 控制代码D7D6D5D4D3D2D1D0运行时间(250kHz 清屏00000000011164ms 归home 位00000000131164ms 输入方式设置000000011/D S 40s 显示状态设置0000001D CB40s 光标画面滚动000001S/C R/L 3340s 工作方式设置00011DL N F 3340s CGRAM 地址设置0001A5A4A3A2A1A0

7、40s DDRAM 地址设置001A6A5A4A3A2A1A040s 读BF 和AC 值01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC00s 写数据10数据40s 读数据11数据40s1/D =1:数据读/写操作后,AC 自动增1S/C =1:画面平移一个字符位N =1:两行显示1/D =0:数据读/写操作后,AC 自动减1S/C =0:光标平移一个字符位N =0:一行显示S =1:数据读/写操作, 画面平移R/L =1:右移F =1:5×10点阵S =0:数据读/写操作, 画面不动R/L =0:左移F =0:5×7点阵D :显示开关, “1”开; “0”关DL =1:8

8、位数据接口BF =1:忙C :光标开关, “1”开; “0”关DL =1:4位数据接口=0:B :闪烁开关, “1”开; “0 ”关注:“3”表示任意值, 在实际应用时一般认为是“0”。2总体设计与接口电路系统设计包含G A FP G A ( 、液晶显示器译码模块( (lcd-driver 。是对显示时间的预置, 即液晶显示器显示的内容。lcd-decoder 是把输入的时间译成与之对应的液晶显示器的专用二进制代码。例如:要在液晶显示屏幕上显示数字3, 必须把3译码成”, 才能在显示屏幕上得到所需显示的数据。lcd-driver 驱动液晶显示器模块。FP G A 内部电路原理如图2所示。FP

9、G A 内部电路的工作流程是:首先预置数据, 然后将被预置的数据通过lcd-decoder 译成液晶显示器中所对应的二进制代码, 送入lcd-driver , 由lcd-driver 模块的输出信号直接控制液晶显示器, 输出对应的字符, 这样便达到了现场可编程逻辑器件图2FPG A 内部电路原理图65真空电子技术工艺与应用2004第六期 FP G A 驱动MDL S 字符型液晶显示的目的。3FPG A 控制的lcd -driver 设计FP G A 控制的lcd-driver 内部的三大进程分别是数据预置(loaddata 、分频(divider 和控制进程(control , 其中分频是为了

10、满足使能信号的使能周期的最小时间, 这是由于FP G A 的频率太高, 要满足使能周期的最小时间就必须利用分频来实现。控制过程是利用状态机来完成的2, 状态转换如图3所示, STA TE0 STA TE1STA TE5分别表示功能设置状态(set-dlnf , 清屏状态(clear-lcd , 输入方式设置状态(set-cursor , 限制开关控制状态(set-dcb ,DDRAM 地址设置状态(set-location , 写数据状态(write-data Data “00111100”表示该功能方式设置的是8位数据接口, 两行显示,5310 点阵字符。其它的状态输出和功能查MDL S 字

11、符型LCM指令集可知。由程序知道初始化时, 使能信号(lcden 均为低电平, 然后延迟200s 后使能信号赋高电平“1”, 再延迟200s 使能信号清零, 之后再延迟200s 才转到另一个状态。因此从一个状态转到另一个状态需要延迟600s , 在满足条件的情况下, 各状态按照图3所示的关系转换。相关软件采用V HDL 硬件描述语言编写, 由于篇幅限制, 文中不再赘述。4仿真图形分析一个数据写入的操作时序如图4所示, 它是从FP G A 中把数据写到液晶显示器的时序仿真图。本, 而是采用, , 并达到, 当(RS 寄存器 , 读/写信号, lcden 为下降沿的时候数据被建立。, 从地址的建立

12、、保持和数据的建立、保持, 整个过程所需要的时间至少是355ns , 而该设计中采用延迟, 完成整个过程用了600s 的时间, 因此该设计完全可以达到要求。与MDL S 系列产品时序图相比较, 用FP G A 驱动液晶显示器的数据写入时序图完全可以实现数据的写入功能 。注:为了能在屏幕上清楚的看到数据写入的时序图, 设分频系数为2, 延迟为2。图4FPG A 驱动液晶显示器的数据写入时序图5为控制部分的仿真波形, 仿真结果和预计结果一致。从图中可以清晰地看到, 设定了时间参数之后, 经过一定的延时, 可以得到相应的使能信号、寄存器选择信号和数据写入信号以达到驱动LCM 的目的3。5结束语在连续

13、测氡系统中采用字符型LCM 作为时钟显示, 利用FP G A 控制驱动字符型LCM 行之有效。使用FP G A 控制, 外围电路少, 控制灵活方便, 研发周期短, 抗干扰能力强, 并可达到较高的精度和可靠性, 随着大规模的投入生产, 成本也会降低, 可以完全取代利用单片机驱动液晶显示4。752004第六期真空电子技术 图5控制部分仿真波形参考文献1郭强1液晶显示应用技术M 1北京:电子工业出版社,2003, 第1版.2赵俊超1集成电路设计VHDL 教程M 1北京:北京希望电子出版社,2002, 第1版.3晋建秀, 吴运昌, 甘伟明1动方式J162. 4历:科技出版, .(上接第, 子流密度增大, 吸附在衬底表面的原子基团来不及迁移就沉积在衬底表面; 微波功率的增加也使等离子体中离子能量增大, 能量较高的离子的轰击使薄膜无序度增加, 导致薄膜致密性变差, 薄膜折射率下降。3结论该技术已经成功应用于微电子工业6英寸生产线表面钝化工艺中。微波ECR 2CVD 技术利用电子在微波和磁场中的回旋共振效应, 在真空条件下形成高密度、高活性的等离子体进行气相化学反应, 在低温下形成优质薄膜, 在微细加工领域有着广阔的应用前景, 其广泛而细致的应用研究工作还有待开展。参考文献1李兴1超大规模集成电路技术基础M 1北京:电子工业出版社,1999:145.