文本LCD模块的控制FPGA

文本LCD模块便宜且易于使用微控制器或FPGA进行接口。

这是一个1行x 16个字符的模块：

要控制LCD模块，您需要11个IO引脚来驱动8位数据总线和3个控制信号。3个控制信号是：

• E：启用或“ LCD选择”。高活跃。
• 读/写：读/写。0写入，1读取。
• RS：寄存器选择，0表示命令字节，1表示数据字节。

大多数LCD模块都基于HD44780芯片或是兼容的。查阅Wikipedia以获取更多信息。

让我们用FPGA板驱动LCD模块。
这是我们设计的框图：

Pluto从PC串行端口接收数据，对其进行反序列化，然后将其发送到LCD模块。解串器与串行接口项目中的模块相同，因此此处仅对其进行实例化。

module LCDmodule(clk, RxD, LCD_RS, LCD_RW, LCD_E, LCD_DataBus);
input clk, RxD;
output LCD_RS, LCD_RW, LCD_E;
output [7:0] LCD_DataBus; 
wire RxD_data_ready;
wire [7:0] RxD_data;
async_receiver deserializer(.clk(clk), .RxD(RxD), .RxD_data_ready(RxD_data_ready), .RxD_data(RxD_data));

每当串行端口提供一个字节时，“ RxDdataready”将在一个时钟周期内处于活动状态。
PC通过串口以8位模式向我们发送数据。理想情况下，我们需要从PC接收9位，以便我们可以驱动8位数据总线和LCD模块的“ RS”线。现在，让我们使用接收到的数据的MSB（第7位）来驱动“ RS”，并将仅7位发送到数据总线。

assign LCD_RS = RxD_data[7];
assign LCD_DataBus = {1'b0, RxD_data[6:0]};   
// sends only 7 bits to the module, padded with a '0' in front to make 8 bits 
assign LCD_RW = 0;

我们从不读取LCD模块，所以R / W线是接地的。

最后一个麻烦是“ E”信号需要长时间激活，即220ns。从FPGA的角度来看，这很长，因为我使用的是25MHz时钟（周期为40ns）。因此，“ E”至少需要驱动5.5个时钟。在这里，我们使用一个计数器对时钟进行计数，将其驱动7个时钟。

reg [2:0] count;
always @(posedge clk) if(RxD_data_ready | (count!=0)) count <= count + 1;

“ E”信号是通过寄存器创建的，因此可以保证无干扰。

reg LCD_E;
always @(posedge clk) LCD_E <= (count!=0);

波形如下所示：

HDL设计在这里。

我们对LCD进行初始化并发送一些要显示的数据。

以下是初始化LCD模块并显示“ hello”的C代码。

void main(){
  OpenComm();   // initialize the LCD module
  WriteCommByte(0x38);   // "Function Set" in 8 bits mode
  WriteCommByte(0x0F);   // "Display ON" with cursors ON
  WriteCommByte(0x01);   // "Clear Display", can take up to 1.64ms, so the delay
  Sleep(2);   // display "hello"
  WriteCommByte('h' + 0x80);
  WriteCommByte('e' + 0x80);
  WriteCommByte('l' + 0x80);
  WriteCommByte('l' + 0x80);
  WriteCommByte('o' + 0x80); 
  CloseComm();
  }

完整的代码在这里。

要获取有关HD44780指令集的更多信息，请在此处检查。

主要缺点是较早的设计是我们仅向LCD数据总线发送7位。这是一个问题，因为无法再使用LCD模块的设置DD RAM地址命令。

一种简单的解决方法是使用转义符。我们选择了字符0x00。

新协议如下：

• 要发送命令字节，请在其前面加上0x00。
• 要发送数据字节，只需发送它，不需要前缀。

新的C代码是：

void main(){
  OpenComm();   // initialize the LCD module
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0x38);   // "Function Set" in 8 bits mode
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0x0F);   // "Display ON" with cursors ON
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0x01);   // "Clear Display", can take up to 1.64ms, so the delay
  Sleep(2); 
  WriteCommByte('h');
  WriteCommByte('e');
  WriteCommByte('l');
  WriteCommByte('l');
  WriteCommByte('o'); 
  WriteCommByte(0x00);  WriteCommByte(0xC0);   // go on second half of LCD
  WriteCommByte('e');
  WriteCommByte('v');
  WriteCommByte('e');
  WriteCommByte('r');
  WriteCommByte('y');
  WriteCommByte('o');
  WriteCommByte('n');
  WriteCommByte('e'); 
  CloseComm();
  }

新的HDL代码如下所示：

module LCDmodule(clk, RxD, LCD_RS, LCD_RW, LCD_E, LCD_DataBus);
input clk, RxD;output LCD_RS, LCD_RW, LCD_E;
output [7:0] LCD_DataBus; 
wire RxD_data_ready;
wire [7:0] RxD_data;
async_receiver deserialer(.clk(clk), .RxD(RxD), .RxD_data_ready(RxD_data_ready), .RxD_data(RxD_data)); 
assign LCD_RW = 0;assign LCD_DataBus = RxD_data; 
wire Received_Escape = RxD_data_ready & (RxD_data==0);
wire Received_Data = RxD_data_ready & (RxD_data!=0); reg [2:0] count;
always @(posedge clk) if(Received_Data | (count!=0)) count <= count + 1; 
// activate LCD_E for 6 clocks, so at 25MHz, that's 6x40ns=240ns
reg LCD_E;
always @(posedge clk)if(LCD_E==0)
  LCD_E <= Received_Data;
  else
  LCD_E <= (count!=6); 
  reg LCD_instruction;
  always @(posedge clk)if(LCD_instruction==0)
  LCD_instruction <= Received_Escape;
  else
  LCD_instruction <= (count!=7); 
  assign LCD_RS = ~LCD_instruction; 
  endmodule

HD44780规范显示，“ E”变低后，“ RS”必须在10ns内有效。因此，您会注意到这里“ E”仅被驱动6个时钟，并且“ LCDinstruction”标志仅在时钟7之后被复位，以提供25ns的空间。

That's all folks!轮到您尝试了。