1.引言
隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展, 在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中,，可編程邏輯器件的運(yùn)用越來越多,原因在于其規(guī)模大,體積小,功能強(qiáng),價(jià)格便宜。CPLD可擦寫上萬次,使得硬件設(shè)計(jì)像軟件設(shè)計(jì)一樣靈活方便,。Verilog HDL語言作為硬件描述語言有其獨(dú)特的優(yōu)勢：在門級描述的底層,，描述的設(shè)計(jì)思想、電路結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系清晰明了,，設(shè)計(jì)語言簡練,、易學(xué)易用，模塊化分層結(jié)構(gòu)在大規(guī)模設(shè)計(jì)時(shí)具有優(yōu)勢,。如果使用Verilog把控制功能集成在一片CPLD芯片里,整個(gè)電路將會變得更簡潔,、實(shí)用。
2.液晶控制器原理
液晶控制器用于單片機(jī)和液晶屏的接口,，一方面不斷地把顯存的數(shù)據(jù)刷新到液晶屏上，另一方面控制單片機(jī)對顯存數(shù)據(jù)的更新,。
雙屏結(jié)構(gòu)液晶控制器內(nèi)部主要的計(jì)數(shù)器,分別是4bit時(shí)鐘同步字符計(jì)數(shù)器,、行計(jì)數(shù)器和幀計(jì)數(shù)器,它們在系統(tǒng)時(shí)鐘FCLK的控制下同時(shí)計(jì)數(shù),主要是用來產(chǎn)生行同步信號LP 和幀同步信號FP ,分別用來控制液晶屏換行和換頁。液晶屏就是在這三個(gè)信號的控制下反復(fù)地把顯存里的數(shù)據(jù)刷新到屏幕上,。
本設(shè)計(jì)采用Altera 公司生產(chǎn)的EPM7128SCPLD芯片來實(shí)現(xiàn)LCD 控制器以及它的外圍
邏輯時(shí)序的全部功能,，使用的液晶屏為640×480雙屏顯示結(jié)構(gòu)，即上半屏和下半屏同時(shí)顯示,，RAM為一片SRM20512LLTM78(62512),。
液晶屏刷新速度的計(jì)算公式為FFRP = FCLK/ ( Hn×Nx )。
其中,，F(xiàn)FRP為液晶屏顯示幀掃描頻率,一般要大于70 Hz ,，Hn為一行顯示的4bit同步字符數(shù)640/4=160，Nx為一屏幀掃描的行數(shù)480/2=240,，F(xiàn)CLK為系統(tǒng)的工作時(shí)鐘頻率,，采用晶振提供頻率11.05926MHz，將其四分頻得到2.764815MHz即可作為系統(tǒng)時(shí)鐘FCLK,。
系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示：
3.實(shí)現(xiàn)過程
1）液晶刷新時(shí)序產(chǎn)生
此部分主要產(chǎn)生行同步和幀同步信號,，完成行和幀同步。
由于雙屏結(jié)構(gòu)液晶屏以4bit為單位上下同時(shí)顯示,，可以在CPLD內(nèi)定義兩個(gè)寄存器,，行含4bit字符寄存器scp_reg，值為640/4=160, 幀含行寄存器lp_reg,，值為480/2=240,。字符時(shí)鐘同步計(jì)數(shù)器scp_count為4bit字符的計(jì)數(shù)器,，在系統(tǒng)時(shí)鐘scp_clk作用下計(jì)數(shù)加一，與行含字符寄存器內(nèi)容比較,，若等,，表示一行結(jié)束，開始下一行,，scp_count清零,，行計(jì)數(shù)器lp_count加一，lp_flag置一,，產(chǎn)生行同步信號LP,。行計(jì)數(shù)器lp_count與幀含行寄存器內(nèi)容比較，若等,，表示一幀結(jié)束,，開始下一幀，scp_count,， lp_count 清零,，fp_flag置一，產(chǎn)生幀同步信號FP,。實(shí)現(xiàn)的程序如下：
always@(posedge scp_clk)
begin
scp_count=scp_count+1;
if(scp_count==scp_reg)
begin
lp_count=lp_count+1;
lp_flag=1;
scp_count=0;
if(lp_count==lp_reg)
begin
fp_flag=1;
lp_count=0;
scp_count=0;
end
else fp_flag=0;
end
else lp_flag=0;
end
操作lcd時(shí),，scp_reg=160，lp_reg=240,。仿真時(shí)取scp_reg=3,，lp_reg=4，如下：
2） 單片機(jī)寫數(shù)據(jù)至RAM
此部分為單片機(jī)通過CPLD更新RAM數(shù)據(jù),。
單片機(jī)寫信號WR有效,，CPLD判斷數(shù)據(jù)線上內(nèi)容為指令還是數(shù)據(jù)，若為指令,，則將DB內(nèi)容存入指令寄存器CMDREG,，若為數(shù)據(jù)，判斷指令寄存器CMDREG內(nèi)容以指示狀態(tài),。若CMDREG為8’h00或8’h02,，表示DB為低或高八位地址，分別存入低高八位地址寄存器addl和addh,，若為8’h04,，表示DB為要寫入RAM的數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)寄存器ioreg,。
CMDREG DB內(nèi)容
8’h00 低八位地址
8’h02 高八位地址
8’h04 數(shù)據(jù)
if(a0==1) cmdreg="db";
else begin
if(cmdreg==8'h00) addl="db";
&nb
sp; else if(cmdreg==8'h02)
begin
addh="db";
p={addh,addl};
end
else if(cmdreg==8'h04) ioreg="db";
end
3）顯存的數(shù)據(jù)刷新到液晶屏
此部分完成RAM數(shù)據(jù)到LCD的正確映射,。
RAM存儲和LCD對應(yīng)關(guān)系如下圖所示：
正確的將RAM中的數(shù)據(jù)送入LCD，使液晶屏上下半屏隨著時(shí)鐘同時(shí)顯示，必須理清RAM存儲和LCD顯示間的地址關(guān)系,。LCD為640×480,，所以下半屏起始地址對應(yīng)的內(nèi)容應(yīng)為640×240/8=19200,即RAM0x4b00中的內(nèi)容。
由于4bit字符同步時(shí)鐘scp_clk內(nèi)含四個(gè)周期computerclk,，可以在computerclk的二三周期,，分別將RAM地址0x0000的內(nèi)容AB和0x4b00的內(nèi)容EF傳至八位寄存器reg1和reg2，在余下的第四周期,，將reg1和reg2的高四位即A和E傳至上下半屏數(shù)據(jù)寄存器ud_reg和ld_reg,，lcd將同時(shí)顯示上半屏A下半屏E。下一個(gè)scp_clk時(shí),，只需將reg1和reg2的低四位即B和F傳至ud_reg和ld_reg,，則lcd將同時(shí)顯示上半屏B下半屏F。以后每兩個(gè)scp_clk,，RAM地址加一,，同樣的方式取數(shù)據(jù)刷新lcd。
仿真圖中藍(lán)線指示為RAM地址加一后上述一個(gè)循環(huán)的開始,。
4） 數(shù)據(jù)選擇器
單片機(jī)對RAM數(shù)據(jù)的更新,，CPLD刷新LCD對RAM的讀取，可以通過一個(gè)二選一數(shù)據(jù)選擇器完成,。
當(dāng)單片機(jī)寫時(shí),，置選擇信號sel為1，存放MCU操作的地址寄存器addl,、addh和數(shù)據(jù)寄存器ioreg與RAM地址數(shù)據(jù)總線連接,，完成MCU對RAM數(shù)據(jù)的更新,；當(dāng)sel為0,，刷新液晶屏的地址寄存器q和數(shù)據(jù)寄存器ud_reg、ld_reg與RAM地址數(shù)據(jù)總線連接,，刷新LCD,。
4．結(jié)束語
以上主要介紹了Verilog HDL設(shè)計(jì)CPLD作為液晶控制器的幾個(gè)基本部分，經(jīng)過驗(yàn)證,，所設(shè)計(jì)控制器在單片機(jī)作用下正確完成液晶的顯示,。本設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)在于控制器設(shè)計(jì)使用硬件描述語言Verilog而非傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，易于理解,，易于維護(hù),，調(diào)試電路速度快，有許多易于掌握的仿真綜合布局布線工具,。若使用其他液晶屏,，只需修改程序中相關(guān)參數(shù)，更多功能的擴(kuò)充,，也只需增添CPLD中的模塊即可實(shí)現(xiàn),。