基于FPGA的LCD显示控制系统的毕业设计第一章绪论1.1选题的背景与意义液晶，是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。

一般可分热致液晶和溶致液晶两类。

在显示应用领域，使用的是热致液晶，超出一定温度范围，热致液晶就不再呈现液晶态，温度低了，出现结晶现象，温度升高了，就变成液体；液晶显示器件所标注的存储温度指的就是呈现液晶态的温度范围。

液晶由于它的各向异性而具有的电光效应，尤其扭曲向列效应和超扭曲效应，所以能制成不同类型的显示器件(Liquid Crystal Display 简称LCD)。

在平板显示器件领域，目前应用较广泛的有液晶(LCD)、电致发光显示(EL)、等离子体(PDP)、发光二极管(LED)、低压荧光显示器件(VFD)等。

液晶显示器件有以下一些特点①低压微功耗，②平板型结构，③被动显示型（无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳），④显示信息量大（因为像素可以做得很小），⑤易于彩色化（在色谱上可以非常准确的复现），⑥无电磁辐射（对人体安全，利于信息保密），⑦长寿命（这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换）。

之前，一般流行采用单片机来控制驱动LCD。

采用单片机控制LCD的显示在设计上相对比较简单。

可以通过KEIL等软件的编写方便地控制LCD的图形以及字符的现实。

但是由于单片机的顺序执行结构。

决定了在现实图片或者字符的同时，单片机本身无法处理其他数据或者执行其他的运算命令。

这在某种程度上大大地降低了工作的效率。

而采用FPGA来控制LCD则不存在这个问题。

但是由于FPGA不像单片机，可以直接使用控制语句来方便地控制LCD。

因此需要编写大量的代码来控制LCD。

因为这个原因，采用FPGA的设计一般都会再一次通过单片机来驱动LCD的显示。

本课题主要任务是设计基于FPGA的LCD控制器，兼顾好程序的易用性，以方便之后模块的移植和应用。

最后在FPGA上的任意位置显示任意的16*16D 的中文字符以及16*8的英文字符，另外要能根据输入数据的变化同步变化LCD 上显示的内容。

同时要能将储存模块中的图片数据正常地显示在LCD上。

该课题的研究将有助于采用FPGA的系列产品的开发，特别是需要用到LCD得采用FPGA的产品的开发。

同时可以大大缩短FPGA的开发时间。

另外，由于模块的易用性，也将使得更多的采用FPGA的产品之上出现LCD，增加人机之间的交互性，为行业和我们的生活带来新的变化。

1.1.1"[点击输入二级标题××××标题3]""[点击输入正文××××]"1.1.2"[点击输入二级标题××××标题3]""[点击输入正文××××]"1.2LCD的控制、应用和市场的发展现状在技术方面，因集成式的控制芯片具有包括了缩小了IC的体积、低功率消耗、降低封装的成本、节省电路板的数量及体积等优点，并使材料成本及LCD 后段组装成本得以降低，因此许多厂商纷纷朝向高集成度控制芯片发展，并积极开发视讯应用的控制芯片。

而最新趋势Smart Panel，在制程上则有简化流程、减少材料成本等优点。

根据相关资料显示，Smart Panel可降低约10%~15%的成本，这也是国外一些大厂所钟爱的方式。

为降低控制IC 成本，众多IC厂商纷纷推出集成式的单芯片控制IC。

美国的Genesis最早推出集成式IC，将ADC、Scaler、OSD （内置菜单）与PLL(锁相环)为一颗单芯片控制IC。

接着更进一步集成入DVI 组件，形成LCD 双模控制IC。

其组件集成数量持续增多，并渐渐添加Video 的功能。

当前Genesis 最高集成度的产品，集成入的组件已经包括ADC、Scaler、PLL、OSD、TCON 与DVI，仅剩Video 的功能以及SDRAM 的组件尚未集成。

随着市场竞争的加剧，液晶显示器厂商的成本压力越来越大，必须采用更简单的线路设计实现液晶显示器的功能，以期降低成本，才能在市场竞争中立于不败之地。

LCD控制IC必将向高集成度方向发展，以满足市场需要。

而在LCD的应用以及市场方面，虽然手机仍然是中小尺寸液晶显示屏(LCD)的最主要应用设备，但便携导航设备(PND)、数码相框和MP3/便携媒体播放器(PMP)等新型设备，正在该市场的销售额中占有越来越大的份额。

由于这些产品所使用的显示屏大于手机所用的显示屏，因此在供应商的工厂中同样需要更多的面板，这对于LCD面板生产商来说是个绝好的机会。

各种中小尺寸LCD的产能扩张和价格下降，促进了其应用领域的多元化。

这又进一步刺激了需求，并吸引许多其它产品来采用中小型LCD，如白色家电和零售标牌。

大多数行业内的公司认为，为了利用手机市场和新兴产品，中小尺寸显示屏供应商必须相应地平衡和调整策略，否则就可能错失整个市场。

1、导航设备PND的主要功能是显示GPS信息，因此能否显示详细并准确地图影像非常关键。

这使得许多PND制造商把目光转向了更加精确的小型LCD。

这方面出现的需求促使iSuppli公司把2011年PND显示屏市场的出货量预测提高到了6,050万部。

2006年的出货量为1,080万部，2006-2011年出货量的年复合增长率是41.3%。

iSuppli以前预测2011年出货量是5,400万部。

尽管中小尺寸LCD价格下降，但2011年PND显示屏的营业额将从2006年的3.24亿美元上升到7.76亿美元，年复合增长率为19.1%。

2007年一年，PND 显示屏销售额将比2006年的3.24亿美元增长近一倍，达到6.35亿美元。

2、媒体播放器但PND不是推动中小尺寸显示屏市场繁荣的唯一消费电子产品。

MP3/PMP 目前是使此类显示屏出货量增长最快的领域之一。

iSuppli公司预测，2011年底MP3/PMP单位出货量将达到2.05亿，而2007年预计为1.63亿。

这相当于2011年显示屏销售额将达到16亿美元，略低于2007年的17亿美元，这主要是因为中小型LCD价格随着产能扩张和制造工艺改进而不断下降。

推动显示屏单位出货量增长的因素包括：①消费电子公司苹果和它的iPod产品线，以及距苹果最近的竞争对手紧追不舍，从而推动MP3/PMP市场整体增长。

②MP3音乐播放器变身进入了PMP领域。

有源矩阵LCD供应商正在紧盯这个市场，以防止AMOLED供应商染指。

③因为PMP是消费电子产业中增长最快的领域之一，而且随着更多的产品涌现，将需要更多的LCD来满足需求。

数码相框和便携DVD播放器等其它应用每年需要的显示屏越来越多。

这些应用需要较大的显示屏(约7.0英寸)，因此它们的需求增长可能对产能分配和供需平衡造成较大的影响。

1.3课题的主要研究内容和重点、难点本课题的主要内容是基于FPGA的LCD控制器的设计研究，并兼顾程序的易用性以方便以后模块的移植。

该课题设计到FPGA得应用，LCD驱动的研究，字符以及图像显示模式的研究等知识。

并利用QUARTUS II 实现相关模块的设计，在FPGA上实现对LCD的控制，显示任意中文，英文和图像。

本课题研究重点及难点:1、12864-12的液晶模块指令集较为复杂，采用FPGA设计需要定义的变量和状态将会很多；2、中英文字符的显示部分程序要考虑到程序的易用性，方便将来移植后的使用；3、图形显示部分，由于12864-12内部图形显示GDRAM的地址寻址方式的独特性，并不是始终从0到15循环，而是随着行数的增加会做一个移位。

同时LCD屏幕上的点阵也被拆分为上下两个半屏，分别对应Y地址的0-8和9-15这导致了取模后的图形所对应的数组，如若按普通方法则不能正常显示。

1.4课题研究预期目标本课题研究预期目标主要包括采用FPGA控制LCD在任意位置显示任意中文以及英文字符，和在LCD上显示储存模块中的图像数据。

课题研究预期理论目标：1、掌握FPGA对LCD的控制方法，为课题研究做好理论准备；2、通过FPGA对LCD的控制，使得任何开发者都可以较为容易地通过此显示控制模块，在液晶上显示所需的内容。

；3、算法实现：对于12864-12的特殊图形RAM对应LCD的显示方式，采用特定算法，使得取模后的图像所对应的数组，无需经过处理便可以通过FPGA (Filed-Programmable Gate Array)在LCD上显示。

课题研究预期技术目标：1、中文及英文字符在LCD上的正常显示；2、图像数据在LCD上的正常显示；3、输入变动的数据能在LCD上的同步刷新显示；第二章系统总体设计"[正文××××宋体小四号]"2.1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。

2.1.1"[点击输入二级标题××××标题3]""[点击输入正文××××]"2.2系统总体设计框图系统设计总体框图如图2-1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2-1系统设计总体框图2.3系统开发资源选用2.3.1液晶模块选用FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。

利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。