基于basys2驱动LCDQC12864B的verilog设计图片显示

　　话不多说先上图

前言

在做这个实验的时候在网上找了许多资料，都是关于使用单片机驱动LCD显示，确实用单片机驱动是要简单不少，记得在FPGA学习交流群里问问题的时候，被前辈指教，说给我最好的指教便是别在玩这个了，多看看关于FPGA方面的书籍，比做这个单片机做的东西价值强多了。现在想来确实，自从学习FPGA以来，看过的书没有多少，只是想做个什么了，就在网上找找例程，照抄下来，把算法推理一遍，下个板子实现了，便以为自己会了懂了，要是自己在写一个便问题百出。那么菜鸟始终是菜鸟。自己根本没有掌握FPGA的设计思想和优势，用着FPGA做着单片机的东西，这种东西练练手就足够了，所以，做完这个实验LCD就到此为止了，我也要好好想想该如何进行下面的学习了。在这个上面我还是花费了不少时间，所以写一篇博文总结记录想，回头看的时候，以警醒自己。

摘要

做完这个实验我最大的感触是一定要会读数据手册。拿到元件（LCD12864），上面有16个的引脚，先要搞清楚每个引脚的功能，这时候就一定要会读数据手册。我个qc12864b的中文手册琢磨了很久才看懂了一些简单的操作指令，包括在手册上要提取出来，元件的驱动时序，扫描时钟，引脚定义，操作指令，功能描述等。

LCD显示原理

扫描时钟

      

　　从手册上可以读出，qc12864b（这是我所使用LCD12864的型号）的扫描时钟介于470—590khz之间，最适为530khz，为了方便分频，所以取500khz。

 

引脚说明

　　VSS        电源地，0v ­——接开发板GND就行

　　VDD      电源正极（5v，3.3v）

　　VO        液晶显示偏压，调整对比度

　　RS         RS=1时，当mpu进行读模块操作，指向地址寄存器

　　　　　　　　　　当mpu进行写模块操作，指向指令寄存器

　　RS=0时，无论进行读/写操作，都指向数据寄存器

　　R/W             高电平读操作，低电平写操作

　　E           使能信号，高电平读取信息，下降沿执行命令

　　DB0      数据总线第0位

　　DB1      数据总线第1位

　　DB2      数据总线第2位

　　DB3      数据总线第3位

　　DB4      数据总线第4位

　　DB5      数据总线第5位

　　DB6      数据总线第6位

　　DB7      数据总线第7位

　　PSB      串并控制端口,H为并行，L为串行,直接接5v

　　RST       液晶复位端口，低电平有效

　　A           背光正极输入，调整电压大小可以调整亮度

　　K           背光负极输入，一般直接接地

指令说明

       具体指令说明，这里就不一一列出，可查阅qc12864b中文数据手册，我在阅读这一部分的时候耗费了很长时间，这些指令是驱动LCD显示文字与图片的核心，所以必须要掌握。

并口显示时序

Verilog实现方案

　　从时序图可以看出在使能信号的一个周期内可以完成写入数据操作，扫描时钟与使能信号周期相同即可。

状态转移图

　　状态机初始化位置          IDLE                            lcd_data = 8’hzz

　　功能设计                          SETFUNCTION            lcd_data = 8’h36//扩充指令绘图显示

　　显示设置                          SWITCHMODE           lcd_data = 8’h0c//显示状态

　　清屏                                  CLEAR                       lcd_data = 8’h01//清零指令

　　设置Y坐标                      SETDDRAM_Y

　　设置X坐标                      SETDDRAM_X

　　写入数据                          WRITERAM

　　结束                                  STOP

 

绘图指令下的坐标图

代码如下

 module lcd_qc12864b(
             input mclk,
             input rst_n,
             output reg lcd_rs,//H读写数据，L指令
             output lcd_rw, //高电平读操作，低电平写操作
             output lcd_e,//使能信号高电平有效
             output reg [:]lcd_data,//八位数据总线
         output psb,//串并控制端口,H为并行，L为串行,直接接5v
         output lcd_rst//液晶的复位端口，低电平有效
     );

     reg lcd_clk;//需要500khz频率的时钟
     reg [:] state;//状态机寄存器
     reg [:] cnt;//分频驱动12864计数器
     reg flag = 'b1;//显示完成标志
     reg [:] char_cnt;//
     wire [:] data_disp;//一个字节是八位,一个英文字符是一个字节，中文是俩个字节
     reg [:] cnt1;//行计数

     parameter T500KHZ='d49999;  

         //分频500khz时钟
         always @(posedge mclk or negedge rst_n)
         begin
             if(!rst_n)begin
                 lcd_clk <= 'b0;
                 cnt <= 'd0;
             end
             else if(cnt == T500KHZ)begin
                 cnt <= 'd0;
                 lcd_clk <= ~lcd_clk;
             end
             else
                 cnt <= cnt + 'd1;
         end        

         //状态机8个状态设置
     parameter IDLE = 'b00_000_000,//初始状态
                         SETFUNCTION = 'b00_000_001,//功能设置
                           SWITCHMODE = 'b00_000_010,//设置显示开和光标闪烁关闭
                           CLEAR = 'b00_000_100,//清屏操作
                           SETDDRAM_Y = 'b00_010_000,//设置y轴坐标
                             SETDDRAM_X = 'b00_100_000,//设置x轴坐标
                           WRITERAM = 'b01_000_000,//写设置写入寄存器
                           STOP = 'b10_000_000;//LCD操作停止，释放其控制

       //三段式书写状态机
       always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
       begin
           if(!rst_n)
               lcd_rs <= 'b0;
           else begin
               if(state == WRITERAM)
                   lcd_rs <= 'b1;//写数据模式
               else
                   lcd_rs <= 'b0;//写命令模式
           end
       end

       //lcd_rst始终为高电平，psb始终为低电平即可
     assign lcd_rst = 'b1;
     assign psb = 'b1;
     assign lcd_rw = 'b0;//只是写操作，不需要读操作
     assign lcd_e = (flag==)?lcd_clk:'b0;//使能信号与液晶时钟同步

       always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
       begin
           if(!rst_n)begin
               cnt1<= 'b0;
               state <= IDLE;
               lcd_data <= 'hzz;
               char_cnt <= 'd0;
           end
           else begin
               case(state)
                   IDLE:begin
                       state <=  SETFUNCTION;//功能设置，8-bit+基本指令集0x30
                       lcd_data <= 'h36;
                   end

                   SETFUNCTION:begin
                       state <= SWITCHMODE;//设置显示开和光标闪烁关闭
                       lcd_data <= 'h36;
                   end                  

                   SWITCHMODE:begin
                       state <= CLEAR;
                       lcd_data <= 'h3e;//显示设置，全显示开，光标和闪烁关
                   end
                   CLEAR:begin//清屏操作
                       state <= SETDDRAM_Y;//点设置
             lcd_data <= 'h01;//清屏
           end
             SETDDRAM_Y:begin
              if(cnt1< )
                  lcd_data <= 'h80 + cnt1;//80H~9fH
              else
                  lcd_data <= 'h80 + (cnt1- 32); //80H~9fH

              state <= SETDDRAM_X;
           end
                     SETDDRAM_X:begin
                       if(cnt1< )
                           lcd_data <=  'h80;            //80H
                       else
                           lcd_data <=  'h88;            //88H
                       state <= WRITERAM;
                     end
                     WRITERAM:begin
                         lcd_data <= data_disp;
                  char_cnt <= char_cnt + 'b1;
                  if(char_cnt[:] == 'hf)begin      //计算行
                      cnt1<= cnt1+ 'b1;
                 if(cnt1== )
                     state <= STOP;
                      else
                   state <= SETDDRAM_Y;
                        end
                        else
                  state <= WRITERAM;
             end
           STOP:begin
               flag <= 'b0;
               state <= STOP;//LCD操作停止，释放其控制
             end
           default: state <= IDLE;//回到初始状态
         endcase
       end
      end  

          // ROM
         rom U1_rom (
     .clka(mclk),
     .addra(char_cnt),
     .douta(data_disp)
     );

 endmodule

lcd_qc12864b

配置ROM

　　有分布式ROM/ROM和块ROM/RAM，这里配置的是块ROM/RAM。这两种方式具体我也不是了解很深，以后再深入学习。

该实验最让我头疼的是调用ROM，第一次接触IP核有许多地方都完全不懂。用LCD（带中文字库）显示文字的时候，可以直接输入文字的十六进制数值，设置显示地址坐标即可，12864显示原理点阵控制点的亮灭来实现，但是如果要显示图片的话一个个输入难免太过麻烦，这个时候调用ROM就方便许多。找一张或做一张像素为128x64的单色图片，使用取模软件，按c51的方式取模。取模出来的数据为十六进制，行8个，64个。

配置块RAM/ROM时，要加载的是.coe文件，所以需要将取模的十六进制数据保存到.coe文件中。最开始我一直在找如何能直接将图片取模出来的数据转化成.coe文件，试了很多方法都失败了，最后发现完全可以自己按文件格式编辑一个即可，最终文件保存格式如下。

　　将图片取模出来的每个数据前的ox去掉，这只是C语言中16进制的表示形式，文件第一行的MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=16;表示数据全都为16进制数，这里的16可以换成8、2、10都行。

打开ISE建立工程后，新建文件，选择IP（CORE Generator & Architecture Wizard），填写文件名，next

　　找到Memories & Storage Elements单击，选择RAMs & ROMs单击，选择Block Memory Generator 7.3，next，finish。

　　上面直接next，下面这里选Single Port ROM，next

　　这里要填写数据位宽和深度，位宽是你所需要输出的数据位宽，LCD有8个数据位，故这里定义位宽为8，深度即有多少个这样的数据，从取模出来的数据看，易得共有1024个数据位。我使用的basys2开发板使用的是Xilinx Spantan3E—100TQ144 FPGA包含73728位的块RAM/ROM。因此，使用的块RAM的最大容量为9216字节或4608个16位字。从这里来看，是完全够用的。

　　Next，加载.coe数据文件，勾选Load Init File 加载.coe文件，我这里是在桌面上保存着，直接找到选择就好。

　　然后一直点击next直至最后一个界面，最后点击Generate，生成rom.xco。生成的IP核在工程目录下的ipcore_dir文件中。

　　将rom.v文件打开端口定义如下，直接在顶层文件对其实例化，如代码所示

　　最后可直接仿真，新建tb文件查看仿真传输数据是否正确。由波形图可得在功能设定指令传输完毕后，进入读数据状态，所读入的数据与文件中数据相符，一行数据传输完毕进入下一行，继续读入数据，仿真图结果正确。下板子也正确。

　　最开始学习FPGA，最容易出现的就是两个问题，一个是把verilog当C语言来写，另一个就是把FPGA当单片机来用。前者我已经有了改善，后者我还需要继续努力。

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