FPGA课程设计报告

北京理工大学

FPGA课程设计报告

题目：基于CPLD的1602字符液晶显示系统设计

院系：基础教育学院

班级： 04111201 学号： 1120120924 学生姓名：李思佳

指导教师：杨爱英

成绩：

2013年5月

基于CPLD的1602字符液晶显示系统设计

一.设计题目：

基于CPLD的1602字符液晶显示系统设计

二．设计要求技术指标：

要求用1602液晶显示字符；

显示内容：学号+英文姓名；

显示方式：流动显示，开关控制字符流动速度及方向；具有暂停和清

屏的功能；

三．设计平台：

QUARTUSII 6.0软件 MARS-1270 CPLD 1602液晶

四．设计思路与设计步骤：

1.1602液晶指令介绍：

要想控制1602液晶显示字符，首先需要弄清楚1602有那些可控管脚，有哪些控制命令，如何控制其显示，如何控制其移动及如何控制其移动速度及方向等，下面首先介绍一下我所要用的指令及管脚等。

（1）接口说明：

（2）基本操作时序：

A.读状态：输入：RS=L，RW=H,E=H, 输出：DB0--DB7=状态字

B.写指令：输入：RS=L，RW=L,E=下降沿脉冲，DBO--DB7=指令码, 输出：无

C.读数据：输入：RS=H，RW=H,E=H,输出：DB0--DB7=数据

D.写数据：输入：RS=H，RW=L,E=下降沿脉冲，DBO--DB7=数据, 输出：无

（3）指令集及其设置说明：

A.清屏指令：

功能：<1> 清除液晶显示器即将DDRAM 的内容全部填入"空白"的ASCII码20H;

<2> 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方;

<3> 将地址计数器(AC)的值设为0。

B.进入设置模式指令：

功能：设定每次定入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。参数设定的情况如下所示：

位名设置

I/D 0=写入新数据后光标左移 1=写入新数据后光标右移 S 0=写入新数据后显示屏不移 1=写入新数据后显示屏整体右移1字符

C.显示开关控制指令：

功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下：

位名设置

D 0=显示功能关 1=显示功能开

C 0=无光标 1=有光标

B 0=光标闪烁 1=光标不闪烁

D.设定显示屏或光标移动方向指令：

功能：使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下：

S/C R/L 设定情况

0 0 光标左移1格，且AC值减1

0 1 光标右移1格，且AC值加1

1 0 显示器上字符全部左移一格，但光标不动

1 1 显示器上字符全部右移一格，但光标不动

E.功能设定指令：

功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。参数设定的情况如下：位名设置

DL 0=数据总线为4位 1=数据总线为8位

N 0=显示1行 1=显示2行

F 0=5×7点阵/每字符 1=5×10点阵/每字符

F.设定CGRAM地址指令：

功能：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。

DB5DB4DB3 为字符号，也就是你将来要显示该字符时要用到的字符地址。(000~111)（能定义八个字符）

DB2DB1DB0为行号。（000~111）（八行）

G.设定DDRAM地址指令;

功能：设定下一个要存入数据的DDRAM的地址。

H.数据写入DDRAM或CGRAM指令：

功能：<1> 将字符码写入DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符;

<2> 将使用者自己设计的图形存入CGRAM。

DB7DB6DB5可为任何数据，一般取“000”。

DB4DB3DB2DB1DB0对应于每行5点的字模数据。

2.设计流程：

弄懂1602中各种管脚及其控制方法以及各种指令的指令码后，就可以进行程序的编写了，首先整理一下编写流程：

初始化

设置状态

状态转换

3.设计源程序：

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity lcd_1602 is

Port ( clk : in std_logic;

reset:in std_logic;

lcdrs : out std_logic; --读或写指令|数据控制端

lcdrw : out std_logic; --读|写控制端

lcden : buffer std_logic; --使能端

data : out std_logic_vector(7 downto 0);

key1: in std_logic; --拨码开关控制移动与不动；

key2: in std_logic);

end lcd_1602;

Architecture Behavioral of lcd_1602 is

Type state is

(set_qingping,set_nobusy,set_cursor,set_switch,set_ddram,write_data,s

et_ddram1,write_data1,set_ddram2,write_data2,set_ddram3,write_data3,s

et_ddram4,write_data4,set_ddram5,write_data5, set_ddram6,write_data6,

set_ddram7,write_data7,set_ddram8,write_data8,set_ddram9,write_data9, set_ddram10,write_data10,set_ddram11,write_data11,set_ddram12,write_d

ata12,set_ddram13,write_data13,set_ddram14,write_data14,set_ddram15,w

rite_data15,set_ddram17,write_data17,set_ddram16,write_data16,set_ddr

am18, write_data18,set_ddram19,write_data19,set_ddram20,write_data20, set_ddram21,write_data21,set_ddram22,write_data22,set_ddram23,write_d

ata23,set_cgram,write_cgram,set_ddram24,write_data24,set_ddram25,writ

e_data25,shift_cur,shift_display); --定义各种状态

type ram2 is array(0 to 7) of std_logic_vector(7 downto 0);

constant cgram:ram2:=(("00011111"),("00000100"),("00000100"),

("00011111"),("00000100"),("00000100"),("00000100"),("00011111"));

--把“王”字字模写入数组；

signal current_state:state;

signal clkcnt: std_logic_vector(18 downto 0);

Constant divcnt:std_logic_vector(18 downto 0):="1111001110001000000";

signal clkdiv: std_logic;

signal tc_clkcnt: std_logic;

signal clk_int: std_logic;

signal clkdiv2: std_logic;

signal clkdiv3: std_logic;

signal clkdiv6: std_logic；

begin

lcdrw <= '0' ; --读写控制端设为写有效

process(clk,reset)

Begin

if(reset='0')then

clkcnt<="0000000000000000000";

elsif(clk'event and clk='1')then

if(clkcnt=divcnt)then

clkcnt<="0000000000000000000";

else

clkcnt<=clkcnt+1; --对系统时钟进行分频使其工作周期为12.5ms

end if;

end if;

end process；

tc_clkcnt<='1' when clkcnt=divcnt else '0'; --tc_clkcnt为12.5ms

process(tc_clkcnt,reset)

begin

if(reset='0')then

clkdiv<='0';

elsif(tc_clkcnt'event and tc_clkcnt='1')then

clkdiv<=not clkdiv; --进一步分频使clkdiv=2*12.5ms;

end if;

end process;

process(clkdiv,reset)

begin

if(reset='0')then

clk_int<='0';

elsif(clkdiv'event and clkdiv='1')then

clk_int<= not clk_int; --再进一步分频使clk_int=4*12.5ms

end if;

end process;

process(clk_int,reset)

begin

if(reset='0')then

clkdiv2<='0'; --再进一步分频使clkdiv2=8*12.5ms elsif(clk_int'event and clk_int='1')then

clkdiv2<= not clkdiv2;

end if;

end process;

process(clkdiv2,reset)

begin

if(reset='0')then

clkdiv3<='0'; --再进一步分频使clkdiv3=16*12.5ms elsif(clkdiv2'event and clkdiv2='1')then

clkdiv3<= not clkdiv3;

end if;

end process;

process(clkdiv3,reset)

begin

if(reset='0')then

clkdiv6<='0'; --还是进一步分频使clkdiv6=32*12.5ms elsif(clkdiv3'event and clkdiv3='1')then

clkdiv6<= not clkdiv6;

end if;

end process;

process(clkdiv3,reset)

begin

if(reset='0')then

lcden<='0';

elsif(clkdiv3'event and clkdiv3='0')then

lcden<= not lcden; --设置使能信号频率

end if;

end process;

附注：进行多次分频的目地是为了使字符显示速度及移动速度等合适，便于观察。control:process(clk,reset,current_state)

variable cnt1: std_logic_vector(3 downto 0); --控制各种状态及其转换begin

if reset='0'then

current_state<=set_nobusy ;

cnt1:=(others => '1');

lcdrs<='0';

elsif rising_edge(clkdiv6)then

--使用clkdiv6是为了和lcden吻合，达到使能目地

current_state <= current_state ;

lcdrs <= '0';

case current_state is

when set_nobusy=> --测试空闲状态

data<="00111000";--38H

current_state<=set_cursor;

when set_cursor=>

data<="00000110"; --进入模式设置状态写入新数据后光标右移

current_state<=set_switch;

when set_switch=>

data<="00001100"; --显示开关控制状态;显示功能开

current_state<=set_qingping;

when set_qingping=>

data<="00000001"; --清屏指令

current_state<=set_ddram;

when set_ddram=>

data<="10000000"; --设置要显示数据的位置：第1行第1列80H

current_state<=write_data;

when write_data=>

lcdrs<='1';

data<="00110001";--设置要显示的数据1

current_state<=set_ddram1;

when set_ddram1=>

lcdrs<='0'; -- 设置要显示数据的位置：第1行第2列81H

data<="10000001";

current_state<=write_data1；

when write_data1=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据2

data<="00110010";

current_state<=set_ddram2;

when set_ddram2=>

lcdrs<='0'; -- 设置要显示数据的位置：第1行第3列82H

data<="10000010";--82H

current_state<=write_data2;

when write_data2=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据8

data<="00111000";

current_state<=set_ddram3;

when set_ddram3=>

lcdrs<='0';-- 设置要显示数据的位置：第2行第4列83H

data<="10000011";

current_state<=write_data3;

when write_data3=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据8

data<="00111000";

current_state<=set_ddram4;

when set_ddram4=>

lcdrs<='0'; -- 设置要显示数据的位置：第1行第5列84H

data<="10000100";--82H

current_state<=write_data4;

when write_data4=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据4

data<="00110100";

current_state<=set_ddram5;

when set_ddram5=>

lcdrs<='0';

data<="10000101"; -- 设置要显示数据的位置：第1行第6列85H current_state<=write_data5;

when write_data5=>

lcdrs<='1';

data<="00110000"; --设置要显示的数据0

current_state<=set_ddram6;

when set_ddram6=>

lcdrs<='0';

data<="10000110";-- 设置要显示数据的位置：第1行第7列86H

current_state<=write_data6;

when write_data6=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据1

data<="00110001";

current_state<=set_ddram7;

when set_ddram7=>

lcdrs<='0';

data<="10000111";-- 设置要显示数据的位置：第1行第8列87H

current_state<=write_data7;

when write_data7=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据5

data<="00110101";

current_state<=set_ddram8;

when set_ddram8=>

lcdrs<='0';

data<="10001000";-- 设置要显示数据的位置：第1行第9列88H

current_state<=write_data8;

when write_data8=>

lcdrs<='1';

data<="00101101"; --设置要显示的数据-

current_state<=set_ddram9;

when set_ddram9=>

lcdrs<='0';

data<="10001001";-- 设置要显示数据的位置：第1行第10列89H current_state<=write_data9;

when write_data9=>

lcdrs<='1';

data<="01011010"; --设置要显示的数据Z

current_state<=set_ddram10;

when set_ddram10=>

lcdrs<='0';

data<="10001010";-- 设置要显示数据的位置：第1行第11列90H current_state<=write_data10;

when write_data10=>

lcdrs<='1';

data<="01000111"; --设置要显示的数据G

current_state<=set_ddram11;

when set_ddram11=>

lcdrs<='0';

data<="10001011";-- 设置要显示数据的位置：第1行第12列91H current_state<=write_data11;

when write_data11=>

lcdrs<='1';

data<="01001100"; --设置要显示的数据L

current_state<=set_ddram12;

when set_ddram12=>

lcdrs<='0';

data<="11000000";-- 设置要显示数据的位置：第2行第1列C0H current_state<=write_data12;

when write_data12=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据1

data<="00110001";

current_state<=set_ddram13;

when set_ddram13=>

lcdrs<='0';

data<="11000001";-- 设置要显示数据的位置：第2行第2列C1H

current_state<=write_data13;

when write_data13=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据2

data<="00110010";

current_state<=set_ddram14;

when set_ddram14=>

lcdrs<='0';

data<="11000010";-- 设置要显示数据的位置：第2行第3列C2H

current_state<=write_data14;

when write_data14=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据8

data<="00111000";

current_state<=set_ddram15;

when set_ddram15=>

lcdrs<='0';

data<="11000011";-- 设置要显示数据的位置：第2行第4列C3H

current_state<=write_data15;

when write_data15=>

lcdrs<='1';

data<="00111000";--设置要显示的数据8

current_state<=set_ddram16;

when set_ddram16=>

lcdrs<='0';

data<="11000100";-- 设置要显示数据的位置：第2行第5列C4H

current_state<=write_data16;

when write_data16=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据4

data<="00110100";

current_state<=set_ddram17;

when set_ddram17=>

lcdrs<='0';

data<="11000101";-- 设置要显示数据的位置：第2行第6列C5H

current_state<=write_data17;

when write_data17=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据0

data<="00110000";

current_state<=set_ddram18;

when set_ddram18=>

lcdrs<='0';

data<="11000110";-- 设置要显示数据的位置：第2行第7列C6H

current_state<=write_data18;

when write_data18=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据2

data<="00110010";

current_state<=set_ddram19;

when set_ddram19=>

lcdrs<='0';

data<="11000111";-- 设置要显示数据的位置：第2行第8列C7H

current_state<=write_data19;

when write_data19=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据8

data<="00111000";

current_state<=set_ddram20;

when set_ddram20=>

lcdrs<='0';

data<="11001000";-- 设置要显示数据的位置：第2行第9列C8H

current_state<=write_data20;

when write_data20=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据-

data<="00101101";

current_state<=set_ddram21;

when set_ddram21=>

lcdrs<='0';

data<="11001001";-- 设置要显示数据的位置：第2行第10列C9H current_state<=write_data21;

when write_data21=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据X

data<="01011000";

current_state<=set_ddram22;

when set_ddram22=>

lcdrs<='0';

data<="11001010";-- 设置要显示数据的位置：第2行第11列CAH

current_state<=write_data22;

when write_data22=>

lcdrs<='1'; --设置要显示的数据H

data<="01001000";

current_state<=set_ddram23;

when set_ddram23=>

lcdrs<='0';

data<="11001011";-- 设置要显示数据的位置：第2行第12列CBH current_state<=write_data23；

when write_data23=>

lcdda<='1'; --设置要显示的数据Y

data<="01011001";

current_state<=set_cgram;

when set_cgram=>

lcdda<='0';

data<="01000000"; --设定CGRAM地址指令；

current_state<=write_cgram;

when write_cgram=>

lcdda<='1';

cnt1:=cnt1+1; --向CGRAM中写入“王”字；

data<=cgram(conv_integer(cnt1));

if cnt1 = "1000" then

current_state<=set_ddram24;

end if;

when set_ddram24=>

lcdda<='0'; --设定王字的显示位置第1行第13列 92H

data<="10001100";

current_state<=write_data24;

when write_data24=>

lcdda<='1'; --设置要显示的王字

data<="00000000";

current_state<=set_ddram25;

when set_ddram25=>

lcdda<='0'; --设定王字的显示位置第2行第13列 CCH

data<="11001100";

current_state<=write_data25;

when write_data25=>

lcdda<='1'; --设置要显示的王字

data<="00000000";

if key1='1' then

current_state<=shift_cur;

elsif key2='1' then

current_state<=shift_display;

end if;

when shift_cur=>

lcdda<='0';

data<="00010100";

current_state<=shift_cur;

when shift_display=>

lcdda<='0';

data<="00011100";

when others=>null;

end case;

end if;

end process;

end Behavioral；

4.设计结果：

显示12884015-ZGL王

12884028-XHY 王

5.自定义汉字显示：

步骤如下：

1.先将自定义字符或汉字写入CGRAM，如下图定义A的字模一样所示：如果想自定义一个"十"，则八行的字符串构成一个数组，每个元素是一个八位的二进制字符串，则十所构成的字模为（不够八位的前三位补零）：

data[8]=(“00000100”，“00000100”，“00000100”，“00011111”，“00000100”，“00000100”，“00000100”，“00000100”，)

把这个数组写到CGRAM中某一个位置中，比如第一个留下来的位置中，则这个“十”字就可以和CGROM中已有的字符一样的显示到液晶中了。

共七行（剩余略去）

五．设计总结：

要想控制1602液晶显示，首先需要了解1602的各种参数指令及控制，其次就是需要熟悉QUARTUSII 6.0软件的用法，会使用VHDL语言来编写程序控制，在写程序时还需注意各种状态之间的转换，特别注意时钟的协调设置，程序比较长，比较繁琐，要注意有耐心且一定要细心认真。

六．设计体会：

通过这一周的忙碌，终于把我和组员的学号及姓名的首字母成功的显示到了1602液晶上，通过这次课程设计，我们组再一次巩固了FPGA的有关知识，更深入的掌握了VHDL语言的用法，更重要的是我们学会了利用mars-1270编写程序去控制1602液晶显示，掌握了1602的各种指令及控制方法，虽然很累，中间遇到了很多困难，但在老师和同学的帮助下，最终还是完成了，我们很满意。过程很累，程序很繁琐，让人看着头疼，但在老师和同学的鼓励和帮助下，最终胜利完成任务的感觉还是非常好的，再次感谢郑老师和田同学的耐心帮助。

附：

CGROM中部分字符码与部分字符字模关系对照表：

参考文献：

1.CPLD/FPGA设计及应用罗朝霞高书莉著人民邮电出版社

2.液晶LCD1602中文资料 https://www.360docs.net/doc/b51438072.html,/ball648500361

3.单片机及接口技术

4.EDA技术及应用谭会生著西安电子科技大学出版社

5.1602字符液晶 https://www.360docs.net/doc/b51438072.html,/view/1871999.htm

6. LCD1602液晶中文资料(最新)

https://www.360docs.net/doc/b51438072.html,/view/b1c0aeff04a1b0717fd5dd2b.html