基于FPGA实现数据LCD显示

设计毕业论文

目 录

1 引言 ........................................................................................................................................................... 1

1.1 本课题的背景和意义 .................................................................................................................................. 1 1.2 本课题研究的主要内容、重点以及难点 ............................................................................................ 1 1.2.1 主要研究内容与重点 .............................................................................................................................. 1 1.2.2 主要难点 .................................................................................................................................................... 1 1.3 该系统的需求分析 ....................................................................................................................................... 1 1.3.1 预期达到目标 ............................................................................................................................................ 2 1.3.2 预期理论达到目标 .................................................................................................................................. 2 1.3.3 预期技术达到目标 .................................................................................................................................. 2

2 系统概要设计 ...................................................................................................................................... 3

2.1 核心控制方案的选择 .................................................................................................................................. 3 2.2 显示部分方案的选择 .................................................................................................................................. 3 2.3 总体方案框图 ................................................................................................................................................. 4

3 系统硬件详细设计 ........................................................................................................................... 7

3.1 电源模块的设计 ............................................................................................................................................ 7 3.2 显示电路模块的设计 .................................................................................................................................. 8 3.3 DS1302时钟模块的设计.......................................................................................................................... 12 3.4 DS18B20温度模块的设计 ....................................................................................................................... 14 3.5 蜂鸣器模块的设计 .................................................................................................................................... 15 3.6 按键控制模块的设计 ............................................................................................................................... 16

4 系统软件详细设计 ......................................................................................................................... 18

4.1 本课题系统设计的要求 ........................................................................................................................... 18 4.2 系统设计总体框图 .................................................................................................................................... 18 4.3 LCD工作方式 ............................................................................................................................................... 18

5 系统各模块的设计 ......................................................................................................................... 21

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6 系统开发所需资源以及所有语言的简述 .......................................................................... 23

6.1 FPGA的发展历程 ........................................................................................................................................ 23 6.1.1 FPGA的实现原理 ................................................................................................................................... 24 6.1.2 查找表的工作原理 ............................................................................................................................... 24 6.1.3 基于FPGA逻辑实现的原理 ............................................................................................................... 24 6.1.4 FPGA的设计方法 ................................................................................................................................... 25 6.1.5 FPGA的设计流程 ................................................................................................................................... 25 6.2 液晶显示器的选用 .................................................................................................................................... 27 6.2.1 TN-LCD以及STN-LCD原理 ................................................................................................................ 27 6.2.2 STN-LCD技术驱动方法 ....................................................................................................................... 27 6.3 时钟芯片DS1302简介 ............................................................................................................................. 28 6.4 温度传感器DS18B20简介 ...................................................................................................................... 28 6.5 硬件描述语言（VERILOG HDL）简介 .................................................................................................... 29 6.6 QUARTUS II软件综述 ................................................................................................................................ 30

系统制作及调试过程中的问题 ....................................................................................................... 32 总 结 ............................................................................................................................................................ 33 谢 辞 ............................................................................................................................................................ 34 参考文献： ................................................................................................................................................... 35 附录 ................................................................................................................................................................. 36

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引言

1.1 本课题的背景和意义

钟表给人们生产生活带来了极大的方便。万年历是一种基于FPGA实现的作品，和机械式时钟相比具有更高的准确性以及直观性，不仅无机械装臵，还有更长的使用寿命，所以得到了广泛的使用。万年历从原理上讲是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序电路[1]。此次设计和制做电子万年历是为了了解一些相关数字钟的原理，从而学会动手制作万年历。并且通过万年历的制作进一步了解在制作中用到的中小规模集成电路的作用、原理及使用方法，且通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理和使用方法。

本课题主要的任务是设计基于FPGA实现数据的LCD显示，顾及好程序的易用性，以致方便后面模块的移植和应用。最后能在LCD上的任意位置可以显示任意的16*16D的中文字符以及16*8的英文字符等等，另外还要能依据输入数据的变化而变化LCD上显示相应的内容。还要能将储存在模块中的图片数据可以正常地显示在LCD上。该课题的研究在一定的程度上有助于FPGA的系列产品的开发和改善，特别是在使用到LCD得采用FPGA的产品的开发上。同时也可以大大得缩短了FPGA的开发时间。另外，看在模块的易用性，也将会使得更多采用FPGA的产品开发上出现LCD，增加了人机之间的交互性，为这一行业和我们以后得生活带来新的进展。 1.2 本课题研究的主要内容、重点以及难点

1.2.1主要研究内容与重点

本课题的主要内容是基于FPGA实现数据LCD显示的研究，并顾及程序的易用性以方便以后模块的移植与应用。该课题设计关联到FPGA的应用与选择、LCD驱动选择、字符显示模式的研究等知识。并利用QUARTUS II软件实现相关各个模块的设计，在FPGA上实现对LCD的显示控制，显示任意字符、温度以及时钟。

1.2.2主要难点

（1）12864-12的液晶模块指令集比较复杂，使用FPGA来设计需要定义的变量以及状态将会比较多；

（2）.在中英文字符的显示部分程序中要考虑程序的易用性，方便以后移植后的应用；

1.3 该系统的需求分析

从用户的角度上来看，能够方便直接的显示所需要显示的信息，有中文字符、英文字符、实时时间、实时温度等等，而且稳定、清晰无串扰，LCD显示屏各亮度均匀、充足。

从功能的角度上来看，能够使用程序来控制所需要显示的信息，中文字符、英文字符、实时时间、实时温度等等，往后还可以根据需求进行添加所需要的功能，如闹钟功能、报警功能等等。

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