基于FPGA的LCD控制器设计

任全会，黄根岭

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)

1 系统设计总体

1．1 总体设计框图

系统设计总体框图如图1所示，在系统上电后，FPGA将首先对系统进行初始化操作，在初始化操作中最重要的是寄存器的复位，显示开关的控制，功能设置以及对显示屏幕进行清屏。之后通过显示控制模块对LCD进行显示的控制。显示控制模块主要负责在LCD显示多行字符时进行换行操作，在用户指定数据在屏幕的指定显示位置时设置该位置所对应的RAM的值，以及在图像显示时进行的ROM地址重映射算法，和对LCD显示区对应RAM进行的写入操作。其中的数据分别来自中英文字符模块、动态数据模块以及图像数据模块。对此模块的设计，主体结构以状态机来实现［1］。

1．2 时钟模块的设计

选用的晶振频率为50MHz，但是系统需要小于13．9kHz的时钟频率，需要设计一个分频器对其进行分频。控制LCD模块和FPGA的模块需要使用同一个时钟信号。模块如图2所示。

图1 系统设计总体框图

图2 时钟模块

1．3 写入数据模块的设计

设计采用访问RAM的方式对英文字符进行调用。显示控制模块在每一个时钟信号来的时候输出一个地址，这个地址在每一个时钟信号过后都自动加1，而这个地址则作为RAM的输入地址。相应的RAM返回给显示控制模块所对应的数据。模块设计流程图如图3所示。

图3 写入数据模块设计示意图(字符)

而RAM在设计的时候采用函数的方式，函数将负责自动辨识用户输入的英文符号，并将其转换为对应数据。若想改变显示的内容只需要改变进程中每一行末尾char_to_integer函数括号中的内容即可。

2 显示控制系统设计

2．1 字符显示控制模块的设计

首先设定DDRAM值，利用计数器COUNTER，每写一个 RAM状态，COUNTER自动加1。经过转换后的COUNTER就是写入数据模块的RAM的输入地址。COUNTER的连续加1，RAM中的数据会输出到屏幕相应的位置。需要显示的一组数据就能显示在LCD显示屏上。相应的程序流程图4所示。

图4 显示控制模块设计流程图(字符)

2．2 动态数据的显示控制

动态数据的显示则是根据输入的变化，将其反应到写入数据模块的RAM中，使其反馈对应的数据。同时每进行一个写RAM状态后，便跳入设置DDRAM状态，将DDRAM值始终设为同一个，即屏幕上的同一位置，之后再次进入写RAM状态，如此循环，就可以看到数据的不断变化。由于显示的基本原理相同，但是显示的内容却有千万种，因此在程序的编写上也会有无数种方式［2］。基于这种原因，这里只用一个简单的0到15的计数器来做说明。

图5 动态数据部分设计流程图

在显示控制模块中，每过1个时钟信号，模块就会读取一次外部的数据，并把数据输入模块处理。主要工作室把外部数据分解为每一位上的十进制数据。同时输出信号到输入显示RAM，并调用返回的数据在屏幕上显示。同时，每次显示的时候，屏幕上显示的位置会自动重置，确保每次显示都能覆盖上次的显示，也就实现了动态数据的更新显示。

2．3 字符显示及图片显示整体模块

字符显示整体模块的功能包括任意中文字符及英文字符在12864－12屏幕上的任意位置的显示，同时还要显示动态数据的变动。这里的动态数据为一个0到15的计数器。字符显示整体模块的BLOCKDIAGRAM如图6所示。

初始化部分的QUARTUSII部分仿真结果如图7所示：

图6 图像显示整体示意图

图7 初始化部分仿真示结果

3 测试结果和结论

3．1 测试结果

3．1．1 中文字符的显示

在屏幕的第一行显示“郑铁学院”4个汉字。

3．1．2 英文字符的测试

在屏幕的第二、第三行显示“Helloworld!”和“Current：”，这几个英文字符和标点。

3．1．3 动态显示的测试

在屏幕的第三行的“Current：”之后根据0到15的计数器的输入变化，显示0到15的两位十进制数字。在LCD显示如图8所示：

图8 显示结果3．2 结论

在字符显示部分，字符的显示速度较快。在12．5 kHz的时钟驱动下，平均显示一次内容的时间为毫秒级别。由于在设计时充分考虑了程序的易用性，更改文本在屏幕的显示位置只需在程序对应的SETDDRAM的部分中修改需要的数据即可。而对于文本的变更，特别是英文字符，只需在输入数据RAM的模块中按顺序键入需要显示的文本即可。对于中文则需要对照中文字符表来操作［3］。

在图片显示时，需要的操作时间比较长，平均显示一副图片大约需要大于半秒，不到1秒的时间。因此如果要做动画显示，则响应时间过长，大于0．08秒。但是在单幅图片的显示上，12864－12显示的图片较为清晰，对比度较高。

［1］黄亮，杨景常．基于SOPC的TFT触摸屏显示系统设计［J］．液晶与显示，2009，26(3)：718 －722．

［2］赵擎天，尉广军，姚义．基于SOPC的多路并行同步数字信号采集系统设计［J］．军械工程学院学报，2010，32(7)：96－99．

［3］陈珍，高波，范叶敦．基于SOPC的复合信号幅频测试仪［J］．电子技术应用，2010，36(11)：20 －22．