Xilinx FPGA学习笔记（1）：1602液晶IP核设计与实现
简单介绍设计的lcd液晶ip核的思路，首先生成100us的时钟，然后根据初始化顺序，编写状态机。最终设计效果是在1602液晶屏上可以静态显示16*2的任意字符串（可显示英文或部分日文或自定义图像），而这只需修改两个参数即可轻松实现。1602为常见的液晶显示设备，本实验所用的规格为16x2字符型驱动，直观图如下所示。
上图为已完成的lcd液晶驱动显示效果（可以显示任意字符串），由两行组成，可以显示英文字符，部分日语，也可以显示自定义的图像，spartan-3e所用的1602 （sitronix st7066u graphics controller）与fpga的接口如下所示：
信号说明：
其中sf_d为4位的数据接口位，lcd_e为液晶显示或者不显示控制位，lcd_rs为区分控制或数据信号标志位，当lcd_rs = ‘0’时，表示sf_d为控制信号；lcd_rs=’1’，此时sf_d为数据位，lcd_rw为读写控制位，因为不需要从lcd液晶屏中读取数据所以可以简单的再复位操作时，将其清零即可。
可以看出，此1602的数据位为4位，故要写入8位命令时需要进行两次写入操作，写入数据的时序图如下所示，
红线所画为两个字节数据写入所需的最小时差（这个需要特别注意）
根据spartan-3e的guide，可以知道1602工作的基本流程主要分为上电初始化、写命令、设置读写地址、传递数据三大过程，笔者统计了下这三大步骤中的等待时间最小值和最大值，其中最小值为40us，最大值为15ms，故笔者采取了将50mhz的时钟分频为10khz，即时钟周期为100us的方法来简化设计。
在spartan-3e的用户手册上详细讲解了如何对此液晶进行操作，笔者做了简单的摘要：
一） 上电初始化（目的是建立宽度为4 bit的数据接口）
1） 等待15ms或者更长时间
2） 写命令字0x3，保持lcd_e高电平12个周期（时钟频率为50mhz时）
3） 等待4.1ms或者更长时间
4） 写命令字0x3，保持lcd_e高电平12个周期
5） 等待100us或者更长时间
6） 写命令字0x3，保持lcd_e高电平12个周期
7） 等待40us或者更长时间
8） 写命令字0x2，保持lcd_e高电平12个周期
9） 等待40us或者更长时间
二） 写命令
1） 发送功能设置命令（function set），0x28
2） 发送端口模式设置命令（entry mode set），0x06，自动增加地址指针
3） 发送display on/off命令，0x0c，打开显示开关并禁止光标闪烁
4） 发送clear display命令，等待1.64ms或者更长时间
三） 设置读写地址和传递数据
指定起始地址，并给出一个或者多个数据，这一步是显示的关键，必须仔细设置控制位，笔者就是因为这个错误，白白花费了大半天的时间，具体方法是在写任何数据之前，发送set dd ram address 命令，（写入7位的dd ram地址，注意最高位为1）然后再写入数据。
简单介绍我所设计的lcd液晶ip核的思路，首先生成100us的时钟，然后根据初始化顺序，编写状态机。最终设计效果是在1602液晶屏上可以静态显示16*2的任意字符串—而这只需修改两个参数即可轻松实现。下面是部分代码展示。下图为代码说明。
图 1 写16个字符的代码实现
图1所示为写16个字符的代码实现，图2所示为将普通的字符串转换为1602可显示的编码值的模块，图3所示为生成clk_100us的代码，
图 2 将普通的字符串转换为1602可显示的编码值的模块
图 3 生成clk_100us的代码
最终效果图是在屏幕上显示两行字符串：
图 最终效果图是在屏幕上显示两行字符串
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上图为已完成的lcd液晶驱动显示效果（可以显示任意字符串），由两行组成，可以显示英文字符，部分日语，也可以显示自定义的图像，spartan-3e所用的1602 （sitronix st7066u graphics controller）与fpga的接口如下所示：
信号说明：
其中sf_d为4位的数据接口位，lcd_e为液晶显示或者不显示控制位，lcd_rs为区分控制或数据信号标志位，当lcd_rs = ‘0’时，表示sf_d为控制信号；lcd_rs=’1’，此时sf_d为数据位，lcd_rw为读写控制位，因为不需要从lcd液晶屏中读取数据所以可以简单的再复位操作时，将其清零即可。
可以看出，此1602的数据位为4位，故要写入8位命令时需要进行两次写入操作，写入数据的时序图如下所示，
红线所画为两个字节数据写入所需的最小时差（这个需要特别注意）
根据spartan-3e的guide，可以知道1602工作的基本流程主要分为上电初始化、写命令、设置读写地址、传递数据三大过程，笔者统计了下这三大步骤中的等待时间最小值和最大值，其中最小值为40us，最大值为15ms，故笔者采取了将50mhz的时钟分频为10khz，即时钟周期为100us的方法来简化设计。
在spartan-3e的用户手册上详细讲解了如何对此液晶进行操作，笔者做了简单的摘要：
一） 上电初始化（目的是建立宽度为4 bit的数据接口）
1） 等待15ms或者更长时间
2） 写命令字0x3，保持lcd_e高电平12个周期（时钟频率为50mhz时）
3） 等待4.1ms或者更长时间
4） 写命令字0x3，保持lcd_e高电平12个周期
5） 等待100us或者更长时间
6） 写命令字0x3，保持lcd_e高电平12个周期
7） 等待40us或者更长时间
8） 写命令字0x2，保持lcd_e高电平12个周期
9） 等待40us或者更长时间
二） 写命令
1） 发送功能设置命令（function set），0x28
2） 发送端口模式设置命令（entry mode set），0x06，自动增加地址指针
3） 发送display on/off命令，0x0c，打开显示开关并禁止光标闪烁
4） 发送clear display命令，等待1.64ms或者更长时间
三） 设置读写地址和传递数据
指定起始地址，并给出一个或者多个数据，这一步是显示的关键，必须仔细设置控制位，笔者就是因为这个错误，白白花费了大半天的时间，具体方法是在写任何数据之前，发送set dd ram address 命令，（写入7位的dd ram地址，注意最高位为1）然后再写入数据。
简单介绍我所设计的lcd液晶ip核的思路，首先生成100us的时钟，然后根据初始化顺序，编写状态机。最终设计效果是在1602液晶屏上可以静态显示16*2的任意字符串—而这只需修改两个参数即可轻松实现。下面是部分代码展示。下图为代码说明。
图 1 写16个字符的代码实现
图1所示为写16个字符的代码实现，图2所示为将普通的字符串转换为1602可显示的编码值的模块，图3所示为生成clk_100us的代码，
图 2 将普通的字符串转换为1602可显示的编码值的模块
图 3 生成clk_100us的代码
最终效果图是在屏幕上显示两行字符串：
图 最终效果图是在屏幕上显示两行字符串
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