【每周FPGA案例】至简设计系列_LCD入门案例_边框显示

明德扬吴老师 · 发表于 2020-9-11 15:27:23

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至简设计系列_LCD入门案例_边框显示

--作者：喝喝

本文为明德扬原创及录用文章，转载请注明出处！

1.1 总体设计
1.1.1 概述

液晶显示器是一-种通过液晶和色彩过滤器过滤光源，在平面面板上产生图像的数字显示器。LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置薄膜晶体管,.上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过薄膜晶体管上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。与传统的阴极射线管相比，LCD具有占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳等优点。现在LCD已渐替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普及。

本设计的主要任务是基于FPGA的LCD显示控制器设计，兼顾程序的易用性，方便此后模块的移植和应用。采用VHDL硬件描述语言在QUARTUS II软件平台上实现FPGA对LCD的控制，在LCD模块上实现任意彩色图片的显示，与此同时还须实现实时刷新数据的功能。这将有助于采用FPGA的系列产品的开发，特别是需要用到LCD而采用FPGA的产品的开发。不但缩短了FPGA的开发周期，也使更多采用FPGA设计的产品上出现LCD，增加了人机之间的交互性。

1.1.2 设计目标

此设计通过fpga给lcd发送图片信息，然后直接在LCD显示出图片

1.1.3信号列表

信号名	接口方向	定义
clk_50m	输入	系统时钟
rst_n	输入	低电平复位信号
lcd_hsync	输出	行同步信号
lcd_vsync	输出	场同步信号
lcd_de	输出	行和场同时显示时序段有效显示数据段信号
lcd_rgb	输出	显示颜色RGB [23:16]:表示的是R[7:0] [15:8]:表示的是G[7:0] [7:0]:表示的是B[7:0]
lcd_dclk	输出	像素时钟信号

1.1.4 设计思路

设计行显示时序段和场显示时序段，来确定矩形边框的宽度，根据各种颜色的数值来确定lcd显示屏显示出的边框颜色

行时钟计数器cnt_hys：用来计算行同步信号的帧长，加一条件是1，结束条件为数到1056个像素就结束

场时钟计数器cnt_vys：用来计算场同步信号的帧长，加一条件是场信号每数到1056个像素（即为一行结束的时刻），结束条件为数到525行就结束

1.1.5参考代码

module mdyLcdDispRect(
clk_50m ,
rst_n ,
lcd_hsync ,
lcd_vsync ,
lcd_de ,
lcd_rgb ,
lcd_dclk
);
input clk_50m ;
input rst_n ;
output lcd_hsync ;
output lcd_vsync ;
output lcd_de ;
output [23:0] lcd_rgb ;
output lcd_dclk ;
reg lcd_hsync ;
reg lcd_vsync ;
reg [23:0] lcd_rgb ;
parameter LINE_PR = 1056 ;
parameter FRAME_PER = 525 ;
parameter H_SYNC = 20 ;
parameter V_SYNC = 10 ;
parameter HDE_START = 46 ;
parameter HDE_END = 846 ;
parameter VDE_START = 23 ;
parameter VDE_END = 503 ;
reg [12:0] cnt_hsy ;
reg [12:0] cnt_vsy ;
reg hsync_de ;
reg vsync_de ;
wire display_area ;
wire e_area ;
wire add_cnt_hsy ;
wire end_cnt_hsy ;
wire add_cnt_vsy ;
wire end_cnt_vsy ;
reg [ 7:0] cnt0 ;
wire add_cnt0 ;
wire end_cnt0 ;
reg [15:0] cnt1 ;
wire add_cnt1 ;
wire end_cnt1 ;
assign clk = clk_50m ;
assign lcd_dclk = ~ clk_50m ;
assign lcd_de = hsync_de & vsync_de ;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
cnt_hsy <= 0;
end
else if(add_cnt_hsy)begin
if(end_cnt_hsy)
cnt_hsy <= 0;
else
cnt_hsy <= cnt_hsy + 1;
end
end
assign add_cnt_hsy = 1;
assign end_cnt_hsy = add_cnt_hsy && cnt_hsy == LINE_PR -1;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
cnt_vsy <= 0;
end
else if(add_cnt_vsy)begin
if(end_cnt_vsy)
cnt_vsy <= 0;
else
cnt_vsy <= cnt_vsy + 1;
end
end
assign add_cnt_vsy = end_cnt_hsy;
assign end_cnt_vsy = add_cnt_vsy && cnt_vsy == FRAME_PER - 1;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
lcd_hsync <= 1'b0 ;
end
else if(end_cnt_hsy)begin
lcd_hsync <= 1'b0;
end
else if(add_cnt_hsy && cnt_hsy == H_SYNC-1 )begin
lcd_hsync <= 1'b1;
end
end
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
hsync_de <= 1'b0;
end
else if(add_cnt_hsy && cnt_hsy == HDE_START-1)begin
hsync_de <= 1'b1;
end
else if(add_cnt_hsy && cnt_hsy == HDE_END-1)begin
hsync_de <= 1'b0;
end
end
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
lcd_vsync <= 1'b0 ;
end
else if(add_cnt_vsy && cnt_vsy == V_SYNC-1 )begin
lcd_vsync <= 1'b1;
end
else if(end_cnt_vsy)begin
lcd_vsync <= 1'b0;
end
end
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
vsync_de <= 1'b0;
end
else if(add_cnt_vsy && cnt_vsy == VDE_START-1)begin
vsync_de <= 1'b1;
end
else if(add_cnt_vsy && cnt_vsy ==VDE_END-1)begin
vsync_de <= 1'b0;
end
end
assign display_area = hsync_de && vsync_de;
assign blue_area = (cnt_hsy >= HDE_START + 400-125) && (cnt_hsy<HDE_START+400+125) &&
(cnt_vsy >= VDE_START + 240-80) && (cnt_vsy<VDE_START+240+80) ;
assign reb_area = (cnt_hsy >= HDE_START + 400-250) && (cnt_hsy<HDE_START+400+250) &&
(cnt_vsy >= VDE_START + 240-160) && (cnt_vsy<VDE_START+240+160) ;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
lcd_rgb <= 0;
end
else if(display_area)begin
if(blue_area)begin
lcd_rgb <= 24'h00_00_ff ;
end
else if(reb_area)begin
lcd_rgb <= 24'hff_00_00 ;
end
else begin
lcd_rgb <= 24'h00_ff_00 ;
end
end
else begin
lcd_rgb <= 0;
end
end
endmodule

复制代码

1.2 效果和总结

本案例我们设计了蓝色、红色和绿色的矩形框，蓝色和红色的矩形框的场信号是160行、行信号是250个像素；绿色的矩形框的场信号是160行、行信号是300个像素，所以我们后面就得到一个160*250的蓝色矩形框、500*320-250*160的红色矩形边框和一个800*480-500*320的绿色矩形边框

在这个设计案例中，至简设计法和明德扬计数器模板发挥了至关重要的作用，使我能够快速准确完成设计。希望有兴趣的同学可以运用至简设计法和明德扬模板尝试一下拓展设计哦。

感兴趣的朋友也可以访问明德扬论坛（http://www.fpgabbs.cn/）进行FPGA相关工程设计学习，也可以看一下我们往期的文章：

1.3 公司简介

明德扬是一家专注于FPGA领域的专业性公司，公司主要业务包括开发板、教育培训、项目承接、人才服务等多个方向。点拨开发板——学习FPGA的入门之选。
MP801开发板——千兆网、ADDA、大容量SDRAM等，学习和项目需求一步到位。网络培训班——不管时间和空间，明德扬随时在你身边，助你快速学习FPGA。周末培训班——明天的你会感激现在的努力进取，升职加薪明德扬来助你。就业培训班——七大企业级项目实训，获得丰富的项目经验，高薪就业。专题课程——高手修炼课：提升设计能力；实用调试技巧课：提升定位和解决问题能力；FIFO架构设计课：助你快速成为架构设计师；时序约束、数字信号处理、PCIE、综合项目实践课等你来选。项目承接——承接企业FPGA研发项目。人才服务——提供人才推荐、人才代培、人才派遣等服务。

【设计教程下载】

至简设计系列_LCD入门案例_边框显示.pdf (644.89 KB, 下载次数: 1829)
https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=34

【设计代码下载】

mdyLcdDispRect_project.zip (4.3 KB, 下载次数: 1870)

明德扬娄老师 · 发表于 2020-10-20 11:00:46

引脚配置界面中的lcd_back、lcd_int、lcd_rst引脚为多余的引脚配置，直接删除即可

明德扬吴老师 · 发表于 2020-11-25 16:46:32

【问题1】关于代码参数看不明白。
答：这些参数，是根据时序手册过来的，另外视频里也有说明这些参数的意义，关于这些意义，请看LCD的第一个案例说明，http://www.fpgabbs.cn/forum.php? ... &extra=page%3D1

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