利用FPGA实现外设通信接口

利用FPGA实现外设通信接口之： 典型实例-字符LCD接口的设计与实现

实例的内容及目标
1．实例的主要内容
本节旨在设计实现FPGA与字符LCD的接口，帮助读者进一步了解字符液晶的工作原理和设计方法。

2．实例目标
通过本实例，读者应达到以下目标。

·  学习字符型液晶显示器的控制原理。

·  掌握利用FPGA设计驱动的基本思想和方法。

·  熟练掌握状态机的使用。

字符LCD接口实例内容
红色飓风开发板配套的字符液晶模块为2行，每行16个字符。本实要求显示功能如下：第一行显示“Welcome RedLogic World !”，第二行显示“RedLogic World!”，由于一行只能显示16个字符，因此要整屏左移显示。

FPGA代码设计实现
本设计的程序主要包含两个模块，一个模块为char_ram，另一个模块为LCD的驱动模块lcd。

char_ram模块的主要功能是根据输入的地址，输出相应字符在CGRM（字符存储发生器）中的地址。因为在控制LCD显示时，只需用户提供相应字符的地址，就可以显示出该字符。

在char_ram中，先设置好所有字符对应的地址，然后给需要用到的字符定义新的地址用于选择输出。

Lcd模块用于驱动lCD正常工作。LCD是一个慢显示器件，因此时钟一定要满足要求，在这里通过50MHz分频得到输入的时钟周期约为100µs（约10Hz），以满足慢显要求。LCD的驱动模块利用一个状态机来实现。具体程序参考实例源代码。

ModelSim仿真验证
通过Add Source的方法直接将测试代码加入到工程当中。选中要加入的测试代码文件：led_behavor_test.v，弹出如图10.37所示的对话框，选择“Verilog Text Fixture File”。
用户也可以直接新建一个仿真文件，选择“New Source”，选择“Verilog Test Fixture”，输入测试文件名称，如图10.38所示，单击“Next”按钮。
选择lcd模块（对哪个模块进行测试，就选择哪个文件），如下图所示。

选择源文件类型

新建仿真源文件

选择被测试模块

新建测试文件后，ISE会自动生成一部分代码，其余内容可直接从源工程中提供的测试文件中复制。
添加后选中测试文件可以看到如下图所示

 仿真文件信息

在Process for source下有4个M的图标，分别对应4个级别的仿真。从上至下，第一个为行为仿真，第二个为翻译后仿真，第三个为映射后仿真，第四个为布局布线后仿真。在这里先做行为仿真，只需双击第一个图标，就可启动ModelSim仿真，结果如下图所示

行为仿真

默认情况下，ModelSim会弹出4个窗口，在这里主要观察Wave窗口，如下图所示

 行为仿真波形窗口

上面列出的很多信号是人为添加的，具体如何添加以及具体Wave窗口下的许多用法在这里不做详细叙述。需要特殊说明的是，如果用户自己装的是ModelSim XE版本，是无法完成这个仿真的，因为这个工程代码是用VHDL写的，测试代码是用Verilog写的，ModelSim XE版本是不支持混仿真的，建议安装ModelSim SE版本，SE下是支持混合仿真的。
ModelSim仿真结果如下图所示。

这两个波形分别为写数据和写指令的仿真结果。写数据即向DDRAM写入要显示的字符对应的地址，其中clk为系统的输入时钟50MHz，clk_int为分频后得到的约10Hz输入时钟，lcd_e为使能信号，写数据时RS=1，R/W=0，写指令时RS=0，R/W=0。
小结
本节对利用FPGA来驱动字符型液晶模块的方法做了介绍，并通过编译下载在红色飓风的开发板上实现了预定功能。

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