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

  1 module lcd_qc12864b(
  2             input mclk,
  3             input rst_n,
  4             output reg lcd_rs,//H读写数据，L指令
  5             output lcd_rw, //高电平读操作，低电平写操作
  6             output lcd_e,//使能信号高电平有效
  7             output reg [7:0]lcd_data,//八位数据总线
  8         output psb,//串并控制端口,H为并行，L为串行,直接接5v
  9         output lcd_rst//液晶的复位端口，低电平有效
 10     );
 11
 12     reg lcd_clk;//需要500khz频率的时钟
 13     reg [7:0] state;//状态机寄存器
 14     reg [23:0] cnt;//分频驱动12864计数器
 15     reg flag = 1'b1;//显示完成标志
 16     reg [9:0] char_cnt;//
 17     wire [7:0] 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
 18     reg [5:0] cnt1;//行计数
 19
 20     parameter T500KHZ=24'd49999;
 21
 22         //分频500khz时钟
 23         always @(posedge mclk or negedge rst_n)
 24         begin
 25             if(!rst_n)begin
 26                 lcd_clk <= 1'b0;
 27                 cnt <= 24'd0;
 28             end
 29             else if(cnt == T500KHZ)begin
 30                 cnt <= 24'd0;
 31                 lcd_clk <= ~lcd_clk;
 32             end
 33             else
 34                 cnt <= cnt + 1'd1;
 35         end
 36
 37         //状态机8个状态设置
 38     parameter IDLE = 8'b00_000_000,//初始状态
 39                         SETFUNCTION = 8'b00_000_001,//功能设置
 40                           SWITCHMODE = 8'b00_000_010,//设置显示开和光标闪烁关闭
 41                           CLEAR = 8'b00_000_100,//清屏操作
 42                           SETDDRAM_Y = 8'b00_010_000,//设置y轴坐标
 43                             SETDDRAM_X = 8'b00_100_000,//设置x轴坐标
 44                           WRITERAM = 8'b01_000_000,//写设置写入寄存器
 45                           STOP = 8'b10_000_000;//LCD操作停止，释放其控制
 46
 47       //三段式书写状态机
 48       always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
 49       begin
 50           if(!rst_n)
 51               lcd_rs <= 1'b0;
 52           else begin
 53               if(state == WRITERAM)
 54                   lcd_rs <= 1'b1;//写数据模式
 55               else
 56                   lcd_rs <= 1'b0;//写命令模式
 57           end
 58       end
 59
 60       //lcd_rst始终为高电平，psb始终为低电平即可
 61     assign lcd_rst = 1'b1;
 62     assign psb = 1'b1;
 63     assign lcd_rw = 1'b0;//只是写操作，不需要读操作
 64     assign lcd_e = (flag==1)?lcd_clk:1'b0;//使能信号与液晶时钟同步
 65
 66       always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
 67       begin
 68           if(!rst_n)begin
 69               cnt1<= 1'b0;
 70               state <= IDLE;
 71               lcd_data <= 8'hzz;
 72               char_cnt <= 6'd0;
 73           end
 74           else begin
 75               case(state)
 76                   IDLE:begin
 77                       state <=  SETFUNCTION;//功能设置，8-bit+基本指令集0x30
 78                       lcd_data <= 8'h36;
 79                   end
 80
 81                   SETFUNCTION:begin
 82                       state <= SWITCHMODE;//设置显示开和光标闪烁关闭
 83                       lcd_data <= 8'h36;
 84                   end
 85
 86                   SWITCHMODE:begin
 87                       state <= CLEAR;
 88                       lcd_data <= 8'h3e;//显示设置，全显示开，光标和闪烁关
 89                   end
 90                   CLEAR:begin//清屏操作
 91                       state <= SETDDRAM_Y;//点设置
 92             lcd_data <= 8'h01;//清屏
 93           end
 94             SETDDRAM_Y:begin
 95              if(cnt1< 32)
 96                  lcd_data <= 8'h80 + cnt1;//80H~9fH
 97              else
 98                  lcd_data <= 8'h80 + (cnt1- 32); //80H~9fH
 99
100              state <= SETDDRAM_X;
101           end
102                     SETDDRAM_X:begin
103                       if(cnt1< 32)
104                           lcd_data <=  8'h80;            //80H
105                       else
106                           lcd_data <=  8'h88;            //88H
107                       state <= WRITERAM;
108                     end
109                     WRITERAM:begin
110                         lcd_data <= data_disp;
111                  char_cnt <= char_cnt + 1'b1;
112                  if(char_cnt[3:0] == 4'hf)begin      //计算行
113                      cnt1<= cnt1+ 1'b1;
114                 if(cnt1== 63)
115                     state <= STOP;
116                      else
117                   state <= SETDDRAM_Y;
118                        end
119                        else
120                  state <= WRITERAM;
121             end
122           STOP:begin
123               flag <= 1'b0;
124               state <= STOP;//LCD操作停止，释放其控制
125             end
126           default: state <= IDLE;//回到初始状态
127         endcase
128       end
129      end
130
131          // ROM
132         rom U1_rom (
133     .clka(mclk),
134     .addra(char_cnt),
135     .douta(data_disp)
136     );
137
138 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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