LCD1602

功能描述：

通过写入指令或数据，控制内部的驱动芯片，从而实现在LCD显示屏上显示字符串：

\[{I\_❤LOVE❤\_BUAA!} \]

\[{1952--2022} \]

设计方案：

设计将以有限状态机的形式完成功能设计，其中涉及的状态及相关功能如下图1所示，

图1 状态表

CGRAM_ADDR前面均为LCD初始化状态，不多赘述。CGRAM_ADDR状态下，传送指令：要写入CGRAM，地址为00H；下面CGRAM_WRITE状态下，传送数据：其中字模数据为8行八列数据，不能一次传入，故设计一计数器，若计数到7，则跳转下一状态ADDR1，否则继续CGRAM_WRITE状态直到完成一个字符的写入；ADDR1和ADDR2状态下均传送指令：要写入DDRAM，地址分别为00H和40H，完成后均跳转到WRITE_DDRAM状态；WRITE_DDRAM也需要一计数器来监控传到了第几行 以及是否传送完毕，结束后跳转至STOP状态，维持当下显示。

下面将说明具体实现。

①使能信号的生成： 当LCD的时钟频率设置错误时，LCD的显示就会闪，或者没有显示，故选择控制使能信号的周期生成，来达到设计要求的500Hz，这里选择的是计数方法，已知我们的初始时钟是CLOCK_50，若每逢上升沿计数，为生成500Hz的工作时钟，需每逢计数99999，进行一次归零进入下一计数周期，并设置使能信号LCD_EN，每逢49999进行一次翻转，即可对应得到使能信号；

②延时15ms的实现： 在空闲IDLE状态下，需延时15ms进入下一状态，综合考虑电路性能，选择以计数的形式来实现，同上①；

③LCD的显示： 在LCD上显示字符的过程就是向DDRAM的相应地址写入数据的过程，其中DDRAM地址与显示位置的对应关系如下图2所示。若想要在LCD的第一行最左显示字母A，则过程为：传指令DDRAM地址00H\({→}\)传数据字母A（41H）。

图2 DDRAM地址与显示对照表

④自定义字符的实现： 在芯片中内置了192个常用字符的字模，存于CGROM中，可以实现基本数字和字母的直接调用显示（如上文中字母A），此外还有8个允许用户自定义字符的CGRAM，即为下图3中绿框中所示，我们可以通过先将自定义字符写入CGRAM，再调入写入DDRAM的方法实现自定义字符的显示，下面以字符\({❤}\)为例加以说明：

图3 CGRAM

取字模： 将图形转换为二进制数，显示出来的部分置1，未显示的部分置0，如下图4所示，可以得到8列八位数据；

图4 字模结果

写入CGRAM： 写入CGRAM的指令如下图5所示，其中CGRAM的地址为00H-0FH，这里我们选择写入地址为00H，将上面得到的8列八位数据依次写入CGRAM，则CGROM中00H就代表了字符\({♥}\)；

图5 写入CGRAN指令

显示： 即将地址指针指向DDRAM即可，写入数据为00H。
关键代码：

	/***main_FSM***/
	//Section1
	always@(posedge clk, negedge rstn)	begin
		if(!rstn)	cur_state <= IDLE;
		else if(cnt_500hz == 17'b01100001101001111)
			cur_state <= next_state;
	end

    //Section2
	always @(cur_state)	begin
		case(cur_state)
			IDLE:				begin
									if(flag)	next_state = CLEAR_LCD;
									else		next_state = IDLE;
								end
			CLEAR_LCD:		next_state = SET_DISP_MODE;
			SET_DISP_MODE:	next_state = DISP_ON;
			DISP_ON: 		next_state = SHIFT_DOWN;
			SHIFT_DOWN: 	next_state = CGRAM_ADDR;
			CGRAM_ADDR:		next_state = WRITE_CGRAM;
			WRITE_CGRAM:	begin
									if(cnt_cgram == 4'd7)		next_state = ADDR1;
									else								next_state = WRITE_CGRAM;
								end
			ADDR1:			next_state <= WRITE_DDRAM;
			WRITE_DDRAM:	begin
									if(cnt_char == 6'd15)		next_state = ADDR2;
									else if(cnt_char == 6'd31)	next_state = STOP;
									else								next_state = WRITE_DDRAM;
								end
			ADDR2:			next_state = WRITE_DDRAM;
			STOP:				next_state = STOP;
			default:			next_state = IDLE;
		endcase
	end

	//Section3
	always @(posedge clk, negedge rstn)	begin
		if(!rstn)	begin
			lcd_rs <= 1'b0;
			lcd_data <= 8'b00000000;
		end
		else	begin
			case(cur_state)	
				IDLE:				begin	lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b00000000;	end
				CLEAR_LCD:		begin lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b00000001;	end
				SET_DISP_MODE:	begin lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b00111000;	end
				DISP_ON: 		begin lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b00001100;	end
				SHIFT_DOWN: 	begin	lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b00000110;	end
				CGRAM_ADDR: 	begin lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b01000000;	end
				WRITE_CGRAM:	begin lcd_rs<=1'b1; lcd_data<=char_heart[cnt_cgram];		end
				ADDR1:			begin lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b10000000;	end
				WRITE_DDRAM:	begin lcd_rs<=1'b1; lcd_data<=char;				end
				ADDR2:			begin lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b11000000;	end
				STOP:				begin lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b00111000;	end
				default:			begin	lcd_rs<=1'b0; lcd_data<=8'b00111000;	end
			endcase
		end
	end