基于FPGA的LCD设计报告

12864点阵型液晶显示器的VHDL设计与实现陈曦河南科技大学电子信息工程学院信科063班摘要：介绍LCD12864的组成及工作原理，论述了基于VHDL语言和FPGA芯片的数字系统的设计思想和实现过程。关键词：数字电压表；VHDL语言；FPGAVHDLRealizationofDigitalVoltmeterAbstract:ThecompositionandworkingprincipleofPointLCDdisplaywereintroducedinthispaper,thedesigningideaandimplementationprocessbasedonVHDLandFPGAwerealsodescribed.Keywords:digitalvoltmeter;VHDL;FPGA在硬件电子电路设计领域中，电子设计自动化(EDA)工具已成为主要的设计手段，而VHDL语言则是EDA的关键技术之一，它采用自顶向下的设计方法，即从系统总体要求出发，自上至下地将设计任务分解为不同的功能模块，最后将各功能模块连接形成顶层模块，完成系统硬件的整体设计。本文用FPGA芯片和VHDL语言设计了一个数字电压表，举例说明了利用VHDL语言实现数字系统的过程。1．系统组成及工作原理整个LCD的硬件结构如下图所示。本设计所用的JM12864A是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器、列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示；也可以显示8×4个(16×16点阵)汉字。1．12864点阵型液晶显示器的显示原理12864液晶显示屏共有128×64点阵，即每行显示128点，每列显示64点。此种型号的液晶显示屏以中间间隔平均划分为左屏和右屏分别显示，均为64×64点阵，而且各自都有独立的片选信号控制选择。先显示左屏，左屏全部显示完后才能显示右屏。显示屏上的显示数据由显示数据随机存储器DDRAM提供。DDRAM每字节中的每1个bit，对应显示屏上的1个点。bit值为1，对应点显示，反之不显示。DDRAM与显示屏的对应位置如图1所示。每半屏显示数据共有512字节的DDRAM，分为8个数据页来管理，这些页对应显示屏从上到下编号为0－7页，每页64字节，涵盖半边显示屏的64行×64列×8bit点阵数据。向显示屏写数据实际上是向DDRAM中写数据，DDRAM不同页和不同列中的字节数据唯一对应显示屏一行的8个显示点。工作时，LCD显示电路实现分行显示“河南科技大学”、“电信科×级×班”、“姓名1和姓名2”及实际测量电压值。2．FPGA功能模块的设计12864点阵型液晶显示器的各个模块都是用VHDL语言编程实现的。本设计所用的JM12864A是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器、列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示；也可以显示8×4个(16×16点阵)汉字。1．12864点阵型液晶显示器的显示原理12864液晶显示屏共有128×64点阵，即每行显示128点，每列显示64点。此种型号的液晶显示屏以中间间隔平均划分为左屏和右屏分别显示，均为64×64点阵，而且各自都有独立的片选信号控制选择。先显示左屏，左屏全部显示完后才能显示右屏。显示屏上的显示数据由显示数据随机存储器DDRAM提供。DDRAM每字节中的每1个bit，对应显示屏上的1个点。bit值为1，对应点显示，反之不显示。DDRAM与显示屏的对应位置如图1所示。每半屏显示数据共有512字节的DDRAM，分为8个数据页来管理，这些页对应显示屏从上到下编号为0－7页，每页64字节，涵盖半边显示屏的64行×64列×8bit点阵数据。向显示屏写数据实际上是向DDRAM中写数据，DDRAM不同页和不同列中的字节数据唯一对应显示屏一行的8个显示点。例如，向DDRAM第0页的第0列写入数据00010100B，则显示屏左上角第0列的8个显示点只有从上往下的第3和5点显示。不同页和不同列DDRAM的寻址，通过左半屏和右半屏各自的页地址计数器和列地址计数器实现，因此对显示屏DDRAM写显示数据前，需要先设置页地址和列地址。图112864液晶显示屏与内部RAM的对应关系2．12864液晶显示器的内部结构及外部引脚1）12864液晶显示器的内部结构IC1控制模块的左半屏，IC2控制模块的右半屏。IC3为行驱动器。IC1，IC2为列驱动器。IC1，IC2，IC3含有如下主要功能器件。了解如下器件有利于对LCD模块的编程。a)指令寄存器(IR)IR是用来寄存指令码，与数据寄存器寄存数据相对应.当D/I=1时，在E信号下降沿的作用下，指令码写入IR。.b)数据寄存器(DR)DR是用来寄存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应.当D/I=1时，在E信号的下降沿作用下，图形显示数据写入DR，或在E信号高电平作用下由DR读到DB7~DB0数据总线.DR和DDRAM之间的数据传输是模块内部自动执行的。c)状态寄存器有效数据位3位，用于记录“忙”信号标志位（BF），复位标志位（RST）以及开/关显示状态位（ON/OFF）。d)XY地址计数器XY地址计数器是一个9位计数器。高三位是X地址计数器，低6位为Y地址计数器，XY地址计数器实际上是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页指针，Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。X地址计数器是没有记数功能的，只能用指令设置。Y地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，Y地址自动加1，Y地址指针从0到63。e)显示数据RAM(DDRAM)DDRAM是存贮图形显示数据的。DDRAM与地址和显示位置的关系见图1。f)Z地址计数器Z地址计数器是一个6位计数器，此计数器具备循环记数功能，它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完成，此地址计数器自动加1，指向