LCD1602液晶显示实验(DOC)

实验报告

实验名称： [LCD1602液晶显示实验]姓名：

学号：

指导教师：

实验时间： [2013年6月15日]

信息与通信工程学院

LCD1602液晶显示实验

1.实验原理

1.1 基本原理

1.1.1 1602字符型LCD简介

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。

1.1.2 1602LCD的基本参数及引脚功能

1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图1-2所示：

图1-2 1602LCD尺寸图

1.1602LCD主要技术参数：

显示容量: 16×2个字符

芯片工作电压: 4.5~5.5V

工作电流: 2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压: 5.0V

字符尺寸: 2.95×4.35(W×H)mm

2.引脚功能说明:

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表:

表1-3引脚接口说明表

编

符号引脚说明编号符号引脚说明

号

1 VSS 电源地9 D

2 数据

2 VDD 电源正极10 D

3 数据

3 VL 液晶显示偏压11 D

4 数据

4 RS 数据/命令选择12 D

5 数据

5 R/W 读/写选择13 D

6 数据

6 E 使能信号14 D

7 数据

7 D0 数据15 BLA 背光源正极

8 D1 数据16 BLK 背光源负极

1.1.3 1602LCD的指令说明及时序

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表1-4所示：

表1-4 控制命令表

序号指令RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

2 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 *

3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S

4 显示开/关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B

5 光标或字符移位0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *

6 置功能0 0 0 0 1 DL N F * *

7 置字符发生存贮器

地址

0 0 0 1 字符发生存贮器地址

8 置数据存贮器地址0 0 1 显示数据存贮器地址

9 读忙标志或地址

0 1 BF 计数器地址

10 写数到CGRAM或

DDRAM）

1 0 要写的数据内容

11 从CGRAM或

DDRAM读数

1 1 读出的数据内容

1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）读写操作时序如图1-5和1-6所示：

图1-5 读操作时序

图1-6 写操作时序

1.1.4 1602LCD的RAM地址映射及标准字库表

液晶显示模块是一个慢显示器件，所以，在执行每条指令之前，一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时，要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图1-7是1602的内部显示地址。

图1-7 1602LCD内部显示地址

例如，第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。

在对液晶模块的初始化中，要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”

因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如“A”。1602通过D0~D7的8位数据端传输数据和指令。

1.1.5 1602LCD的一般初始化（复位）过程

延时15mS

写指令38H（不检测忙信号）

延时5mS

写指令38H（不检测忙信号）

延时5mS

写指令38H（不检测忙信号）

以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号

写指令38H：显示模式设置

写指令08H：显示关闭

写指令01H：显示清屏

写指令06H：显示光标移动设置

写指令0CH：显示开及光标设置

1.2 任务1及其原理

任务1：更改lcd上显示的字符。通过更改wire [127:0] row1_val，wire [127:0] row2_val的赋值即可，注意保证“”内的字符数包括空格共16位。

1.3 任务2及其原理

任务2:将“LCD1602驱动模块”文件与“LCD1602驱动测试模块”文件合并成为一个verilog文件。首先，新建一个顶层VerilogHDL文件，将两个文件的输入，内容合并，调试新的模块，然后将管脚连接在一起，从而完成合并。

1.4 任务3及其原理

任务3：实现液晶屏的某一位完成0～9的循环变换，并且设置复位键，在循环过程中按下复位键循环可从0重新开始。

完成本次的实验想法是将“LCD1602驱动测试模块”文件中wire [127:0] row1_val，wire [127:0] row2_val变量进行改动，将row1_val原本赋予的字符替换为一个变量，设定新的时钟，即循环变换的间隔时间，再通过条件语句控制循环。使能键的控制原理是通过对循环变换的条件进行操作实现的，即当按键使能时循环开始，反之，则从0开始。

2.实验流程图

0～9循环变换流程图

开始

定义输入输出变

量及类型

lcd 液晶屏初

始化

是否有按键按

下？

复位键是否启

动？

定义a=8'h30;i=0

将a 赋值给row1_val 低8位

是否是时钟输入

上升沿？

i<=8

a=a+1; i=i+1;

结束

显示定义字符

是

是

否

否

否

是

否

3.实验程序

3.1 任务1程序

程序更改部分：wire [127:0] row1_val = " liu wupeng "; wire [127:0] row2_val = " 2009081206 ";

3.2 任务2程序

将测试模块中的驱动部分，两个文件的对应命名只留其一，合并两文件，即以下部分

// 例化LCD1602驱动

lcd1602_drive u0(

.clk(CLOCK_50M),

.rst_n(Q_KEY),

.row1_val(row1_val),

.row2_val(row2_val),

.lcd_data(LCD1602_DATA),

.lcd_e(LCD1602_E),

.lcd_rs(LCD1602_RS),

.lcd_rw(LCD1602_RW));

完整程序请参见附件：1

3.3 任务3程序

改动模块：LCD1602驱动测试模块，加重处为修改、添加部分

module lcd1602_test(

input CLOCK_50M, // 板载时钟25MHz

input Q_KEY, // 板载按键RST

output [7:0] LCD1602_DATA, // LCD1602数据总线

output LCD1602_E, // LCD1602使能

output LCD1602_RS, // LCD1602指令数据选择

output LCD1602_RW, // LCD1602读写选择

output SEL0, // LCD1602读写选择

output SEL1, // LCD1602读写选择

output SEL2 // LCD1602读写选择

input key, //使能控制键

);

reg [127:0] row1_val; //将原本的wire型改为reg型，保证其可变wire [127:0] row2_val = " ";

//将第二行赋值都是空格，实验时显示为空

reg [7:0] a; //a变化控制reg [127:0] row1_val

reg [3:0] i;

reg [25:0] cnt; //分频用

reg en; //使能控制

assign SEL0 = 1'b0;

assign SEL1 = 1'b0;

assign SEL2 = 1'b1;

always @ (posedge CLOCK_50M,negedge Q_KEY)

if (!Q_KEY) cnt <= 0;

else cnt <= cnt + 1'b1;

wire lcd_clk = cnt[25]; //分频模块

always @(a)

begin

row1_val[7:0]<=a;

end //将a赋给 row1_val[7:0]的低8位

always @(negedge key)

begin

if (en==0) en<=1;

else

en<=0;

end //使能控制模块，下降沿有效

always @(posedge lcd_clk)

if (en)

if(i<=8)

begin

a=a+1;

i=i+1;

end

else

begin

i=0;

a=8'h30;

end

else

a=8'h30; //通过条件控制语句实现0～9的循环变换

// 例化LCD1602驱动

lcd1602_drive u0(

.clk(CLOCK_50M),

.rst_n(Q_KEY),

// LCD1602 Input Value

.row1_val(row1_val),

.row2_val(row2_val),

// LCD1602 Interface

.lcd_data(LCD1602_DATA),

.lcd_e(LCD1602_E),

.lcd_rs(LCD1602_RS),

.lcd_rw(LCD1602_RW)

);

endmodule

4.管脚分配

4.1 任务2管教分配

4.2 任务3管教分配

5.实验结果

5.1 任务1实验结果

修改程序后，液晶屏第一行显示" liu wupeng "，第二行显示" 2009081206 "。

5.2 任务2实验结果

文件合并后，显示内容仍与原始程序相同。

5.3 任务3实验结果

液晶屏第一行最后一位可实现0～9的循环变换，拨动复位键，计数从0重新开始。

6.实验心得

通过本次实验，我了解了LCD-1602的构成及使用方法，能够通过编程显示字符。在完成课堂任务“实

现某一位0～9循环变换”时，起初由于没有掌握LCD的工作原理，出现了问题，即0～9快速变化，无法控制其速度，经过对程序及实验原理的研究，最后完成了任务。FPGA实验是锻炼编程能力、逻辑思维能力的一门很好的课程，我现在所欠缺的便是缜密的思维及查错的能力，还望在以后实验中提高。通过这次实验，学到了很多东西，体会到了自己实现一个程序功能的小小喜悦，也认识到了自己只是FPGA道路上的新手，还有很多未知的知识需要学习。真正学习的历程需要在课下多下功夫，希望通过这学期的学习自己

能熟练掌握一些编程的技术，培养良好的思维模式。

附件：1

module hebing(

input clk, // 50MHz时钟

input rst_n, // 复位信号

input [127:0] row1_val, // 第一行字符

input [127:0] row2_val, // 第二行字符

// LCD1602 Interface

output SEL0, // LCD1602读写选择

output SEL1, // LCD1602读写选择

output SEL2, // LCD1602读写选择

// LCD1602 Interface

output reg [ 7:0] lcd_data, // 数据总线

output lcd_e, // 使能信号

output reg lcd_rs, // 指令、数据选择

output lcd_rw // 读、写选择

);

// 0 ~ (8*16-1) = 128

// 16bits -> 0123456789ABCDEF <-

wire [127:0] row1_val = " liu wupeng ";

wire [127:0] row2_val = " 2009081206 ";

assign SEL0 = 1'b0;

assign SEL1 = 1'b0;

assign SEL2 = 1'b1;

// +++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// 分频模块开始

// +++++++++++++++++++++++++++++++++++++

reg [15:0] cnt; // 计数子

always @ (posedge clk, negedge rst_n)

if (!rst_n)

cnt <= 0;

else

cnt <= cnt + 1'b1;

// 500Khz ~ 1MHz 皆可

wire lcd_clk = cnt[15]; // (2^15 / 50M) = 1.31ms // -------------------------------------

// 分频模块结束

// -------------------------------------

// +++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// LCD1602驱动模块开始

// +++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// 格雷码编码：共40个状态

parameter IDLE = 8'h00;

// 写指令，初始化

parameter DISP_SET = 8'h01; // 显示模式设置

parameter DISP_OFF = 8'h03; // 显示关闭

parameter CLR_SCR = 8'h02; // 显示清屏

parameter CURSOR_SET1 = 8'h06; // 显示光标移动设置

parameter CURSOR_SET2 = 8'h07; // 显示开及光标设置

// 显示第一行

parameter ROW1_ADDR = 8'h05; // 写第1行起始地址

parameter ROW1_0 = 8'h04;

parameter ROW1_1 = 8'h0C;

parameter ROW1_2 = 8'h0D;

parameter ROW1_3 = 8'h0F;

parameter ROW1_4 = 8'h0E;

parameter ROW1_5 = 8'h0A;

parameter ROW1_6 = 8'h0B;

parameter ROW1_7 = 8'h09;

parameter ROW1_8 = 8'h08;

parameter ROW1_9 = 8'h18;

parameter ROW1_A = 8'h19;

parameter ROW1_B = 8'h1B;

parameter ROW1_C = 8'h1A;

parameter ROW1_D = 8'h1E;

parameter ROW1_E = 8'h1F;

parameter ROW1_F = 8'h1D;

// 显示第二行

parameter ROW2_ADDR = 8'h1C; // 写第2行起始地址

parameter ROW2_0 = 8'h14;

parameter ROW2_1 = 8'h15;

parameter ROW2_2 = 8'h17;

parameter ROW2_3 = 8'h16;

parameter ROW2_4 = 8'h12;

parameter ROW2_5 = 8'h13;

parameter ROW2_6 = 8'h11;

parameter ROW2_7 = 8'h10;

parameter ROW2_8 = 8'h30;

parameter ROW2_9 = 8'h31;

parameter ROW2_A = 8'h33;

parameter ROW2_B = 8'h32;

parameter ROW2_C = 8'h36;

parameter ROW2_D = 8'h37;

parameter ROW2_E = 8'h35;

parameter ROW2_F = 8'h34;

reg [5:0] current_state, next_state; // 现态、次态// FSM: always1

always @ (posedge lcd_clk, negedge rst_n)

if(!rst_n) current_state <= IDLE;

else current_state <= next_state;

// FSM: always2

always

begin

case(current_state)

IDLE : next_state = DISP_SET;

// 写指令，初始化

DISP_SET : next_state = DISP_OFF;

DISP_OFF : next_state = CLR_SCR;

CLR_SCR : next_state = CURSOR_SET1;

CURSOR_SET1 : next_state = CURSOR_SET2;

CURSOR_SET2 : next_state = ROW1_ADDR;

// 显示第一行

ROW1_ADDR : next_state = ROW1_0;

ROW1_0 : next_state = ROW1_1;

ROW1_1 : next_state = ROW1_2;

ROW1_2 : next_state = ROW1_3;

ROW1_3 : next_state = ROW1_4;

ROW1_4 : next_state = ROW1_5;

ROW1_5 : next_state = ROW1_6;

ROW1_6 : next_state = ROW1_7;

ROW1_7 : next_state = ROW1_8;

ROW1_8 : next_state = ROW1_9;

ROW1_9 : next_state = ROW1_A;

ROW1_A : next_state = ROW1_B;

ROW1_B : next_state = ROW1_C;

ROW1_C : next_state = ROW1_D;

ROW1_D : next_state = ROW1_E;

ROW1_E : next_state = ROW1_F;

ROW1_F : next_state = ROW2_ADDR; // 显示第二行

ROW2_ADDR : next_state = ROW2_0; ROW2_0 : next_state = ROW2_1;

ROW2_1 : next_state = ROW2_2;

ROW2_2 : next_state = ROW2_3;

ROW2_3 : next_state = ROW2_4;

ROW2_4 : next_state = ROW2_5;

ROW2_5 : next_state = ROW2_6;

ROW2_6 : next_state = ROW2_7;

ROW2_7 : next_state = ROW2_8;

ROW2_8 : next_state = ROW2_9;

ROW2_9 : next_state = ROW2_A;

ROW2_A : next_state = ROW2_B;

ROW2_B : next_state = ROW2_C;

ROW2_C : next_state = ROW2_D;

ROW2_D : next_state = ROW2_E;

ROW2_E : next_state = ROW2_F;

ROW2_F : next_state = ROW1_ADDR; //

default : next_state = IDLE ;

endcase

end

// FSM: always3

always @ (posedge lcd_clk, negedge rst_n) begin

if(!rst_n)

begin

lcd_rs <= 0;

lcd_data <= 8'hxx;

end

else

begin

// 写lcd_rs

case(next_state)

IDLE : lcd_rs <= 0;

// 写指令，初始化

DISP_SET : lcd_rs <= 0;

DISP_OFF : lcd_rs <= 0;

CLR_SCR : lcd_rs <= 0;

CURSOR_SET1 : lcd_rs <= 0;

CURSOR_SET2 : lcd_rs <= 0;

// 写数据，显示第一行

ROW1_ADDR : lcd_rs <= 0;

ROW1_0 : lcd_rs <= 1;

ROW1_1 : lcd_rs <= 1;

ROW1_2 : lcd_rs <= 1;

ROW1_3 : lcd_rs <= 1;

ROW1_4 : lcd_rs <= 1;

ROW1_5 : lcd_rs <= 1;

ROW1_6 : lcd_rs <= 1;

ROW1_7 : lcd_rs <= 1;

ROW1_8 : lcd_rs <= 1;

ROW1_9 : lcd_rs <= 1;

ROW1_A : lcd_rs <= 1;

ROW1_B : lcd_rs <= 1;

ROW1_C : lcd_rs <= 1;

ROW1_D : lcd_rs <= 1;

ROW1_E : lcd_rs <= 1;

ROW1_F : lcd_rs <= 1;

// 写数据，显示第二行

ROW2_ADDR : lcd_rs <= 0;

ROW2_0 : lcd_rs <= 1;

ROW2_1 : lcd_rs <= 1;

ROW2_2 : lcd_rs <= 1;

ROW2_3 : lcd_rs <= 1;

ROW2_4 : lcd_rs <= 1;

ROW2_5 : lcd_rs <= 1;

ROW2_6 : lcd_rs <= 1;

ROW2_7 : lcd_rs <= 1;

ROW2_8 : lcd_rs <= 1;

ROW2_9 : lcd_rs <= 1;

ROW2_A : lcd_rs <= 1;

ROW2_B : lcd_rs <= 1;

ROW2_C : lcd_rs <= 1;

ROW2_D : lcd_rs <= 1;

ROW2_E : lcd_rs <= 1;

ROW2_F : lcd_rs <= 1;

endcase

// 写lcd_data

case(next_state)

IDLE : lcd_data <= 8'hxx; // 写指令，初始化

DISP_SET : lcd_data <= 8'h38; DISP_OFF : lcd_data <= 8'h08; CLR_SCR : lcd_data <= 8'h01; CURSOR_SET1 : lcd_data <= 8'h06; CURSOR_SET2 : lcd_data <= 8'h0C; // 写数据，显示第一行

ROW1_ADDR : lcd_data <= 8'h80;

ROW1_0 : lcd_data <= row1_val[127:120];

ROW1_1 : lcd_data <= row1_val[119:112];

ROW1_2 : lcd_data <= row1_val[111:104];

ROW1_3 : lcd_data <= row1_val[103: 96];

ROW1_4 : lcd_data <= row1_val[ 95: 88];

ROW1_5 : lcd_data <= row1_val[ 87: 80];

ROW1_6 : lcd_data <= row1_val[ 79: 72];

ROW1_7 : lcd_data <= row1_val[ 71: 64];

ROW1_8 : lcd_data <= row1_val[ 63: 56];

ROW1_9 : lcd_data <= row1_val[ 55: 48];

ROW1_A : lcd_data <= row1_val[ 47: 40];

ROW1_B : lcd_data <= row1_val[ 39: 32];

ROW1_C : lcd_data <= row1_val[ 31: 24];

ROW1_D : lcd_data <= row1_val[ 23: 16];

ROW1_E : lcd_data <= row1_val[ 15: 8];

ROW1_F : lcd_data <= row1_val[ 7: 0];

// 写数据，显示第二行

ROW2_ADDR : lcd_data <= 8'hC0;

ROW2_0 : lcd_data <= row2_val[127:120];

ROW2_1 : lcd_data <= row2_val[119:112];

ROW2_2 : lcd_data <= row2_val[111:104];

ROW2_3 : lcd_data <= row2_val[103: 96];

ROW2_4 : lcd_data <= row2_val[ 95: 88];

ROW2_5 : lcd_data <= row2_val[ 87: 80];

ROW2_6 : lcd_data <= row2_val[ 79: 72];

ROW2_7 : lcd_data <= row2_val[ 71: 64];

ROW2_8 : lcd_data <= row2_val[ 63: 56];

ROW2_9 : lcd_data <= row2_val[ 55: 48];

ROW2_A : lcd_data <= row2_val[ 47: 40];

ROW2_B : lcd_data <= row2_val[ 39: 32];

ROW2_C : lcd_data <= row2_val[ 31: 24];

ROW2_D : lcd_data <= row2_val[ 23: 16];

ROW2_E : lcd_data <= row2_val[ 15: 8];

ROW2_F : lcd_data <= row2_val[ 7: 0];

endcase

end

end

assign lcd_e = lcd_clk; // 数据在时钟高电平被锁存assign lcd_rw = 1'b0; // 只写

// -------------------------------------

// LCD1602驱动模块结束

// -------------------------------------

endmodule