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1、摘 要摘 要本課題主要任務(wù)是設(shè)計(jì)基于FPGA的LCD控制器,兼顧好程序的易用性,以方便之后模塊的移植和應(yīng)用。本課題的設(shè)計(jì)采用了帶ST7920驅(qū)動(dòng)的12864-12液晶模塊,并使用Altera公司的cycloneII系列的EP1C12Q240C8來(lái)作為核心的控制器。控制器部分采用Verilog語(yǔ)言編寫(xiě)。該控制器分為字符顯示模塊和圖片顯示模塊兩個(gè)主要部分。在字符的顯示功能上采用顯示控制模塊與字符調(diào)用RAM相結(jié)合的方式,使使用者能方便地調(diào)用液晶自帶的字庫(kù)來(lái)顯示字符。關(guān)鍵詞:Verilog,LCD,F(xiàn)PGAI第1章 引言ABSTRACTIn this project, the main object
2、is to design a LCD controller based on FPGA, and at the same time emphasize on the convenience for the later application and migration. In this project, I used 12864-12 LCD module with the ST7920 driver. For the controller part, I chose the Cyclone II serial FPGA, the EP1C12Q240C8, which developed b
3、y the Altera Cooperation. The program of the controller is written by Verilog language. In this LCD controller, there are two major parts, which are the character display module and the picture display module.Key Words: Verilog,LCD,F(xiàn)PGA目錄第1章 引言11.1 選題意義與背景11.2 LCD的控制,應(yīng)用和市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀2第2章 現(xiàn)代LCD技術(shù)42.1 現(xiàn)代LCD
4、技術(shù)簡(jiǎn)介42.2 STN-LCD技術(shù)的顯示原理52.3動(dòng)態(tài)STN-LCD驅(qū)動(dòng)方法6第3章 現(xiàn)代FPGA技術(shù)83.1 FPGA的發(fā)展歷程83.2 FPGA的基本原理93.3 FPGA的設(shè)計(jì)方法103.4 Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言11第4章 LCD工作原理124.1 12864 介紹124.2 12864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳144.3 12864液晶顯示器的編程指令17第5章 軟件設(shè)計(jì)205.1模塊的整體布局205.2單個(gè)模塊功能介紹215.3 程序仿真及運(yùn)行結(jié)果22參考文獻(xiàn)24附 錄25附錄一:控制模塊代碼25附錄二:初始化模塊代碼26附錄三:圖像顯示模塊代碼28附錄四: S
5、PI模塊代碼33附錄五:頂層模塊代碼35致謝37外文資料原文38譯文40第1章 引言1.1 選題意義與背景液晶,是一種在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)既不同于固態(tài)、液態(tài),又不同于氣態(tài)的特殊物質(zhì)態(tài),它既具有各向異性的晶體所特有的雙折射性,又具有液體的流動(dòng)性。一般可分熱致液晶和溶致液晶兩類(lèi)。在顯示應(yīng)用領(lǐng)域,使用的是熱致液晶,超出一定溫度范圍,熱致液晶就不再呈現(xiàn)液晶態(tài),溫度低了,出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象,溫度升高了,就變成液體;液晶顯示器件所標(biāo)注的存儲(chǔ)溫度指的就是呈現(xiàn)液晶態(tài)的溫度范圍。液晶由于它的各向異性而具有的電光效應(yīng),尤其扭曲向列效應(yīng)和超扭曲效應(yīng),所以能制成不同類(lèi)型的顯示器件(Liquid Crystal Displa
6、y 簡(jiǎn)稱(chēng)LCD)。在平板顯示器件領(lǐng)域,目前應(yīng)用較廣泛的有液晶(LCD)、電致發(fā)光顯示(EL)、等離子體(PDP)、發(fā)光二極管(LED)、低壓熒光顯示器件(VFD)等。 液晶顯示器件有以下一些特點(diǎn) 低壓微功耗,平板型結(jié)構(gòu),被動(dòng)顯示型(無(wú)眩光,不刺激人眼,不會(huì)引起眼睛疲勞),顯示信息量大(因?yàn)橄袼乜梢宰龅煤苄。?,易于彩色化(在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)),無(wú)電磁輻射(對(duì)人體安全,利于信息保密),長(zhǎng)壽命(這種器件幾乎沒(méi)有什么劣化問(wèn)題,因此壽命極長(zhǎng),但是液晶背光壽命有限,不過(guò)背光部分可以更換)。之前,一般流行采用單片機(jī)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)LCD。采用單片機(jī)控制LCD的顯示在設(shè)計(jì)上相對(duì)比較簡(jiǎn)單。可以通過(guò)KEIL等軟
7、件的編寫(xiě)方便地控制LCD的圖形以及字符的現(xiàn)實(shí)。但是由于單片機(jī)的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)。決定了在現(xiàn)實(shí)圖片或者字符的同時(shí),單片機(jī)本身無(wú)法處理其他數(shù)據(jù)或者執(zhí)行其他的運(yùn)算命令。這在某種程度上大大地降低了工作的效率。而采用FPGA來(lái)控制LCD則不存在這個(gè)問(wèn)題。但是由于FPGA不像單片機(jī),可以直接使用控制語(yǔ)句來(lái)方便地控制LCD。因此需要編寫(xiě)大量的代碼來(lái)控制LCD。因?yàn)檫@個(gè)原因,采用FPGA的設(shè)計(jì)一般都會(huì)再一次通過(guò)單片機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)LCD的顯示。本課題主要任務(wù)是設(shè)計(jì)基于FPGA的LCD控制器,兼顧好程序的易用性,以方便之后模塊的移植和應(yīng)用。最后在FPGA上的任意位置顯示任意的16*16D的中文字符以及16*8的英文字符,另
8、外要能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的變化同步變化LCD上顯示的內(nèi)容。同時(shí)要能將儲(chǔ)存模塊中的圖片數(shù)據(jù)正常地顯示在LCD上。該課題的研究將有助于采用FPGA的系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),特別是需要用到LCD得采用FPGA的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。同時(shí)可以大大縮短FPGA的開(kāi)發(fā)時(shí)間。另外,由于模塊的1電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文易用性,也將使得更多的采用FPGA的產(chǎn)品之上出現(xiàn)LCD,增加人機(jī)之間的交互性,為行業(yè)和我們的生活帶來(lái)新的變化。1.2 LCD的控制,應(yīng)用和市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀在技術(shù)方面,因集成式的控制芯片具有包括了縮小了IC的體積、低功率消耗、降低封裝的成本、節(jié)省電路板的數(shù)量及體積等優(yōu)點(diǎn),并使材料成本及LCD后段組裝成本得以降低
9、,因此許多廠(chǎng)商紛紛朝向高集成度控制芯片發(fā)展,并積極開(kāi)發(fā)視訊應(yīng)用的控制芯片。而最新趨勢(shì)Smart Panel,在制程上則有簡(jiǎn)化流程、減少材料成本等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)資料顯示,Smart Panel可降低約10%15%的成本,這也是國(guó)外一些大廠(chǎng)所鐘愛(ài)的方式。 為降低控制IC 成本,眾多IC廠(chǎng)商紛紛推出集成式的單芯片控制IC。美國(guó)的Genesis最早推出集成式IC,將ADC、Scaler、OSD (內(nèi)置菜單)與PLL(鎖相環(huán))為一顆單芯片控制IC。接著更進(jìn)一步集成入DVI 組件,形成LCD 雙??刂艻C。其組件集成數(shù)量持續(xù)增多,并漸漸添加Video 的功能。當(dāng)前Genesis 最高集成度的產(chǎn)品,集成入的
10、組件已經(jīng)包括ADC、Scaler、PLL、OSD、TCON 與DVI,僅剩Video 的功能以及SDRAM 的組件尚未集成。 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,液晶顯示器廠(chǎng)商的成本壓力越來(lái)越大,必須采用更簡(jiǎn)單的線(xiàn)路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)液晶顯示器的功能,以期降低成本,才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。 LCD控制IC必將向高集成度方向發(fā)展,以滿(mǎn)足市場(chǎng)需要。而在LCD的應(yīng)用以及市場(chǎng)方面,雖然手機(jī)仍然是中小尺寸液晶顯示屏(LCD)的最主要應(yīng)用設(shè)備,但便攜導(dǎo)航設(shè)備(PND)、數(shù)碼相框和MP3/便攜媒體播放器(PMP)等新型設(shè)備,正在該市場(chǎng)的銷(xiāo)售額中占有越來(lái)越大的份額。由于這些產(chǎn)品所使用的顯示屏大于手機(jī)所用的顯示屏,因此在供應(yīng)商的工
11、廠(chǎng)中同樣需要更多的面板,這對(duì)于LCD面板生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)是個(gè)絕好的機(jī)會(huì)。各種中小尺寸LCD的產(chǎn)能擴(kuò)張和價(jià)格下降,促進(jìn)了其應(yīng)用領(lǐng)域的多元化。這又進(jìn)一步刺激了需求,并吸引許多其它產(chǎn)品來(lái)采用中小型LCD,如白色家電和零售標(biāo)牌。大多數(shù)行業(yè)內(nèi)的公司認(rèn)為,為了利用手機(jī)市場(chǎng)和新興產(chǎn)品,中小尺寸顯示屏供應(yīng)商必須相應(yīng)地平衡和調(diào)整策略,否則就可能錯(cuò)失整個(gè)市場(chǎng)。導(dǎo)航設(shè)備PND的主要功能是顯示GPS信息,因此能否顯示詳細(xì)并準(zhǔn)確地圖影像非常關(guān)鍵。這使得許多PND制造商把目光轉(zhuǎn)向了更加精確的小型LCD。2這方面出現(xiàn)的需求促使iSuppli公司把2011年P(guān)ND顯示屏市場(chǎng)的出貨量預(yù)測(cè)提高到了6,050萬(wàn)部。2006年的出貨量為1
12、,080萬(wàn)部,2006-2011年出貨量的年復(fù)合增長(zhǎng)率是41.3%。iSuppli以前預(yù)測(cè)2011年出貨量是5,400萬(wàn)部。盡管中小尺寸LCD價(jià)格下降,但2011年P(guān)ND顯示屏的營(yíng)業(yè)額將從2006年的3.24億美元上升到7.76億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為19.1%。2007年一年,PND顯示屏銷(xiāo)售額將比2006年的3.24億美元增長(zhǎng)近一倍,達(dá)到6.35億美元。媒體播放器但PND不是推動(dòng)中小尺寸顯示屏市場(chǎng)繁榮的唯一消費(fèi)電子產(chǎn)品。MP3/PMP目前是使此類(lèi)顯示屏出貨量增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。 iSuppli公司預(yù)測(cè),2011年底MP3/PMP單位出貨量將達(dá)到2.05億,而2007年預(yù)計(jì)為1.63億。這相當(dāng)
13、于2011年顯示屏銷(xiāo)售額將達(dá)到16億美元,略低于2007年的17億美元,這主要是因?yàn)橹行⌒蚅CD價(jià)格隨著產(chǎn)能擴(kuò)張和制造工藝改進(jìn)而不斷下降。推動(dòng)顯示屏單位出貨量增長(zhǎng)的因素包括:消費(fèi)電子公司蘋(píng)果和它的iPod產(chǎn)品線(xiàn),以及距蘋(píng)果最近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手緊追不舍,從而推動(dòng)MP3/PMP市場(chǎng)整體增長(zhǎng)。MP3音樂(lè)播放器變身進(jìn)入了PMP領(lǐng)域。有源矩陣LCD供應(yīng)商正在緊盯這個(gè)市場(chǎng),以防止AMOLED供應(yīng)商染指。因?yàn)镻MP是消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一,而且隨著更多的產(chǎn)品涌現(xiàn),將需要更多的LCD來(lái)滿(mǎn)足需求。數(shù)碼相框和便攜DVD播放器等其它應(yīng)用每年需要的顯示屏越來(lái)越多。這些應(yīng)用需要較大的顯示屏(約7.0英寸),因此它們
14、的需求增長(zhǎng)可能對(duì)產(chǎn)能分配和供需平衡造成較大的影響4電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第2章 現(xiàn)代LCD技術(shù)2.1 現(xiàn)代LCD技術(shù)簡(jiǎn)介液晶(Liquid Crystal Display)簡(jiǎn)稱(chēng)LCD是這樣一種有機(jī)化合物,在常溫條件下,呈現(xiàn)出既有液體的流動(dòng)性,又有晶體的光學(xué)各向異性,因而稱(chēng)為“液晶”。在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力等外部條件的影響下,其分子容易發(fā)生再排列,使液晶的各種光學(xué)性質(zhì)隨之發(fā)生變化,液晶這種各向異性及其分子排列易受外加電場(chǎng)、磁場(chǎng)的控制。正是利用這一液晶的物理基礎(chǔ)即液晶的“電光效應(yīng)”,實(shí)現(xiàn)光被電信號(hào)調(diào)制,從而制成液晶顯示器件。在不同電流、電場(chǎng)作用下,液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)90度排列,產(chǎn)
15、生透光度的差別,如此在電源開(kāi)關(guān)下產(chǎn)生明暗的區(qū)別,依此原理控制每個(gè)像素,便可構(gòu)成所需圖像。在七十年代初液晶開(kāi)始作為一種顯示媒體使用以來(lái),液晶的應(yīng)用范圍被逐漸拓寬,到目前已涉及游戲機(jī),手機(jī)/電話(huà)機(jī),電視,筆記本電腦/掌上電腦,DC/DV以及液晶顯示器等領(lǐng)域。在1984年,歐美提出了STN-LCD,而同時(shí)TFT-LCD技術(shù)也被提出,但仍不成熟,在80年代末,日本掌握了STN-LCD的生產(chǎn)技術(shù),在93年,日本又掌握了TFT-LCD生產(chǎn)技術(shù),液晶顯示器開(kāi)始向廉價(jià)低成本的方向發(fā)展,隨后DSTN-LCD誕生;另一方面向高端的薄膜式晶體管TFT-LCD發(fā)展,97年,日本建成了一大批大基板尺寸的第三代TFT-L
16、CD生產(chǎn)線(xiàn)。在此期間,韓國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣開(kāi)始介入液晶顯示器生產(chǎn)領(lǐng)域,我國(guó)內(nèi)地企業(yè)也引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn),生產(chǎn)TN-LCD,東亞地區(qū)逐漸發(fā)展成為世界液晶顯示器的主要生產(chǎn)地,第三代半及第四代TFT-LCD生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)始建立,日本,韓國(guó)和中國(guó)(含臺(tái)灣省)在液晶顯示器生產(chǎn)及技術(shù)上開(kāi)始走在世界最前列。 大家知道,液晶是一種具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物,它即不是固體也不是液體,它是介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì),把它加熱時(shí)它會(huì)呈現(xiàn)透明的液體狀態(tài),把它冷卻時(shí)它則會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。液晶按照分子結(jié)構(gòu)排列的不同分為三種:粘土狀的Smectic液晶,細(xì)柱形的Nematic液晶和軟膠膽固醇狀的Cholestic液晶。這三種液晶
17、的物理特性各不相同,而第二類(lèi)的細(xì)柱形的Nematic液晶最適于用來(lái)制造液晶顯示器。大家從上面就可看出TN、STN、DSTN三種液晶都屬于無(wú)源矩陣LCD,它們的原理基本相同,不同之處只是各個(gè)液晶分子的扭曲角度略有差異而已,其中4第2章 現(xiàn)代化LCD技術(shù)以其有很大的應(yīng)用局限性,但這些早期的反射型單色或彩色沒(méi)有背光設(shè)計(jì)的LCD可以做得更薄、更輕和更省電,如果能在技術(shù)上對(duì)其進(jìn)行革新這些東東對(duì)于掌上型電腦和游戲機(jī)來(lái)說(shuō)還是非常有用的。而STN超扭曲向列型無(wú)源矩陣LCD則是我們今天小型液晶顯示器上應(yīng)用的主流,它具有屏幕反應(yīng)速度快,對(duì)比度好,亮度高,可視角度大等優(yōu)點(diǎn)。最早的液晶顯示器TN它由玻璃板,偏光器,I
18、TO膜,配向膜組成兩個(gè)夾層等組成,它是所有液晶顯示器技術(shù)原理的鼻祖。而TFT液晶顯示器同TN系列液晶顯示器一樣由玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等部分組成,它也同樣采用兩夾層間填充液晶分子的設(shè)計(jì),只不過(guò)把TN上部夾層的電極改為FET晶體管,而下層改為共同電極。2.2 STN-LCD技術(shù)的顯示原理傳統(tǒng)的TNI CD(扭曲向列液晶顯示器件)具有電光響應(yīng)速度緩慢,閾值特性很不明顯的弱點(diǎn),這給多路驅(qū)動(dòng)造成了困難,使其在大信息量的視頻顯示上受到了限制。通過(guò)將TNLCD液晶分子的扭曲角度由90。加大到180。至360。之問(wèn)就可以制成STNI CD(超扭曲向列液晶顯示器件)。STN I CD 大大提高了顯
19、示特性,目前幾乎所有的點(diǎn)陣圖形和大部分點(diǎn)陣字符LCD均已采用了STN 模式,STNI CD技術(shù)在液晶產(chǎn)業(yè)中已處于逐漸成熟和完善的階段。將涂有透明導(dǎo)電層的玻璃上光刻形成特定的透明電極,在兩片這種玻璃授板問(wèn)夾上一層STNI CD 材料,四周密封,形成一個(gè)厚度僅為微米量級(jí)的扁平液晶盒。由于玻璃內(nèi)表面涂有定向?qū)幽げ⑦M(jìn)行了定向處理,盒內(nèi)液晶分子沿玻璃表面平行排列,如果兩片玻璃內(nèi)表面定向?qū)犹幚淼姆较虺室欢ǖ膴A角,則液晶分子在這兩片玻璃之間以角度扭曲由于STN-LCD 液晶分子在盒中的扭曲螺旋距比可見(jiàn)光波長(zhǎng)大得多,所以當(dāng)垂直于玻璃表面一側(cè)的直線(xiàn)偏振光入射后,其偏光方向在通過(guò)整個(gè)赦晶層后會(huì)被扭曲角度另一側(cè)射出
20、,因此此液晶盒具有在成角度偏振片間透光的作用和功能。如果在液晶盒上施加一個(gè)電壓并達(dá)到一定值后,液晶分子長(zhǎng)軸將開(kāi)始沿電場(chǎng)方向傾斜,當(dāng)電壓達(dá)到2倍閾值電壓后,除電極表面的分子外,所有的赦晶盒內(nèi)兩電極之間的液晶分子都變成沿電場(chǎng)方向的再排列,這時(shí)角度旋光功能消失,在成角度的偏光片之間失去了旋光作用使器件不能再透光。因此,將STN LCD放在成角度的偏振片之間就可以用給液晶盒通電的辦法使光改變其透過(guò)和遮住狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)顯示的功能。5電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文液晶屏幕的驅(qū)動(dòng)方式 :?jiǎn)渭兙仃囼?qū)動(dòng)方式是由垂直與水平方向的電極所構(gòu)成,選擇要驅(qū)動(dòng)的部份由水平方 向電壓來(lái)控制,垂直方向的電極則負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)液晶分
21、子。 在TN與STN型的液晶顯示器中,所使用單純驅(qū)動(dòng)電極的方式,都是采用X、Y軸的交叉方式來(lái)驅(qū)動(dòng),如下圖所示,因此如果顯示部份越做越大的話(huà),那么中心部份的電極反應(yīng)時(shí)間可能就會(huì)比較久。而為了讓屏幕顯示一致,整體速度上就會(huì)變慢。講的簡(jiǎn)單一點(diǎn),就好象是CRT顯示器的屏幕更新頻率不夠快,那是使用者就會(huì)感到屏幕閃爍、跳動(dòng);或著是當(dāng)需要快速3D動(dòng)畫(huà)顯示時(shí),但顯示器的顯示速度卻無(wú)法跟上,顯示出來(lái)的要果可能就會(huì)有延遲的現(xiàn)象。2.3動(dòng)態(tài)STN-LCD驅(qū)動(dòng)方法STNLCD 的顯示效果是由于在顯示像素上施加了電場(chǎng)的緣故,而這個(gè)電場(chǎng)是由顯示像素前后兩個(gè)電極上的電壓信號(hào)差所產(chǎn)生的。在顯示像素上建立直流電場(chǎng)并不困難,但直
22、流電場(chǎng)將導(dǎo)致液晶材料的化學(xué)反應(yīng)和電極老化。從而迅速降低液晶材料的壽命,因此必須建立交流電場(chǎng),并要求這個(gè)電場(chǎng)中的直流分量盡可能小,通常要求小于50 mV。因此STNLCD必須采用交流驅(qū)動(dòng)。STNLCD顯示驅(qū)動(dòng)方法有很多種,常用的有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。當(dāng)STNLCD顯示像素眾多時(shí),若使用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法將會(huì)產(chǎn)生眾多的引腳以及龐大的驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)起來(lái)有困難,因此常用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法中STN LCD 電極的制作和排布為矩陣型結(jié)構(gòu),即把水平一組顯示像素的電極連接在一起引出 稱(chēng)之為行電極,用COM 符號(hào)表示,把縱向一組顯示像素的電極連在一起引出,稱(chēng)之為列電極,用符號(hào)SEG 表示。每個(gè)STN-LCD顯示
23、像素都由其所有行和列的位置唯一確定。上圖為N 行、M 列STN-LCD電極連接示意圖,顯示圖形為字符“R”。點(diǎn)陣型STN-L CD 和字符型STN-LCD 的電極連接略有不同,但它們均可以由上圖來(lái)表示。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法就是采用逐行、循環(huán)地給行電極施加選擇脈沖,同時(shí)所有的列電極給出該行像素對(duì)應(yīng)的選擇或非選擇脈沖從而實(shí)現(xiàn)一行所有顯示像素的驅(qū)動(dòng),循環(huán)一次稱(chēng)為一幀。這種掃描是逐行順序進(jìn)行的,循環(huán)周期很短,使得STN-LCD顯示屏上呈現(xiàn)穩(wěn)定的圖象效果。一幀中每一行的選擇時(shí)間是相等的,若一幀的掃描行數(shù)是N,則一行所占用的掃描時(shí)間為一幀的1N,該值稱(chēng)為占空比系數(shù)。在特定電壓下,掃描行數(shù)的增加將使占空比下降,從而引
24、起液晶像素上交變電場(chǎng)有效值的下降,降低了顯示6第2章 現(xiàn)代化LCD技術(shù)質(zhì)量,因此隨著顯示像素的增多就需要適度地提高電場(chǎng)電壓的有效值來(lái)保證顯示質(zhì)量。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式下,某一液晶像素呈顯示效果是由施加在行電極上的選擇電壓與施加在列電極上的選擇電壓的臺(tái)成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與該像素不在同一行及同一列上的像素都處于非選擇狀態(tài)下,而與該像素在同一行或同一列的像素均有選擇電壓加入,稱(chēng)為半選擇點(diǎn)。當(dāng)半選擇點(diǎn)的電壓接近液晶的闊值電壓時(shí)屏上將出現(xiàn)不應(yīng)該有的半顯示現(xiàn)象,這會(huì)使得對(duì)比度下降,這種現(xiàn)象叫做“交叉效應(yīng)”,在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法中可采用偏壓技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。平均電壓法是解決“交叉效應(yīng)”的有效辦法,其原理是把半選擇點(diǎn)和非選擇點(diǎn)上
25、的電壓平均化。若顯示點(diǎn)電壓為VLCD,則半選擇點(diǎn)和非選擇點(diǎn)電壓為VLCD/,其中為整數(shù)稱(chēng)為偏壓比。平均電壓法適度提高非選擇點(diǎn)上的電壓來(lái)抵消半選擇點(diǎn)上的電壓,從而擴(kuò)大選擇點(diǎn)和半選擇點(diǎn)的電壓之間的差距,提高顯示對(duì)比度,又使非選擇和半選擇點(diǎn)的顯示更均勻一致。對(duì)比度是衡量液晶顯示質(zhì)量的重要標(biāo)志。只要驅(qū)動(dòng)電壓的有效值足夠大液晶就可以實(shí)現(xiàn)顯示,且選通時(shí)的透過(guò)率與有效值成正比,而對(duì)比度是透過(guò)率之比,所以只要確定了選通電壓有效值與非選通電壓有效值之比就能預(yù)測(cè)出顯示對(duì)比度的好壞。7第3章 現(xiàn)代FPGA中Verilog技術(shù)第3章 現(xiàn)代FPGA技術(shù)3.1 FPGA的發(fā)展歷程作為一種可編程邏輯器件,現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的
26、出現(xiàn)是可編程邏輯器件發(fā)展變化的必然,它的出現(xiàn)推動(dòng)著可編程邏輯器件的進(jìn)一步發(fā)展。因此說(shuō),了解了可編程邏輯器件的的發(fā)展歷程,也就了解了FPGA的發(fā)展歷程??删幊踢壿嬈骷?FPGA)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型期間。它的應(yīng)用不僅簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì),降低了成本,提高了系統(tǒng)的可靠性,而且給數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式帶來(lái)了革命性的變化??删幊踢壿嬈骷陌l(fā)展是以微電子創(chuàng)作技術(shù)的不斷進(jìn)步為基礎(chǔ)的,其結(jié)構(gòu)和工藝的變化經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展變革的過(guò)程。20世紀(jì)70年代,早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存儲(chǔ)器,紫外線(xiàn)可擦除制度儲(chǔ)存器和電可擦除只讀儲(chǔ)存器3種。隨后,出現(xiàn)了一類(lèi)結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜的可編程芯片,即可編程邏輯陣列(PL
27、A)。PLA在結(jié)構(gòu)上由一個(gè)可編程的與陣列和可編程的或陣列構(gòu)成,陣列規(guī)模小,編程過(guò)程復(fù)雜繁瑣。PLA既有現(xiàn)場(chǎng)可編程的,也有掩膜可編程的。在這之后出現(xiàn)了可編程陣列邏輯(PAL)器件,它由一個(gè)可編程的“與”平面和一個(gè)固定的“或”平面構(gòu)成,是現(xiàn)場(chǎng)可編程的。它的實(shí)現(xiàn)工藝由反熔絲技術(shù)、EPROM技術(shù)和EEPROM技術(shù)3種。在PLA的基礎(chǔ)上,又發(fā)展除了一種通用陣列邏輯(GAL),如GAL16V8、GAL22V10等。它采用了輸出邏輯宏單元結(jié)構(gòu)和EEPROM工藝,實(shí)現(xiàn)了電可擦除、電可改寫(xiě),由于其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯宏單元,因而其設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的靈活性,至今仍有許多應(yīng)用。這些早期的PLD器件的一個(gè)共同特點(diǎn)是可以
28、實(shí)現(xiàn)速度特性較好的邏輯功能,但由于其結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單,因此,只能用于實(shí)現(xiàn)較小規(guī)模的電路設(shè)計(jì)為了彌補(bǔ)這一缺陷,20世紀(jì)80年代中期,著名的可編輯邏輯器件廠(chǎng)商Altera和Xilinx分別推出了擴(kuò)展型的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)和類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)門(mén)陣列的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)。CPLD和FPGA的功能基本相同,只是芯片的內(nèi)部原理和結(jié)構(gòu)有些差別。這兩種器件兼容了PAL和GAL器件的優(yōu)點(diǎn),具有體系結(jié)構(gòu)靈活、邏輯資源豐富、集成度高以及適用范圍廣等特點(diǎn),可用于實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì),編程也很靈活,所以,被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)和小批量生產(chǎn)之中。幾乎所有使用PAL、GAL和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場(chǎng)合均
29、可應(yīng)用CPLD和FPGA器件。9第3章 現(xiàn)代FPGA技術(shù)如今,F(xiàn)PGA器件已成為當(dāng)前主流的可編輯邏輯器件之一。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展,可編輯邏輯器件已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,資源更加豐富,使用越來(lái)越方便。將來(lái)的可編程邏輯器件,密度會(huì)更高、速度會(huì)更快、功耗會(huì)更低,同時(shí)還會(huì)增加更多新的功能,向著集成了可編程邏輯、CPU、儲(chǔ)存期等組件的可編程單片系統(tǒng)(SOPC)方向發(fā)展。3.2 FPGA的基本原理基于乘積項(xiàng)的PLD內(nèi)部結(jié)構(gòu):宏單元(Marocell)、可編程連線(xiàn)(PIA)和I/O控制塊。宏單元是PLD的基本結(jié)構(gòu),由它來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的邏輯功能,可編程連線(xiàn)負(fù)責(zé)信號(hào)傳遞,連接所有的宏單元,I/O控制塊負(fù)責(zé)輸入輸出的電
30、氣特性控制,圖中左上的INPUT/GCLK,INPUT/GCLKRn,INPUT/OE1,INPUT/OE2是全局時(shí)鐘,清零和輸出使能信號(hào),這幾個(gè)信號(hào)有專(zhuān)用連線(xiàn)與PLD中每個(gè)宏單元相連,信號(hào)到每個(gè)宏單元的延時(shí)時(shí)間相同并且延時(shí)最短。圖3-1 宏單元結(jié)構(gòu)圖圖左側(cè)是乘積項(xiàng)陣列,實(shí)際就是一個(gè)與或陣列,每一個(gè)交叉點(diǎn)都是一個(gè)可編程熔絲,如果導(dǎo)通就是實(shí)現(xiàn)“與”邏輯。后面的乘積項(xiàng)選擇矩陣式一個(gè)“或”陣列。兩者一起完成組合邏輯。乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)PLD的邏輯實(shí)現(xiàn)原理:假設(shè)組合邏輯的輸出為f,則f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D+B*C*!D(我們以!D表示D的“非”)PLD將以下面的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯f:9圖3
31、-2 組合邏輯電路圖圖3-3 乘積項(xiàng)實(shí)現(xiàn)方式A,B,C,D由PLD芯片的管腳輸入后進(jìn)入可編程連線(xiàn)陣列(PIA),在內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生A,A反,B,B反,C,C反,D,D反8個(gè)輸出,圖中每個(gè)叉表示相連(可編程熔絲導(dǎo)通)。3.3 FPGA的設(shè)計(jì)方法FPGA的常用設(shè)計(jì)方法包括“自頂向下”和“自下而上”。目前大規(guī)模FPGA設(shè)計(jì)一般選擇“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法。所謂“自頂向下”設(shè)計(jì)方法,簡(jiǎn)單地說(shuō),就是采用可完全獨(dú)立于芯片廠(chǎng)商及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的描述語(yǔ)言,在功能級(jí)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行定義,并結(jié)合功能仿真技術(shù),以確保設(shè)計(jì)的正確性,在功能定義完成后,利用邏輯綜合技術(shù),把功能描述轉(zhuǎn)換成某一具體結(jié)構(gòu)芯片的網(wǎng)表文件,輸出給廠(chǎng)商的布局布線(xiàn)
32、器進(jìn)行布局布線(xiàn)。布局布線(xiàn)結(jié)果還可反標(biāo)回同一仿真器,進(jìn)行包括功能和時(shí)序的后驗(yàn)證,以保證布局布線(xiàn)所帶來(lái)的門(mén)延時(shí)和線(xiàn)延時(shí)不會(huì)影響設(shè)計(jì)的性能?!白皂斚蛳隆痹O(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的。首先,由于功能描述可以完全獨(dú)立于芯片結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)的最初階段,設(shè)計(jì)師可不受芯片結(jié)構(gòu)的約束,集中精力進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),進(jìn)而避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法所帶來(lái)的重新再設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn),大大縮短第3章 現(xiàn)代FPGA技術(shù)了設(shè)計(jì)周期。其次,設(shè)計(jì)的再利用得到保證。目前的電子產(chǎn)品正向模塊化方向發(fā)展。所謂模塊化就是對(duì)以往設(shè)計(jì)成果進(jìn)行修改、組合和再利用,產(chǎn)生全新的或派生設(shè)計(jì)。而“自頂向下”設(shè)計(jì)方法的功能描述可與芯片結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。因此,可以以一種IP(Intellig
33、ence Property 知識(shí)產(chǎn)權(quán))的方式進(jìn)行存檔,以便將來(lái)重新利用。第三,設(shè)計(jì)規(guī)模大大提高。簡(jiǎn)單的語(yǔ)言描述即可完成復(fù)雜的功能,而不需要手工繪圖。第四,芯片選擇更加靈活。設(shè)計(jì)師可在較短的時(shí)間內(nèi)采用各種結(jié)構(gòu)芯片來(lái)完成同一功能描述,從而在設(shè)計(jì)規(guī)模、速度、芯片價(jià)格及系統(tǒng)性能要求等方面進(jìn)行平衡,選擇最佳結(jié)果。目前最為常用的功能描述方法是采用均已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的兩種硬件描述語(yǔ)言VHDL和Verilog HDL。3.4 Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言Verilog語(yǔ)言是1983年由GDA(Gateway Design Automation)公司的Phil Moorby首創(chuàng)的,之后Moorby又設(shè)計(jì)了V
34、erilog-XL仿真器,Verilog-XL仿真器大獲成功,也使得Verilog語(yǔ)言得到推廣使用。1989年,Cadence公司收購(gòu)了GDA,1990年,Cadence公開(kāi)發(fā)布了Verilog HDL,并成立了額OVI(Open Verilog International)組織專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)Verilog HDL的發(fā)展。由于Verilog語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔、高效、易用、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn),因此逐漸為眾多設(shè)計(jì)者接受和喜愛(ài)。Verilog 于1995年成為IEEE標(biāo)準(zhǔn),稱(chēng)為IEEE 1364-1995(Verilog-1995),后來(lái)IEEE 1364-2001(Verilog-2001)也獲得了通過(guò),目前多數(shù)
35、的Verilog綜合器、仿真器等都已經(jīng)支持Verilog-2001標(biāo)準(zhǔn),如Quartus 、Synplify Pro等。Verilog-2001對(duì)Verilog語(yǔ)言做了很多擴(kuò)充和增強(qiáng),在可配置的IP模型、系統(tǒng)任務(wù)和系統(tǒng)函數(shù)、深亞微米結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)管理方面增加了更多的支持。另外,增加和修改了一些語(yǔ)法結(jié)構(gòu)使其更加好用。Verilog是在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。從語(yǔ)法結(jié)構(gòu)上看,Verilog繼承和借鑒了C語(yǔ)言的很多語(yǔ)法結(jié)構(gòu),兩者有許多相似之處。Verilog語(yǔ)言具有下述一些特點(diǎn):1既能進(jìn)行可綜合的電路設(shè)計(jì),也可用于電路的仿真。2.能夠在多個(gè)層次上對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)加以描述,從開(kāi)關(guān)級(jí)、門(mén)級(jí)、寄存器傳輸級(jí)(R
36、TL)到行為級(jí)等,都可以勝任;設(shè)計(jì)的規(guī)模是任意的,語(yǔ)言不對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)模施加任何限制。113.靈活多樣的電路描述風(fēng)格,可進(jìn)行行為描述,也可進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述;支持混合建模,在一個(gè)設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊可以在不同的設(shè)計(jì)層次上建模和描述。4. Verilog的行為描述語(yǔ)句,如條件語(yǔ)句、賦值語(yǔ)句和循環(huán)語(yǔ)句等,類(lèi)似于軟件高級(jí)語(yǔ)言,標(biāo)語(yǔ)學(xué)習(xí)和使用。5.內(nèi)置各種基本邏輯門(mén),如and、or和nand等,可方便地進(jìn)行門(mén)級(jí)結(jié)構(gòu)描述;內(nèi)置各種開(kāi)關(guān)級(jí)元件,如pmos、nmos和cmos等,可進(jìn)行開(kāi)關(guān)級(jí)的建模。6.用戶(hù)定義原語(yǔ)(UDP)創(chuàng)建的靈活性。用戶(hù)定義的原語(yǔ)既可以是組合邏輯,也可以是時(shí)序邏輯;可通過(guò)編程語(yǔ)言接口(PLI)機(jī)制進(jìn)一步
37、擴(kuò)展Verilog語(yǔ)言的描述能力。PLI是允許外部函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)Verilog模塊內(nèi)信息,允許設(shè)計(jì)者與模擬器交互的例程集合。第4章 LCD工作原理第4章 LCD工作原理4.1 12864 介紹本設(shè)計(jì)所用的JM12864A是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成??赏瓿蓤D形顯示;也可以顯示8×4個(gè)(16×16點(diǎn)陣)漢字。112864點(diǎn)陣型液晶顯示器的顯示原理12864液晶顯示屏共有128×64點(diǎn)陣,即每行顯示128點(diǎn),每列顯示64點(diǎn)。此種型號(hào)的液晶顯示屏以中間間隔平均劃分為左屏和右屏分別顯示,均為64×64
38、點(diǎn)陣,而且各自都有獨(dú)立的片選信號(hào)控制選擇。先顯示左屏,左屏全部顯示完后才能顯示右屏。顯示屏上的顯示數(shù)據(jù)由顯示數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器DDRAM提供。DDRAM每字節(jié)中的每1個(gè)bit,對(duì)應(yīng)顯示屏上的1個(gè)點(diǎn)。bit值為1,對(duì)應(yīng)點(diǎn)顯示,反之不顯示。DDRAM與顯示屏的對(duì)應(yīng)位置如圖1所示。每半屏顯示數(shù)據(jù)共有512字節(jié)的DDRAM,分為8個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)來(lái)管理,這些頁(yè)對(duì)應(yīng)顯示屏從上到下編號(hào)為07頁(yè),每頁(yè)64字節(jié),涵蓋半邊顯示屏的64行×64列×8bit點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。向顯示屏寫(xiě)數(shù)據(jù)實(shí)際上是向DDRAM中寫(xiě)數(shù)據(jù),DDRAM不同頁(yè)和不同列中的字節(jié)數(shù)據(jù)唯一對(duì)應(yīng)顯示屏一行的8個(gè)顯示點(diǎn)。例如,向DDRAM第0頁(yè)的第0
39、列寫(xiě)入數(shù)據(jù)00010100B,則顯示屏左上角第0列的8個(gè)顯示點(diǎn)只有從上往下的第3和5點(diǎn)顯示。不同頁(yè)和不同列DDRAM的尋址,通過(guò)左半屏和右半屏各自的頁(yè)地址計(jì)數(shù)器和列地址計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn),因此對(duì)顯示屏DDRAM寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)前,需要先設(shè)置頁(yè)地址和列地址。 圖4-1 12864液晶顯示屏與內(nèi)部RAM的對(duì)應(yīng)關(guān)系13第4章 LCD原理4.2 12864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳1)12864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)12864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2。 圖4-2 12864點(diǎn)陣型液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖IC1控制模塊的左半屏,IC2控制模塊的右半屏。IC3為行驅(qū)動(dòng)器。IC1,IC2為列驅(qū)動(dòng)器。IC1,I
40、C2,IC3含有如下主要功能器件。了解如下器件有利于對(duì)LCD模塊的編程。指令寄存器(IR)IR是用來(lái)寄存指令碼,與數(shù)據(jù)寄存器寄存數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng).當(dāng)D/I=1 時(shí),在E信號(hào)下降沿的作用下,指令碼寫(xiě)入IR。.數(shù)據(jù)寄存器(DR)DR是用來(lái)寄存數(shù)據(jù)的,與指令寄存器寄存指令相對(duì)應(yīng).當(dāng)D/I=1時(shí),在E信號(hào)的下降沿作用下,圖形顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入DR,或在E信號(hào)高電平作用下由DR讀到DB7DB0 數(shù)據(jù)總線(xiàn).DR 和DDRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動(dòng)執(zhí)行的。 狀態(tài)寄存器有效數(shù)據(jù)位3位,用于記錄“忙”信號(hào)標(biāo)志位(BF),復(fù)位標(biāo)志位(RST)以及開(kāi)/關(guān)顯示狀態(tài)位(ON/OFF)。XY地址計(jì)數(shù)器XY地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)9位計(jì)
41、數(shù)器。高三位是X地址計(jì)數(shù)器,低6位為Y地址計(jì)數(shù)器,XY地址計(jì)數(shù)器實(shí)際上是作為DDRAM的地址指針,X地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的頁(yè)指針,Y地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的Y地址指針。X地址計(jì)數(shù)器是沒(méi)有記數(shù)功能的,只能用指令設(shè)置。Y地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能,各顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入后,Y地址自動(dòng)加1,Y地址指針從0到63。顯示數(shù)據(jù)RAM(DDRAM)DDRAM是存貯圖形顯示數(shù)據(jù)的。DDRAM與地址和顯示位置的關(guān)系見(jiàn)圖1。Z地址計(jì)數(shù)器Z地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)6位計(jì)數(shù)器,此計(jì)數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能,它是用于顯示行掃描同步。當(dāng)一行掃描完成,此地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1,指向下一行掃描數(shù)據(jù),RST復(fù)位后Z地址計(jì)數(shù)器為0。Z地址計(jì)數(shù)器可以用
42、指令DISPLAY START LINE 預(yù)置。因此,顯示屏幕的起始行就由此指令控制,即DDRAM的數(shù)據(jù)從哪一行開(kāi)始顯示在屏幕的第一行。此模塊的DDRAM共64行,屏幕可以循環(huán)滾動(dòng)顯示64行。12864液晶顯示器的外部引腳 12864液晶顯示模塊共有20個(gè)引腳,包括8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)、6條控制線(xiàn)及電源線(xiàn)等。具體引腳功能見(jiàn)下表所示。15第4章 LCD原理表4-1 LCD引腳管腳號(hào)管腳名稱(chēng)電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VDD5.0V電源電壓3V0-液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓4D/IH/LD/I=“H”,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W=“H”,
43、E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到IR或DR6EH/L使能信號(hào):R/W=“L”,E信號(hào)下降沿鎖存DB7DB0 R/W=“H”,E=“H” DRAM數(shù)據(jù)讀到DB7DB0(使能端,高電平有效)7DB0H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)8DB1H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)9DB2H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)10DB3H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)管腳號(hào)管腳名稱(chēng)電平管腳功能描述11DB4H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)12DB5H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)13DB6H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)14DB7H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)15CS1H/L左半屏片選信號(hào),低電平有效16CS2H/L右半屏片選信號(hào),低電平有效17RESETH/L復(fù)位信號(hào),低電平復(fù)位18VEE-10VLCD驅(qū)動(dòng)負(fù)電
44、壓19IED+DC+5V背光板電源20IED-DC0V背光板電源4.3 12864液晶顯示器的編程指令PLL的產(chǎn)生是很簡(jiǎn)單的原理圖輸入,在原理圖空白處雙擊,然后就會(huì)出現(xiàn)原理圖輸入選項(xiàng),然后選擇MegaWizard Plug_In Manager,點(diǎn)擊之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)選項(xiàng),然后再點(diǎn)擊next,會(huì)進(jìn)入下一個(gè)選項(xiàng),打開(kāi)I/O那個(gè)選項(xiàng),選擇PLL,把時(shí)鐘選為50MHZ,因?yàn)殚_(kāi)發(fā)板提供的時(shí)鐘為50MHZ。表4-2顯示開(kāi)關(guān)控制(DISPLAY ON/OFF)代碼R/W D/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1設(shè)置屏幕顯示開(kāi)/關(guān)。D/I=1,開(kāi)顯示。D
45、=0,關(guān)顯示。不影響DDRAM中的內(nèi)容。17第4章 LCD原理前面在介紹Z地址計(jì)數(shù)器時(shí)已經(jīng)描述了顯示起始行是由Z地址計(jì)數(shù)器控制的。A5A0,6位地址自動(dòng)送入Z地址計(jì)數(shù)器,起始行的地址可以是063的任意一行。例如:選擇A5A0是62,則起始行與DDRAM行的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:DDRAM 行:62 63 0 1 2 3 ·················28 29屏幕顯示行: 1 2 3 4 5 6···
46、·············· 31 32表4-4設(shè)置頁(yè)地址(SET PAGE “X ADDRESS”)代碼R/W D/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式 0 0 1 0 1 1 1 A2 A1 A0所謂頁(yè)地址就是DDRAM的行地址,8行為一頁(yè),模塊共64行即8頁(yè),A2A0表示07頁(yè)。讀寫(xiě)數(shù)據(jù)對(duì)地址沒(méi)有影響,頁(yè)地址由本指令或RST信號(hào)改變復(fù)位后頁(yè)地址為0。表4-5設(shè)置Y地址(SET Y ADDRESS)代碼R/W D/IDB7DB6DB5
47、DB4DB3DB2DB1DB0形式 0 0 0 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0此指令的作用是將A5A0送入Y地址計(jì)數(shù)器,作為DDRAM的Y地址指針。在對(duì)DDRAM進(jìn)行讀寫(xiě)操作后,Y地址指針自動(dòng)加1,指向下一個(gè)DDRAM單元。表4-6讀狀態(tài)(STATUS READ)代碼R/W D/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1D0形式 1 0 BUSY 0ON/OFFRET 0 0 0 0 當(dāng)R/W=1 D/I=0時(shí),在E信號(hào)為“H”的作用下,狀態(tài)分別輸出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)(DB7DB0)的相應(yīng)位。ON/OFF:ON/OFF1,表示顯示打開(kāi),ON/OFF0,表示顯示關(guān)閉。RST: RST=1表示內(nèi)
48、部正在初始化,此時(shí)組件不接受任何指令和數(shù)據(jù)。表4-7寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)(WRITE DISPLAY DATE)代碼R/W D/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式 0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7D0為顯示數(shù)據(jù),此指令把D7D0寫(xiě)入相應(yīng)的DDRAM單元,Y地址指針自動(dòng)加1。表4-8讀顯示數(shù)據(jù)(READ DISPLAY DATE)代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式1 1 D7 D6 D5D4 D3D2 D1D0此指令把DDRAM的內(nèi)容D7D0讀到數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB7DB0,Y地址指針自動(dòng)加1。19第5章 軟件設(shè)計(jì)第5章 軟件設(shè)計(jì)5
49、.1模塊的整體布局設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的具體環(huán)境情況可以選擇對(duì)應(yīng)LCD,根據(jù)LCD的技術(shù)參數(shù)確定其顯示時(shí)序,進(jìn)而進(jìn)行整個(gè)LCD顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)當(dāng)中一共分為五個(gè)模塊。分別是控制模塊control;初始化模塊init;顯示模塊draw spi模塊;頂層模塊。通過(guò)仿真軟件quartus 2 得到整體模塊電路仿真圖。由控制模塊通過(guò)對(duì)初始初始化模塊以及顯示模塊的控制。而初始化模塊以及顯示模塊開(kāi)始工作的時(shí)候,分別通過(guò)調(diào)用spi模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD顯示屏進(jìn)行通信,將數(shù)據(jù)庫(kù)的 ROM字符庫(kù)中的數(shù)據(jù)調(diào)出。最后再通過(guò)控制模塊中的線(xiàn)性賦值變量輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。圖5-1 設(shè)計(jì)原理圖5.2單個(gè)模塊功能介紹control
50、控制模塊:控制模塊當(dāng)掃描到上升沿型號(hào)以及使能端電平有效打開(kāi)的時(shí)候開(kāi)始工作。通過(guò)對(duì)init_d以及draw_d的兩個(gè)信號(hào)的判斷。當(dāng)?shù)碗娖接行У臅r(shí)候分別通過(guò)將對(duì)應(yīng)的init_s以及draw_s復(fù)制為高電平從而先進(jìn)行LCD的初始化配置以及圖像顯示。同時(shí)對(duì)完成LCD的初始化配置以及圖像顯示之后對(duì)應(yīng)的init_out以及draw_out兩個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行接收通過(guò)control_out輸出數(shù)據(jù)。Init初始化模塊:當(dāng)初始化模塊掃描到了上升沿已經(jīng)使能信號(hào)rst為低電平的時(shí)候,當(dāng)控制模塊將init_s變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)候開(kāi)始工作。通過(guò)調(diào)用spi模塊將一系列初始化的信號(hào)傳輸給LCD顯示屏,調(diào)用其中對(duì)應(yīng)的ROM字庫(kù)。d
51、raw顯示模塊:當(dāng)初始化模塊掃描到了上升沿已經(jīng)使能信號(hào)rst為低電平的時(shí)候,當(dāng)控制模塊將draw_s變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)候開(kāi)始工作。通過(guò)調(diào)用spi模塊將一系列初始化的信號(hào)傳輸給LCD顯示屏,調(diào)用其中對(duì)應(yīng)的ROM字庫(kù)。spi通信模塊:在spi模塊中首先盡心的是20分頻點(diǎn)操作,使用四位二進(jìn)制寄存器cnt進(jìn)行計(jì)數(shù),將FPGA開(kāi)發(fā)板上自帶的50MHZ的時(shí)鐘頻率變?yōu)?.5MHZ。新生成的時(shí)鐘信號(hào)為scl寄存器變量。當(dāng)scl下降時(shí),將spi,模塊當(dāng)中接收到的數(shù)據(jù)傳到si寄存器中。當(dāng)下一個(gè)上升沿到來(lái)的時(shí)候傳輸下一位數(shù)據(jù)。最后當(dāng)八位數(shù)據(jù)全部傳輸完畢之后。在spi模塊當(dāng)中,通過(guò)線(xiàn)性復(fù)制將傳輸?shù)慕Y(jié)果暫時(shí)保持在四位的sp
52、i_out當(dāng)中。其中的四位數(shù)據(jù)分組為,spi_in的第十位和第九位,以及scl和si寄存器的值。頂層模塊:將所有模塊調(diào)用形成整體的電路。21第5章 軟件設(shè)計(jì)5.3 程序仿真及運(yùn)行結(jié)果圖5-2.電路反正結(jié)果圖5-3.電路反正結(jié)果圖5.3.時(shí)序仿真波形通過(guò)quartus 2的波形仿真,得到的頂層模塊的時(shí)序圖??傠娐分袝r(shí)序圖中主要有三個(gè)型號(hào)。分別是clk時(shí)鐘信號(hào),rst使能型號(hào),spi_out輸出型號(hào)。每個(gè)時(shí)鐘的周期為20ns。圖5-4 LCD顯示結(jié)果23參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1春玲顯示器的現(xiàn)在、過(guò)去與未來(lái)北京電子,2006 9(5)262 楊恒,李?lèi)?ài)國(guó)等FPGA實(shí)用技術(shù)指南,清華大學(xué)出版社,北京,200
53、4.8 45-463朱昌昌 我國(guó)平板顯示技術(shù)的現(xiàn)狀和幾點(diǎn)思考2004平板顯示學(xué)術(shù)會(huì)議北京,2004(5);34-364李維緹,郭強(qiáng) 液晶顯示應(yīng)用技術(shù)北京:電子工業(yè)出版社。2000.3 11-135胡建波Lcml2846zk圖形液晶顯示模塊并行實(shí)用技術(shù)信息技術(shù)與信息化,2006(1)67696陳信利用可編程接口技術(shù)和803單片機(jī)實(shí)現(xiàn) Lcm顯示的研究大眾科技,2005(8)50517潘松,黃繼業(yè)EDA技術(shù)實(shí)用教程M北京:科學(xué)出版社,2005,2 39408王騫,丁鐵夫基于FPGA的液晶顯示驅(qū)動(dòng)IP核的實(shí)現(xiàn)液晶與顯示,2005(8)232625譯 文附 錄附錄一:控制模塊代碼module cont
54、rol(clk,rst,init_d,init_s,draw_s,draw_d,init_out,draw_out,control_out);input clk,rst;input init_d,draw_d;input3:0 init_out,draw_out;output init_s,draw_s;output3:0 control_out;reg1:0 i;reg init_s,draw_s;reg3:0 control_out;always (posedge clk)beginif(!rst)begininit_s<=0;/初始化使能信號(hào)draw_s<=0;/圖像顯示使能
55、信號(hào)i<=0;endelsecase(i)2'd0:if(init_d) begin init_s<=0;i<=i+1'b1;end /先進(jìn)行LCD的初始化配置 else begin init_s<=1;control_out<=init_out;end2'd1:if(draw_d) begin draw_s<=0;i<=i+1'b1;end /圖像顯示 else begin draw_s<=1;control_out<=draw_out;end302'd2:i<=2'd2;endcas
56、e附錄二:初始化模塊代碼module init(clk,rst,init_s,init_d,init_out);input clk,rst;input init_s;output init_d ;output3:0 init_out;wire init_done;reg init_start;reg9:0 init_data;spi u1(.clk(clk),/串行模塊調(diào)用 .rst(rst), .spi_in(init_data), .spi_s(init_start), .spi_d(init_done), .spi_out(init_out) );reg3:0 i;reg init_d;always (posedge clk)beginif(!rst)begin i<=4'd0; init_d<=0; init_start<=0;endelse if(init_s)begin case(i)4'd0: if(init_done) begin init_start<=0;i<=i+1'b1;end else begin init_start<=1;init_data<=2&
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