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基于FPGA的LCD1602动态显示---Verilog实现.pdf
基于基于FPGA的的LCD1602动态显示
FPGA驱动LCD1602，其实就是通过同步状态机模拟单片机驱动LCD1602，由并行模拟单步执行，状态过程就
是先初始化LCD1602，然后写地址，最后写入显示数据。
动态显示---Verilog实现实现
一.LCD1602简要介绍
LCD1602，根据名称可以知道，就是能显示2行，每行16个字符的液晶，只能显示字母，数字和符号等字符，不能显示汉字，
图片。如下图：
市面上卖的的LCD1602操作基本上都是相同的，只是带不带背光之分。其控制芯片都是HD44780及其兼容芯片，所以控制接
口都是一样，控制时序可以说是68并口时序。1LCD602控制线主要有4根：
（1）RS：数据/指令选择端，当RS=0，写指令；当RS=1，写数据。
（2）RW：读/写选择端，当RW=0，写指令/数据;当RW=1，读状态/数据。
（3）EN：使能端，下降沿使指令/数据生效。
（4）Data[7:0]：8根并行数据口。
外引接口：
操作时序图：
控制指令：
指令方面只讲解一下显示模式设置指令0x38,0x31的区别。其实模式设置指令就是上图中的指令6：0x38：设置8位格式,2
行,5*7；0x31：设置8位格式,2行,5*7。为什么要介绍0x31呢，一般单片机驱动LCD1602都是0x38的？
由于一般的LCD1602都是VDD=5V驱动的，而有些FPGA开发板上的LCD1602接口是由3.3V供电的。也就是VDD=3.3V，这样
就会引起供电不足的问题，所以经过试验得到，当VDD=3.3V时，显示模式设置指令写入0x38时，LCD1602显示很暗，看不
到；进而改为0x31时，只显示1行，LCD1602就正常显示了。这个要引起注意，下面我的代码就是只显示1行的。
其他指令详解请查看数据手册。
二．FPGA驱动LCD1602思路
FPGA驱动LCD1602，其实就是通过同步状态机模拟单片机驱动LCD1602，由并行模拟单步执行，状态过程就是先初始化
LCD1602，然后写地址，最后写入显示数据。
1.首先，我们要明白LCD1602是慢速器件。如果直接用FPGA外接的几十兆时钟直接驱动肯定是不行的，所以要对FPGA时钟
进行分频驱动，或者计数延时使能驱动。
这里我采用的计数延时使能驱动，代码中通过计数器定时得出lcd_clk_en信号线驱动。要注意的是不同厂家生产的LCD1602的
时序延时都不同，但大多数都是纳秒级的，这里我采用的是间隔500ns使能驱动，最好延时长一些比较可靠，这个可以自己尝
试修正。
2.LCD1602的初始化过程需要明白。大家估计都用单片机驱动过LCD1602，这里FPGA驱动LCD1602的初始化过程也是一样
的。主要是以下4条指令的配置：
（1）显示模式设置Mode_Set：8’h38
（2）显示开/关及光标设置Cursor_Set：8’h0c
（3）显示地址设置Address_Set：8’h06
（4）清屏设置Clear_Set：8'h01
这里需要注意是写指令,所以RS=0，并且写完指令后，EN下降沿使能。
3.初始化完成后，还需要写入地址，第一行初始地址：8’h80；第二行初始地址：8’h80+8”h40=8’hc0。这里RS=0，并且写完
地址后，EN下降沿使能。
4.写入地址后，就可以显示字符啦。但需要注意LCD1602写入设置地址指令8’h06后，地址是随每写入一个数据后，默认自加
一的。这个一定要明白，不然作动态显示时，就会出现问题。一定要把握我们的数据是要显示在哪个位置，而LCD1602写入
地址是会默认地址指针加一的。这里RS=1，并且写完数据后，EN下降沿使能。
5.由于我们要动态显示，所以数据要刷新。这里由于我们采用的是同步状态机模拟LCD1602的控制时序，所以在显示完最后
的数据后，状态要跳回写入地址状态，以便进行动态刷新。这个很重要，不只是保证刷新，更是保证地址没有偏移。
以上就是大致的思路步骤了，大家可以结合下面的代码进行分析消化，只有你完全弄清LCD1602的控制时序，指令要点，才
能完全把LCD1602玩弄于手掌之中，不然似懂非懂，终究会有无法理解的问题出现。
三．Verilog代码
本来想把LCD1602_Driver封装成个模块的，然后直接向其写入地址，数据即可显示的，后来由于能力问题，发现不怎么好
写，就没有封装成模块了。不过下面动态显示的代码还是可以给大家一个参考的，虽然代码时序不是很严谨。
下面代码功能主要是完成一个0-99s的计数器，动态刷新。主要是在LCD1602上动态显示：“Cnt：00”。
+ 查看代码
/***********************************************************************
************************* name：LCD1602_Driver *************************
************************* author：made by zzuxzt **************************
************************* time：2014.5.18 ********************************
***********************************************************************/
module lcd1602_driver(input clk, //50M
input rst_n,
output lcd_p, //Backlight Source +
output lcd_n, //Backlight Source -
output reg lcd_rs, //0:write order; 1:write data
output lcd_rw, //0:write data; 1:read data
output reg lcd_en, //negedge
output reg [7:0] lcd_data);
//--------------------lcd1602 order----------------------------
parameter Mode_Set = 8'h31,
Cursor_Set = 8'h0c,
Address_Set = 8'h06,
Clear_Set = 8'h01;
/****************************LCD1602 Display Data****************************/
wire [7:0] data0,data1; //counter data
wire [7:0] addr; //write address
//---------------------------------1s counter-----------------------------------
reg [31:0] cnt1;
reg [7:0] data_r0,data_r1;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt1 <= 1'b0;
data_r0 <= 1'b0;
data_r1 <= 1'b0;
end
else if(cnt1==32'd50000000)
begin
if(data_r0==8'd9)
begin
data_r0 <= 1'b0;
if(data_r1==8'd9)
data_r1 <= 1'b0;
else
data_r1 <= data_r1 + 1'b1;
end
else
data_r0 <= data_r0 + 1'b1;
cnt1 <= 1'b0;
end
else
cnt1 <= cnt1 + 1'b1;
end
assign data0 = 8'h30 + data_r0 ;
assign data1 = 8'h30 + data_r1 ;
//-------------------address------------------
assign addr = 8'h80;
/****************************LCD1602 Driver****************************/
//-----------------------lcd1602 clk_en---------------------
reg [31:0] cnt;
reg lcd_clk_en;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt <= 1'b0;
lcd_clk_en <= 1'b0;
end
else if(cnt == 32'h24999) //500us
begin
lcd_clk_en <= 1'b1;
cnt <= 1'b0;
end
else
begin
cnt <= cnt + 1'b1;
lcd_clk_en <= 1'b0;
end
end
//-----------------------lcd1602 display state-------------------------------------------
reg [4:0] state;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
state <= 1'b0;
lcd_rs <= 1'b0;
lcd_en <= 1'b0;
lcd_data <= 1'b0;
end
else if(lcd_clk_en)
begin
case(state)
//-------------------init_state---------------------
5'd0: begin
lcd_rs <= 1'b0;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= Mode_Set;
state <= state + 1'd1;
end
5'd1: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd2: begin
lcd_rs <= 1'b0;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= Cursor_Set;
state <= state + 1'd1;
end
5'd3: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd4: begin
lcd_rs <= 1'b0;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= Address_Set;
state <= state + 1'd1;
end
5'd5: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd6: begin
lcd_rs <= 1'b0;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= Clear_Set;
state <= state + 1'd1;
end
5'd7: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
//--------------------work state--------------------
5'd8: begin
lcd_rs <= 1'b0;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= addr; //write addr
state <= state + 1'd1;
end
5'd9: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd10: begin
lcd_rs <= 1'b1;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= "C"; //write data
state <= state + 1'd1;
end
5'd11: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd12: begin
lcd_rs <= 1'b1;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= "n"; //write data
state <= state + 1'd1;
end
5'd13: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd14: begin
lcd_rs <= 1'b1;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= "t"; //write data
state <= state + 1'd1;
end
5'd15: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd16: begin
lcd_rs <= 1'b1;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= ":"; //write data
state <= state + 1'd1;
end
5'd17: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd18: begin
lcd_rs <= 1'b1;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= data1; //write data: tens digit
state <= state + 1'd1;
end
5'd19: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= state + 1'd1;
end
5'd20: begin
lcd_rs <= 1'b1;
lcd_en <= 1'b1;
lcd_data <= data0; //write data: single digit
state <= state + 1'd1;
end
5'd21: begin
lcd_en <= 1'b0;
state <= 5'd8;
end
default: state <= 5'bxxxxx;
endcase
end
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