1、Chapter 5Character LCD ScreenOverview 入門實驗板顯著的特征是2線16字符液晶顯示器LCD。盡管LCD支持8位的數(shù)據(jù)接口，為了與其它的XILINX的開發(fā)板保持兼容并且盡可能減少針腳數(shù)，F(xiàn)PGA僅通過4位的數(shù)據(jù)接口線控制LCD，如圖5.1所示。LCD通過使用ASCII標(biāo)準(zhǔn)和自定義字符可以有效地顯示多種信息。但是，這些顯示速度并不是很快。每半秒掃描一次以測試實際清晰度的界限。與50MHz時鐘頻率相比，這樣的顯示速度是慢的。PicoBlaze 處理器可以有效地控制顯示時間和顯示內(nèi)容。Character LCD Interface Signals表5.1給出了字符L

2、CD接口的接口信號。Voltage Compatibility字符LCD的供電電壓是5V。FPGA的I/O口信號的電壓是3.3V。但是，F(xiàn)PGA的輸出電平是通過LCD來識別是有效的低電平還是高電平。LCD控制器接收5V TTL信號電平，F(xiàn)PGA輸出3.3V的LCMOS以滿足5V TTL電壓要求。數(shù)據(jù)線上的390歐串聯(lián)電阻，當(dāng)LCD驅(qū)動一個邏輯高電平時，其用來防止了FPGA和SrtataFlsah I/O管腳的超負(fù)載。當(dāng)LCD_RW為高時，LCD驅(qū)動數(shù)據(jù)線。在絕大多數(shù)應(yīng)用中，LCD作為只讀外圍設(shè)備，幾乎沒有從顯示器讀數(shù)據(jù)。Interaction with Intel StrataFlash 如圖

3、5.1所示，4根LCD數(shù)據(jù)線與StrataFlash 數(shù)據(jù)線SF_D<11:8>復(fù)用。正如表5.2所示，LCD/StrataFlash 存儲器依賴于設(shè)計而交互使用。當(dāng)存儲器失能時（SF_CE0=1）,FPGA用作全讀/寫通道給LCD。相反，當(dāng)LCD讀失能時（LCD_RW=0）,FPGA用作全讀/寫通道給存儲器。 要是StrataFlash 存儲器為字節(jié)寬度×8模式（SF_BYTE=0），F(xiàn)PGA作為全同步讀/寫通道給LCD和存儲器。在字節(jié)模式下，存儲器沒有用到SF_D<15:8>數(shù)據(jù)線。UCF Location ConstraintsLCD Controlle

4、r 該2×16字符LCD內(nèi)嵌一個Sitronix ST7066U圖形控制器。其功能與下面幾個一樣：Samsung S6A0069X or KS0066U、 Hitachi HD44780和SMOS SED1278。Memory Map該控制器有三個內(nèi)部存儲空間，每個都有專門用途。送數(shù)據(jù)給這些空間之前必須初始化。1）DD RAM顯示數(shù)據(jù)RAM（DD RAM）存儲字符編碼。絕大多數(shù)應(yīng)用中，都是與DD RAM相結(jié)合的。存儲在DD RAM中的字符編碼所涉及的特定的字符位圖要么存在CG ROM字符設(shè)置中，要么存在用戶自定義的CG RAM的字符設(shè)置中。圖5.3給出了顯示器32位字符位置的默認(rèn)地址

5、。字符的最上行存儲在地址0X00與0X0F之間。第二行的字符存儲在地址0X40與0X4F之間。從物理上講，DD RAM一共有80個字符位置，每行有40個字符。位置0X10到0X27和0X50到0X67之間的地址用來存儲其它非顯示數(shù)據(jù)。此外，這些位置也可以存儲只有使用控制器的顯示移位功能才能顯示的字符。往DD RAM讀或?qū)懼埃珼D RAM 地址命令得初始化地址計數(shù)器。寫DD RAM數(shù)據(jù)使用寫數(shù)據(jù)到CG RAM 或DD RAM命令，讀DD RAM 使用從CG RAM或DD RAM命令讀數(shù)據(jù)。DD RAM地址計數(shù)器要么在讀或?qū)懼蟊３殖?shù)，要么自動增加1或自動減1。2) CG ROM字符產(chǎn)生器RO

6、M（CG ROM）包括每個事先定好的字符的字體位圖，這樣LCD屏才能顯示，如圖5.4。字符編碼存儲在DD RAM 中，每個字符的位置與CG ROM的位置按順序?qū)?yīng)。例如，0X53的一個16進(jìn)制的字符編碼存儲在DD RAM中的位置顯示字符是“S”。0X53最上面的輕咬位（高半位）等同于DB7:4=0101和最低的輕咬位（低半位）等同于DB3:0=0011。如圖5.4所示，字符“S”就顯示在屏幕上了。英語/羅馬字符存儲在CG ROM相應(yīng)的ASCII編碼地址中。字符ROM存儲ASCII英文字符和日本字符。控制器同樣提供了8位自定義字符位圖，存儲在CG RAM中。這些8位的自定義字符編碼顯示時存儲在D

7、D RAM 的0X00與0X07之間。 3）CG RAM字符產(chǎn)生器RAM(CG RAM)提供空間給8位的自定義字符位圖。每個自定義字符位由8行位圖的5個點組成，如圖5.5所示。往CG RAM讀或?qū)懼癈G RAM 地址命令得初始化地址計數(shù)器。寫CG RAM數(shù)據(jù)使用寫數(shù)據(jù)到CG RAM 或DD RAM命令，讀CG RAM 使用從CG RAM 或DD RAM命令讀數(shù)據(jù)。CG RAM地址計數(shù)器要么在讀或?qū)懼蟊３殖?shù)，要么自動增加1或自動減1。圖5.5舉了個例子，產(chǎn)生一個特殊的西洋跳棋盤字符。自定義字符存儲在第四CG RAM字符位置中，當(dāng)DD RAM的位置是0x03時，其顯示。寫自定義字符時，使用設(shè)

8、置CG RAM地址命令初始化CG RAM地址。前三行的地址位對應(yīng)自定義字符位。后三行位對應(yīng)字符地址的行地址。寫數(shù)據(jù)到CG RAM 或DD RAM命令用來寫每個字符位行。“1”表示點亮。“0”表示熄滅。只有低5位的數(shù)據(jù)被用到。高三位的數(shù)據(jù)與位置無關(guān)。第8行的數(shù)據(jù)位一般為0以適于指針之用。 Command Set表5.3簡要的說明了LCD控制器的命令和位的定義。由于該顯示屏是4位操作，每8位命令被送到2個4位的輕咬位（2個半位）。高半位先送，低半位后送。1） 失能如果LCD_E使能信號為低，所有其它輸入LCD信號全被忽視。2）清屏 清屏后指針返回到原始位置最左上角。該命令寫一個空白內(nèi)容（ASCII

9、/ANSI字符編碼為0x20）給所有的DD RAM 地址。DD RAM的0X00地址計數(shù)器置0。清除所有的選擇設(shè)置。I/D控制位置1（地址自動增加模式）。 執(zhí)行時間：82us1.64ms3）返回指針原始位指針返回原始位最左上角。DD RAM的內(nèi)容不受影響。所有的顯示被移到原始位，如圖5.3所示。DD RAM的0X00地址計數(shù)器置0。如果移位，顯示返回原始狀態(tài)。指針或光標(biāo)移到字符位的最左上角。 執(zhí)行時間：40us1.6ms4）進(jìn)入模式設(shè)置設(shè)置指針移動的方向，并規(guī)定是否移動顯示。在讀和寫數(shù)據(jù)時，這些操作就完成了。執(zhí)行時間：40us在每次寫數(shù)據(jù)給CG RAM或DD RAM或從CG RAM 或DD R

10、AM 讀數(shù)據(jù)后，該位的DD RAM和CG RAM地址計數(shù)器要么自動增加1要么自動減少1.指針或光標(biāo)的位置隨之移動。1） 顯示關(guān)/斷顯示關(guān)或斷，控制所有的字符、指針和指針位置的字符光標(biāo)。執(zhí)行時間：40us 指針使用字符最底行的5個點。指針出現(xiàn)在顯示字符的下面。2） 指針和顯示移動移動指針和顯示并不改變DD RAM 的內(nèi)容。移動指針位置或顯示往左或往右時并不需要寫或讀顯示數(shù)據(jù)。指針的位置功能是為了修改個別的字符，或向左或右滾動窗口來顯示存儲在DD RAM 中的額外數(shù)據(jù)，可以移到每行的第16個符。當(dāng)它移到第一行的第40個字符之處時，指針自動移到第二行。兩行的顯示移動在同一時間進(jìn)行。 當(dāng)顯示數(shù)據(jù)重復(fù)移

11、動時，兩行水平移動。第二行不會移到第一行。執(zhí)行時間：40us3） 功能設(shè)置設(shè)置接口數(shù)據(jù)的長度，每行顯示的個數(shù)，字符的字體。入門實驗板支持單功能設(shè)置，其值為0X28。執(zhí)行時間：40us7）設(shè)置CG RAM地址設(shè)置CG RAM的初始地址。該命令后，以后所有往顯示屏的讀或?qū)懖僮鞯臄?shù)據(jù)來自或去往CG RAM。執(zhí)行時間：40us8）設(shè)置DD RAM 地址設(shè)置DD RAM的初始地址。該命令后，以后所有往顯示屏的讀或?qū)懖僮鞯臄?shù)據(jù)來自或去往DD RAM。執(zhí)行時間：40us9)讀忙標(biāo)志和地址讀忙標(biāo)志（BF）用來判斷內(nèi)部操作是否在進(jìn)行，并讀當(dāng)前地址計數(shù)器的內(nèi)容。BF1說明內(nèi)部操作在進(jìn)行。下個指令不被接收直到BF被

12、清0或直到當(dāng)前指令達(dá)到最大的執(zhí)行時間。該命令返回當(dāng)前地址計數(shù)器的值。地址計數(shù)器為CG RAM和DD RAM所用。具體內(nèi)容取決于最新公布的設(shè)置CG RAM地址或設(shè)置DD RAM設(shè)置命令。執(zhí)行時間：1us10）寫數(shù)據(jù)給CG RAM或DD RAM要是該命令在設(shè)置DD RAM 地址命令之后，則寫數(shù)據(jù)給DD RAM；或是該命令在設(shè)置CGRAM 地址命令之后，則寫數(shù)據(jù)給CGRAM。根據(jù)進(jìn)入設(shè)置模式，在寫操作之后，地址自動加1或自動減1。進(jìn)入設(shè)置模式同樣決定顯示移動。執(zhí)行時間：40us11）從CG RAM或DD RAM讀數(shù)據(jù)要是該命令在設(shè)置DD RAM 地址命令之后，則從DD RAM讀數(shù)據(jù)；或是該命令在設(shè)置

13、CGRAM 地址命令之后，從CG RAM讀數(shù)據(jù)。根據(jù)進(jìn)入設(shè)置模式，在寫操作之后，地址自動加1或自動減1。進(jìn)入設(shè)置模式同樣決定顯示移動。執(zhí)行時間：40usOperationFour-Bit Data Interface該板使用4位數(shù)據(jù)接口給字符LCD。圖5.6說明了向LCD寫操作建立、保持允許的最小時間以及使能脈沖對時鐘（50MHz 或T=20ns）的偏移時間。DF_D<11:8>的數(shù)據(jù)值，寄存器選擇信號（LCD_RS）以及讀/寫（LCD_RW）控制信號必須建立并在使能信號LCD_E轉(zhuǎn)向高電平之前至少穩(wěn)定40ns。使能信號必須保留高電平230ns或更長時間等于或超過12時鐘周期（50

14、MHz）。在許多應(yīng)用中，LCD_RW信號可以永遠(yuǎn)置低，因為FPGA一般不會從顯示屏讀取數(shù)據(jù)。Transferring 8-Bit Data over the 4-Bit Interface 在初始化顯示屏和建立通信之后，所有的命令和數(shù)據(jù)以8位形式傳送給字符顯示屏用2個連續(xù)的4位傳送。每個8位傳送必須分為2個4位，其間隔時間至少1us，如圖5.6所示。先傳高半位，再傳低半位。一個8位的寫操作在下個通信之前必須間隔至少40us。在清屏命令之后，該延時必須增至1.64ms。Initializing the Display上電后，顯示屏必須初始化建立所需的通信協(xié)議。該初始化步驟簡單，完全適合高效的8位

15、PicoBlaze 嵌入式控制器。初始化之后，PicoBlaze 控制器除了簡單驅(qū)動顯示屏外，還用來更為復(fù)雜的控制或計算。1） 上電初始化初始化的第一步驟是建立FPGA與LCD的4位的數(shù)據(jù)接口，具體如下：A：等待15ms或更長，盡管FPGA完成配置后顯示屏一般處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)。在50MHz時，15ms時間等于750000時鐘周期。B：寫SF_D<11:8>=0x3，LCD_E保持高電平12時鐘周期。C：等待4.1ms或更長，即在50MHz時，205000時鐘周期。D：寫SF_D<11:8>=0x3，LCD_E保持高電平12時鐘周期。E：等待100us或更長，即在50MH

16、z時，5000時鐘周期。F：寫SF_D<11:8>=0x3，LCD_E保持高電平12時鐘周期。G：等待40us或更長，即在50MHz時，2000時鐘周期。H：寫SF_D<11:8>=0x2，LCD_E保持高電平12時鐘周期。I：等待40us或更長，即在50MHz時，2000時鐘周期。2） 顯示屏配置 上電初始化完成后，4位的數(shù)據(jù)接口就建立了。下一步就是配置顯示屏了：A：發(fā)一個功能設(shè)置命令，0x28，配置顯示屏。B：發(fā)一個進(jìn)入模式命令，0X06，設(shè)置顯示屏自動增地址指針。C：發(fā)一個顯示開/斷命令，0x0c，開顯示屏并失能指針和光標(biāo)。D：最后，發(fā)清屏命令，此后等待至少1.64ms（82000時鐘周期）。Writing Data to the Display寫數(shù)據(jù)給顯示屏，指定初始地址，緊接著是一個或多個數(shù)據(jù)值。寫任何數(shù)據(jù)之前，發(fā)送一個設(shè)置DD RAM地址命令給DD RAM中指定的初始7位地址。見圖5.3所示。使用寫數(shù)據(jù)給顯示屏使用CG RAM 或DD RAM命令。8位數(shù)據(jù)值通過查表地址送給CG R