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基于FPGA的LCD1602原理綜述

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ID:323700 發(fā)表于 2018-5-6 19:53 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
LCD1602的簡(jiǎn)單使用原理——跟大家分享我學(xué)習(xí)1602的總結(jié)與體會(huì)
我的總結(jié)主要分為這幾部分：
①LCD1602的硬件特性及引腳功能
②LCD1602的時(shí)序特性
③LCD1602的使用原理（包括帶字庫(kù)和不帶字庫(kù)的簡(jiǎn)要使用方法，控制顯示指令）
④基于FPGA的LCD1602使用案例

Part 1.  LCD1602的硬件特性及引腳功能
   LCD1602顧名思義是一種02*16，即為兩行十六列的液晶顯示屏，液晶兩行，每行可以顯示16個(gè)字符，但是CGRAM及CGROM里面一共有160個(gè)字符，包括阿拉伯?dāng)?shù)字，英文字母大小寫，常用符號(hào)及日文。每個(gè)字符對(duì)應(yīng)于一個(gè)ASCII碼值，在液晶顯示屏上顯示對(duì)應(yīng)的字符時(shí)候，只需要將對(duì)應(yīng)的ASCII碼寫到DDRAM中就好，詳細(xì)的步驟會(huì)在下面細(xì)說(shuō)。液晶板上排列著5*8的字符點(diǎn)陣，8行，每行5個(gè)點(diǎn)位，高電平1就是該點(diǎn)顯示，低電平0就是該點(diǎn)不顯示。
  • 引腳功能：
RS,R/W,E控制數(shù)據(jù)端口DB0~DB7，數(shù)據(jù)的命令的讀寫由控制端口控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)端口傳輸。端口其他特性這里不再贅述，詳細(xì)見(jiàn)1602液晶手冊(cè)。O(∩_∩)O
二、硬件特性：
①CGRAM 和CGROM
CGRAM:character generator ram   CGROM:character generator rom
CGRAM的地址空間：
CGRAM的地址是0x40~0x7F, 64個(gè)地址空間，每個(gè)地址雙字節(jié)，一共128字節(jié)，一個(gè)字符  是8個(gè)字節(jié)，所以一共能顯示8個(gè)自定義字符（每個(gè)雙字節(jié)地址只有一個(gè)字節(jié)是被自定義字符數(shù)據(jù)寫入的，另外個(gè)字節(jié)無(wú)效，因?yàn)镃GARM的字符代碼的規(guī)定，詳細(xì)原因見(jiàn)下面）
字符對(duì)應(yīng)的區(qū)位碼如下圖所示：
CGRAM: 字符產(chǎn)生ram，用來(lái)存放用戶自定義的字符，如上圖的兩條（1）~（8），區(qū)位碼為0x00~0x0F.0x00~0x07對(duì)應(yīng)于（1）~（8）；0x08~0x0F對(duì)應(yīng)于下一條（1）~（8），雖然看起來(lái)有16個(gè)地址，但是其實(shí)只要8個(gè)地址可用，CGRAM的“字符碼”規(guī)定0~2為地址，3位無(wú)效，4~7位全為0，因此CGRAM的字符碼等效為0000X111，X為無(wú)效位，最后三位的地址只要八個(gè)，所以實(shí)際能用的只有8個(gè)。
其他為CGROM中自帶的字符，區(qū)位碼從0x21~0x7F，以各自的ASCII碼作為區(qū)位碼表示的基本字符。
將自定義的字符字模數(shù)8*8據(jù)寫入，字符數(shù)據(jù)有八行，每行八位點(diǎn)陣。
②DDRAM
DDRAM：data display ram數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)器
DDRAM的地址空間與屏幕的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖：

DDRAM的地址空間一共有80字節(jié)

在1602中，我們只要前面16行就行，其地址和屏幕的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

Part 2.  LCD1602的時(shí)序特性
讀狀態(tài)：RS=0 ,RW=1，E=1
讀數(shù)據(jù)：RS=1，RW=1，E=1


寫命令：RS=0，RW=0，E=下降沿脈沖;DB0~DB7指令字
寫數(shù)據(jù)：RS=1，RW=0，E=下降沿脈沖;DB0~DB7數(shù)據(jù)
在E=1的時(shí)候?qū)懭霐?shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)寫完之后，E來(lái)一個(gè)下降沿，把數(shù)據(jù)送到LCD。

Part4.LCD1602的指令功能
  • Display Clear清屏指令設(shè)置
   
<1>cursor move to first digit
<2>地址計(jì)數(shù)器AC的值設(shè)置為0；
  • Return Home光標(biāo)歸位
<1>把光標(biāo)撤回到顯示器的左上方
<2>把地址計(jì)數(shù)器Ac設(shè)置為0；
<3>保持DDRAM的值不變
  • Entry Mode set輸入模式設(shè)置指令
Function:
I/D   set cursor move direction H:increase L:decrease
寫入數(shù)據(jù)之后的光標(biāo)移動(dòng)的方向H:右移L：左移
S    specifies shift of display H:display is shifted L:display is not shifted
寫入一個(gè)數(shù)據(jù)之后顯示屏移動(dòng)或者不移動(dòng)
  • Display On/off顯示開(kāi)關(guān)控制指令
  
D：H：顯示開(kāi)； L：顯示關(guān)
C：H：光標(biāo)開(kāi)   L：光標(biāo)關(guān)
B：H: 光標(biāo)閃爍 L：光標(biāo)不閃爍
  • Shift 設(shè)置顯示屏或者光標(biāo)移動(dòng)的方向
S/C:顯示屏還是光標(biāo) H：顯示屏移動(dòng)L：光標(biāo)移動(dòng)
Ｒ/L：向左移動(dòng)還是向右移動(dòng)H：右移L;左移（光標(biāo)右移：AC值加1；光標(biāo)左移：AC值減1）
  • Set Function
DL：data length                            L：數(shù)據(jù)總線為4位    H：數(shù)據(jù)總線為8位
N  ：number line                            L：1行 顯示         H：2行顯示
F ：                               L：5×7點(diǎn)陣/每字符    H：5×10點(diǎn)陣/每字符
7、Set CGRAM Address
設(shè)置CGRAM的地址，我們將我們自定義的字模數(shù)據(jù)存入對(duì)應(yīng)的地址，從0x40~0x7F，128字節(jié)，8個(gè)字符的字模數(shù)據(jù)可存入。
  • Set  DDRAM Address,(表格中寫錯(cuò)了，是DDRAM)
與CGRAM一樣，在往DDRAM里面寫入想要顯示的字符的字符區(qū)位碼的之前需要將存儲(chǔ)字符區(qū)位碼的地址首先寫入。DDRAM的地址空間以上已述。(加地址的時(shí)候我們要加上0x80,因?yàn)閷懭氲刂返臅r(shí)候DB7必須為1）
  • Read Busy Flag and the Address讀取忙碌標(biāo)志和地址計(jì)數(shù)器的值
ＢF：H：忙碌，表示無(wú)法結(jié)束單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)；L：準(zhǔn)備就緒，可以接受數(shù)據(jù)
當(dāng)內(nèi)部操作正在進(jìn)行的時(shí)候，讀取BF的值
AC：讀取地址計(jì)數(shù)器的值
  • 數(shù)據(jù)寫入CGRAM和DDRAM
  • 從CGRAM和DDRAM讀取數(shù)據(jù)

Part5.LCD1602的簡(jiǎn)要原理

顯示字庫(kù)中本來(lái)就有的字符和顯示自定義的字符
  • 顯示字庫(kù)中本來(lái)就有的字符

步驟一：系統(tǒng)初始化和LCD初始化
步驟二：LCD液晶屏上面每個(gè)字符對(duì)應(yīng)于DDRAm的地址，你想要把字符寫進(jìn)屏幕哪個(gè)位置，就往DDRAM寫入該位置所對(duì)應(yīng)的地址。（對(duì)應(yīng)的地址在上述已說(shuō)）
步驟三：字庫(kù)中本來(lái)已經(jīng)存在的字符各自有對(duì)應(yīng)的字符區(qū)位碼，其實(shí)就是每個(gè)字符對(duì)應(yīng)的ASCII碼（見(jiàn)字符表格）。你要顯示哪個(gè)字符，只要將該字符對(duì)應(yīng)的ASCII碼寫入DDRAM就搞定了，這個(gè)是很簡(jiǎn)單的。

  • 顯示自定義的字符
其實(shí)顯示自定義的字符和字庫(kù)字符差不多的，只需要將你自定義的字符用取模工具得到字模的數(shù)組數(shù)據(jù)之后。之后的步驟和顯示字庫(kù)字符是一樣一樣滴。
步驟一：系統(tǒng)初始化和LCD初始化
步驟二：搞清楚字符點(diǎn)陣的格式是5*8,通過(guò)取字模工具得出自定義字符的字模數(shù)據(jù)，再寫入相應(yīng)的CGRAM地址，一個(gè)地址寫入一個(gè)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（一個(gè)字節(jié)的8位，前3位為0，點(diǎn)陣的格式5*8）
步驟三：同顯示字庫(kù)中本來(lái)就有的字符一樣的做法
Part 6. 基于FPGA的LCD1602使用案例

以下的程序例子是基于FPGA的液晶1602時(shí)鐘，是利用自帶字庫(kù)的方式顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，主要通過(guò)時(shí)鐘控制狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)1602的工作程序（尚未驗(yàn)證嘿嘿）
  1. library ieee;
  2. use ieee.std_logic_1164.all;
  3. use ieee.std_logic_arith.all;
  4. use ieee.std_logic_unsigned.all;
  5. entity lcd is
  6. port(
  7. clk:in std_logic;
  8. rw:out std_logic;
  9. rs:out std_logic;
  10. lcd_rst:out std_logic;
  11. data:out std_logic_vector( 7 downto 0);
  12. en:out std_logic
  13. );
  14. end lcd;
  15. architecture lcd1602 of lcd is
  16. signal clk_1m:std_logic:='1';
  17. signal clk_1s:std_logic:='1';
  18. type state is(s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8,s9,s10);--定義狀態(tài)類型case語(yǔ)句上有具體說(shuō)明
  19. signal current_s:state:=s0;
  20. type data_buffer is array(0 to 9) of std_logic_vector(7 downto 0);---定義數(shù)組類型
  21. signal
  22. date_buf:data_buffer:=(x"30",x"31",x"3a",x"33",x"34",x"3a",x"36",x"37",x"2a",x"2a");
  23. signal shi,fen,miao:integer range 0 to 100:=0;
  24. signal shi1,fen1,miao1:integer range 0 to 100:=0;
  25. begin
  26. process(clk)---對(duì)CLK 50M進(jìn)行分頻系數(shù)為50的分頻clk_1m
  27. variable cnt:integer range 0 to 10000;---得到1M的時(shí)鐘
  28. begin
  29. if clk'event and clk='1' then

  31. if cnt=24 then
  32. clk_1m <= not clk_1m;cnt:=0;
  33. else cnt:=cnt+1;
  34. end if;
  35. end if;
  36. end process;
  37. process(clk)
  38. variable cnt:integer range 0 to 10000;
  39. variable cnt1:integer range 0 to 5000;
  40. begin
  41. if clk'event and clk='1' then

  43. if cnt=24900000 then ---cnt:0~24900000counter
  44. clk_1s <= not clk_1s;cnt:=0;------fenpin  clk_1s
  45. elsif cnt1=2000 then cnt:=cnt+1;cnt1:=0;---cnt1: 0~2000 counter
  46. else cnt1:=cnt1+1;
  47. end if;
  48. end if;
  49. end process;
  50. process(clk_1s)
  51. begin
  52. if clk_1s'event and clk_1s='1' then
  53.    if miao =59 then            
  54.              miao<=0;
  55.              if fen=59 then
  56.                            fen<=0;
  57.                            if shi=23 then
  58.                            shi<=0;
  59.                            else shi<=shi+1;
  60.                            end if;            
  61.              else fen<=fen+1;
  62.              end if;
  63.     else miao<=miao+1;
  64.    end if;
  65. end if;
  66. date_buf(0)<=conv_std_logic_vector (shi /10 ,8)+x"30";--強(qiáng)制轉(zhuǎn)換邏輯矢量，8bit
  67. date_buf(1)<=conv_std_logic_vector (shi mod 10,8)+x"30";
  68. date_buf(3)<=conv_std_logic_vector (fen /10,8)+x"30";
  69. date_buf(4)<=conv_std_logic_vector (fen mod 10,8)+x"30";
  70. date_buf(6)<=conv_std_logic_vector (miao /10,8)+x"30";
  71. date_buf(7)<=conv_std_logic_vector (miao mod 10 ,8)+x"30";
  72. end process;

  74. process(clk_1m,current_s,date_buf)
  75. variable i:integer range 0 to 11:=0;
  76. variable cnt1:integer range 0 to 100;
  77. variable cnt2:integer range 0 to 100;
  78. variable cnt3:integer range 0 to 100;
  79. variable cnt4:integer range 0 to 100;
  80. variable cnt5:integer range 0 to 100;
  81. variable cnt6:integer range 0 to 100;
  82. variable cnt7:integer range 0 to 100;
  83. variable cnt8:integer range 0 to 60000;
  84. begin
  85. current_s<=s0;
  86. if (clk_1m'event and clk_1m='1') then
  87. current_s <= current_s ;
  88. case current_s is

  90. when s0=>
  91. if cnt1 <5000 then
  92. lcd_rst<='0';cnt1:=cnt1+1;
  93. elsif cnt1<10000 then
  94. lcd_rst<='1';cnt1:=cnt1+1;
  95. elsif cnt1=10000 then lcd_rst<='1';current_s<=s1;cnt1:=0;
  96. end if;

  98. when s1=> cnt2:=cnt2+1;----設(shè)置功能指令字：8位數(shù)據(jù)總線，兩行顯示，5*7點(diǎn)陣
  99. if cnt2<10 then rw<='0';rs<='0';----command 0
  100. elsif cnt2<20 then data<=x"38";00111000
  101. elsif cnt2<30 then en<='1';
  102. elsif cnt2<70 then en<='0';
  103. elsif cnt2=100 then cnt2:=0;current_s<=s2;
  104. end if;
  105. when s2=>               ----顯示開(kāi)關(guān)控制指令：D顯示開(kāi)，C光標(biāo)開(kāi)，B光標(biāo)閃爍
  106. cnt3:=cnt3+1;
  107. if cnt3<10 then rw<='0';rs<='0';
  108. elsif cnt3<20 then data<=x"0f";----00001111
  109. elsif cnt3<30 then en<='1';
  110. elsif cnt3<70 then en<='0';
  111. elsif cnt3=100 then cnt3:=0;current_s<=s3;
  112. end if;
  113. when s3=>                       -----輸入模式設(shè)置指令，寫入一個(gè)字符后光標(biāo)右移，顯示屏不                        
  114. cnt4:=cnt4+1;                    -----移動(dòng)
  115. if cnt4<10 then rw<='0';rs<='0';
  116. elsif cnt4<20 then data<=x"06";---00000110
  117. elsif cnt4<30 then en<='1';
  118. elsif cnt4<70 then en<='0';
  119. elsif cnt4=100 then cnt4:=0;current_s<=s5;
  120. end if;

  122. when s4=>                       -----displayclear 顯示清屏
  123. cnt5:=cnt5+1;
  124. if cnt5<10 then rw<='0';rs<='0';
  125. elsif cnt5<20 then data<=x"01";---00000001
  126. elsif cnt5<30 then en<='1';
  127. elsif cnt5<70 then en<='0';
  128. elsif cnt5=100 then cnt5:=0;current_s<=s5;
  129. end if;

  131. when s5=>                    -----寫DDRAM地址0X00+0X80
  132. cnt6:=cnt6+1;
  133. if cnt6<10 then rw<='0';rs<='0';
  134. elsif cnt6<20 then data<=x"80";---10000000
  135. elsif cnt6<30 then en<='1';
  136. elsif cnt6<70 then en<='0';
  137. elsif cnt6=100 then cnt6:=0;current_s<=s6;
  138. end if;
  139. when s6=>
  140. cnt7:=cnt7+1;
  141. if cnt7<10 then rw<='0';rs<='1';----WRITE DATA
  142. elsif cnt7<20 then data<=date_buf(i);--date_buf(i);時(shí)分秒的數(shù)據(jù)的ASCII碼
  143. elsif cnt7<30 then en<='1';     ---執(zhí)行時(shí)間為40us
  144. elsif cnt7<70 then en<='0';
  145. elsif cnt7=100 then
  146.      if i=9 then cnt7:=0;current_s<=s7;i:=0;
  147.       else i:=i+1;current_s<=s6;cnt7:=0;end if;
  148. end if;

  150. when s7=>if cnt8<8000 then cnt8:=cnt8+1;
  151. else cnt8:=0;current_s<=s5;----循環(huán)等待8000的計(jì)數(shù)器，回到S5，繼續(xù)寫入DDRAM地                      ------址，進(jìn)而      
  152. end if;-------------------------寫入數(shù)據(jù)


  155. when others=>null;
  156. end case;
  157. end if;

  159. end process;

  161. end lcd1602;
復(fù)制代碼

基于FPGA的LCD1602原理綜述.doc

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