基于FPGA的LCD控制器设计修改版m - 图文(5)

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本设计的器件基础是FPGA(Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列，与PLD(Programmable Logic Device)可编程逻辑器件统称为PLD/FPGA，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，能完成任何数字器件的功能。上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用PLD/FPGA来实现。PLD/FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用PLD/FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用PLD/FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。 PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言(HDL)的进步。

它们是在PAL、GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的，同以往的PAL、GAL等相比较，FPGA／CPLD的规模比较大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA／CPLD实际上就是一个子系统部件。这种芯片受到世界范围内电子工程设计人员的广泛关注和普遍欢迎。经过了十几年的发展，许多公司都开发出了多种可编程逻辑器件。比较典型的就是Xilinx公司的FPGA器件系列和Altera公司的CPLD器件系列，它们开发较早，占用了较大的PLD市场。通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本和亚太地区用ALTERA的人多，在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决定了PLD技术的发展方向。当然还有许多其它类型器件，如：Lattice，Vantis，Actel，Quicklogic，Lucent等。

3.7 FPGA的设计流程

FPGA开发采用的是一种高层次设计方法，这是一种“自顶向下”的方法，适应了当今芯片开发的复杂程度的提高、上市时间紧迫的特点。

这种设计方法首先从系统设计入手，在顶层进行功能方框的划分和结构设计，在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统进行描述，在系统一级（层）进行验证。然后用综合优化工具生成具体门电路的网表，其对应的物理实现级（层）可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率、

其具体步骤如下：

按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。

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1)

输入VHDL/Verilog HDL代码。这是高层次设计中最为普遍的输入方式，

用任何文本编辑器都可用，但通常在专用的HDL编辑环境中进行，因为专业的集成开发环境通常提供各种结构模版，并且可以自定义各种要素的色彩显示，提高可读性。提高输入效率。此外，还可以采用图形输入方式，这种输入防式具有直观、容易理解的优点。

2)

将以上的设计输入编译成标准的VHDL/Verilog HDL，然后将文件调入

HDL仿真软件进行功能仿真，检查逻辑功能是否正确。对于大型设计，进行代码级的功能仿真主要是检验系统功能设计的正确性，因为对于大型设计，综合、试配要花费数小时，在综合前对源代码仿真，就可以大大减少设计重复的次数和时间。一般情况下，这一仿真步骤由EDA工具自动进行。

3)

利用综合器对源代码进行综合优化处理，生成门级描述的网表文件，即

将源文件调入逻辑综合软件进行逻辑分析处理。也就是说将高层次描述（行为或数据流级描述）转换成低层次的网表输出（寄存器与门级描述）。逻辑综合软件会生成EDIF（Electronic Design Interchange Format）格式的EDA工业标准文件。这是将高层次描述转换为硬件电路的关键步骤，所以说这步在PLD开发过程中最为关键。影响综合质量的因素有两个，即代码质量和综合软件性能。

4)

如果整个设计超出器件的宏单元或I/O单元资源，可以将设计划分到多

片同系列的器件中。利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。适配完成后，产生多项设计结果：试配报告，包括芯片内部资源利用情况，设计的布尔方程描述情况等；适配后的仿真模型；器件编程文件。根据适配后的仿真模型，可以进行适配后的时序仿真。因为不同器件、不同布局布线，给延时造成的影响不同，所以对系统进行时序仿真、检验设计性能、消除竞争冒险是必不可少的步骤。由于已经得到器件的实际硬件特性，所以仿真结果能比较精确地预期未来芯片的实际性能。如果仿真结果达不到设计要求，就需要修改源代码或选择不用速度品质的器件，直至满足设计要求。

5)

将适配器产生的期间编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片

FPGA中。如果选用Altera公司FPGA器件作为目标器件，上述过程可以再Altera

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公司提供的MAX+Plus II或Quartus II集成开发环境中完成，但如果选用专用的EDA综合工具作为补充，完成逻辑优化与综合，设计质量会更好。第三方综合软件的主要功能就是对HDL语言的源文件进行逻辑综合，生成.edf的EDA工业标准文件，然后在PLD厂家提供的开发软件中调入.edf文件，进行编译、仿真、器件编程等过程，最终完成整个设计。

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第4章 总体系统设计及资源

4.1 系统设计要求

根据本系统设计要求，使用VHDL语言，利用Altera提供的FPGA/CPLD开发集成环境QuartusⅡ调试开发。要求能够方便地使用所开发的LCD控制模块，在LCD屏幕上的任意位置显示任意的中文以及英文字符，同时可以根据输入的动态数据进行动态输出，另外在图片显示模式下可以直接将取模后的图片显示在LCD上。

4.2 系统设计总体框图

系统设计总体框图如图6.1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。

图4.1 系统设计总体框图

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4.3 系统开发选用资源 4.3.1 液晶模块选用

本设计选用了带ST7920驱动的LCD12864-12模块来进行设计和调试。该模块自带字库。 其中，12864-12汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵），128个字符（8X16点阵）几64X256点阵显示RAM(GDRAM)。

1、主要技术参数和显示特性：

电源：VDD 3.3V~+5.5V（内置升压电路，无需负压） 显示内容：128 X 64行 显示颜色：黄绿 显示角度：6：00种直视 LCD类型：STN

与MCU接口：8位或4位并行/3位串行 配置LED背光 2、外形尺寸

外观尺寸：93×70×12.5mm 视域尺寸：72×40mm

图4.2 外观尺寸图

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