話不多說先上圖
前言
在做這個實驗的時候在網上找了許多資料，都是關於使用單片機驅動LCD顯示，確實用單片機驅動是要簡單不少，記得在FPGA學習交流群里問問題的時候，被前輩指教，說給我最好的指教便是別在玩這個了，多看看關於FPGA方面的書籍，比做這個單片機做的東西價值強多了。現在想來確實，自從學習FPGA以來，看過的書沒有多少，只是想做個什么了，就在網上找找例程，照抄下來，把算法推理一遍，下個板子實現了，便以為自己會了懂了，要是自己在寫一個便問題百出。那么菜鳥始終是菜鳥。自己根本沒有掌握FPGA的設計思想和優勢，用着FPGA做着單片機的東西，這種東西練練手就足夠了，所以，做完這個實驗LCD就到此為止了，我也要好好想想該如何進行下面的學習了。在這個上面我還是花費了不少時間，所以寫一篇博文總結記錄想，回頭看的時候，以警醒自己。
摘要
做完這個實驗我最大的感觸是一定要會讀數據手冊。拿到元件（LCD12864），上面有16個的引腳，先要搞清楚每個引腳的功能，這時候就一定要會讀數據手冊。我個qc12864b的中文手冊琢磨了很久才看懂了一些簡單的操作指令，包括在手冊上要提取出來，元件的驅動時序，掃描時鍾，引腳定義，操作指令，功能描述等。
LCD顯示原理
掃描時鍾
從手冊上可以讀出，qc12864b（這是我所使用LCD12864的型號）的掃描時鍾介於470—590khz之間，最適為530khz，為了方便分頻，所以取500khz。
引腳說明
VSS 電源地，0v ——接開發板GND就行
VDD 電源正極（5v，3.3v）
VO 液晶顯示偏壓，調整對比度
RS RS=1時，當mpu進行讀模塊操作，指向地址寄存器
當mpu進行寫模塊操作，指向指令寄存器
RS=0時，無論進行讀/寫操作，都指向數據寄存器
R/W 高電平讀操作，低電平寫操作
E 使能信號，高電平讀取信息，下降沿執行命令
DB0 數據總線第0位
DB1 數據總線第1位
DB2 數據總線第2位
DB3 數據總線第3位
DB4 數據總線第4位
DB5 數據總線第5位
DB6 數據總線第6位
DB7 數據總線第7位
PSB 串並控制端口,H為並行，L為串行,直接接5v
RST 液晶復位端口，低電平有效
A 背光正極輸入，調整電壓大小可以調整亮度
K 背光負極輸入，一般直接接地
指令說明
具體指令說明，這里就不一一列出，可查閱qc12864b中文數據手冊，我在閱讀這一部分的時候耗費了很長時間，這些指令是驅動LCD顯示文字與圖片的核心，所以必須要掌握。
並口顯示時序
Verilog實現方案
從時序圖可以看出在使能信號的一個周期內可以完成寫入數據操作，掃描時鍾與使能信號周期相同即可。
狀態轉移圖
狀態機初始化位置 IDLE lcd_data = 8’hzz
功能設計 SETFUNCTION lcd_data = 8’h36//擴充指令繪圖顯示
顯示設置 SWITCHMODE lcd_data = 8’h0c//顯示狀態
清屏 CLEAR lcd_data = 8’h01//清零指令
設置Y坐標 SETDDRAM_Y
設置X坐標 SETDDRAM_X
寫入數據 WRITERAM
結束 STOP
繪圖指令下的坐標圖
代碼如下
1 module lcd_qc12864b( 2 input mclk, 3 input rst_n, 4 output reg lcd_rs,//H讀寫數據，L指令 5 output lcd_rw, //高電平讀操作，低電平寫操作 6 output lcd_e,//使能信號高電平有效 7 output reg [7:0]lcd_data,//八位數據總線 8 output psb,//串並控制端口,H為並行，L為串行,直接接5v 9 output lcd_rst//液晶的復位端口，低電平有效 10 ); 11 12 reg lcd_clk;//需要500khz頻率的時鍾 13 reg [7:0] state;//狀態機寄存器 14 reg [23:0] cnt;//分頻驅動12864計數器 15 reg flag = 1'b1;//顯示完成標志 16 reg [9:0] char_cnt;// 17 wire [7:0] data_disp;//一個字節是八位,一個英文字符是一個字節，中文是倆個字節 18 reg [5:0] cnt1;//行計數 19 20 parameter T500KHZ=24'd49999; 21 22 //分頻500khz時鍾 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 //狀態機8個狀態設置 38 parameter IDLE = 8'b00_000_000,//初始狀態 39 SETFUNCTION = 8'b00_000_001,//功能設置 40 SWITCHMODE = 8'b00_000_010,//設置顯示開和光標閃爍關閉 41 CLEAR = 8'b00_000_100,//清屏操作 42 SETDDRAM_Y = 8'b00_010_000,//設置y軸坐標 43 SETDDRAM_X = 8'b00_100_000,//設置x軸坐標 44 WRITERAM = 8'b01_000_000,//寫設置寫入寄存器 45 STOP = 8'b10_000_000;//LCD操作停止，釋放其控制 46 47 //三段式書寫狀態機 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;//寫數據模式 55 else 56 lcd_rs <= 1'b0;//寫命令模式 57 end 58 end 59 60 //lcd_rst始終為高電平，psb始終為低電平即可 61 assign lcd_rst = 1'b1; 62 assign psb = 1'b1; 63 assign lcd_rw = 1'b0;//只是寫操作，不需要讀操作 64 assign lcd_e = (flag==1)?lcd_clk:1'b0;//使能信號與液晶時鍾同步 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;//功能設置，8-bit+基本指令集0x30 78 lcd_data <= 8'h36; 79 end 80 81 SETFUNCTION:begin 82 state <= SWITCHMODE;//設置顯示開和光標閃爍關閉 83 lcd_data <= 8'h36; 84 end 85 86 SWITCHMODE:begin 87 state <= CLEAR; 88 lcd_data <= 8'h3e;//顯示設置，全顯示開，光標和閃爍關 89 end 90 CLEAR:begin//清屏操作 91 state <= SETDDRAM_Y;//點設置 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 //計算行 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，釋放其控制 125 end 126 default: state <= IDLE;//回到初始狀態 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
配置ROM
有分布式ROM/ROM和塊ROM/RAM，這里配置的是塊ROM/RAM。這兩種方式具體我也不是了解很深，以后再深入學習。
該實驗最讓我頭疼的是調用ROM，第一次接觸IP核有許多地方都完全不懂。用LCD（帶中文字庫）顯示文字的時候，可以直接輸入文字的十六進制數值，設置顯示地址坐標即可，12864顯示原理點陣控制點的亮滅來實現，但是如果要顯示圖片的話一個個輸入難免太過麻煩，這個時候調用ROM就方便許多。找一張或做一張像素為128x64的單色圖片，使用取模軟件，按c51的方式取模。取模出來的數據為十六進制，行8個，64個。
配置塊RAM/ROM時，要加載的是.coe文件，所以需要將取模的十六進制數據保存到.coe文件中。最開始我一直在找如何能直接將圖片取模出來的數據轉化成.coe文件，試了很多方法都失敗了，最后發現完全可以自己按文件格式編輯一個即可，最終文件保存格式如下。
將圖片取模出來的每個數據前的ox去掉，這只是C語言中16進制的表示形式，文件第一行的MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=16;表示數據全都為16進制數，這里的16可以換成8、2、10都行。
打開ISE建立工程后，新建文件，選擇IP（CORE Generator & Architecture Wizard），填寫文件名，next
找到Memories & Storage Elements單擊，選擇RAMs & ROMs單擊，選擇Block Memory Generator 7.3，next，finish。
上面直接next，下面這里選Single Port ROM，next
這里要填寫數據位寬和深度，位寬是你所需要輸出的數據位寬，LCD有8個數據位，故這里定義位寬為8，深度即有多少個這樣的數據，從取模出來的數據看，易得共有1024個數據位。我使用的basys2開發板使用的是Xilinx Spantan3E—100TQ144 FPGA包含73728位的塊RAM/ROM。因此，使用的塊RAM的最大容量為9216字節或4608個16位字。從這里來看，是完全夠用的。
Next，加載.coe數據文件，勾選Load Init File 加載.coe文件，我這里是在桌面上保存着，直接找到選擇就好。
然后一直點擊next直至最后一個界面，最后點擊Generate，生成rom.xco。生成的IP核在工程目錄下的ipcore_dir文件中。
將rom.v文件打開端口定義如下，直接在頂層文件對其實例化，如代碼所示
最后可直接仿真，新建tb文件查看仿真傳輸數據是否正確。由波形圖可得在功能設定指令傳輸完畢后，進入讀數據狀態，所讀入的數據與文件中數據相符，一行數據傳輸完畢進入下一行，繼續讀入數據，仿真圖結果正確。下板子也正確。
最開始學習FPGA，最容易出現的就是兩個問題，一個是把verilog當C語言來寫，另一個就是把FPGA當單片機來用。前者我已經有了改善，后者我還需要繼續努力。
轉載請注明出處：NingHeChuan（寧河川）
個人微信訂閱號：NingHeChuan
如果你想及時收到個人撰寫的博文推送，可以掃描左邊二維碼（或者長按識別二維碼）關注個人微信訂閱號
知乎ID：NingHeChuan
微博ID：NingHeChuan