利用FPGA实现外设通信接口之： 利用FPGA实现常用显示接口（Display Interface）
10.4利用FPGA实现常用显示接口（DisplayInterface）
10.4.1七段数码显示接口的设计与实现
七段数码管因为价格低廉，使用简单，经常被用来实现一些简单的状态显示功能。七段数码管的标准外观图如图10.16所示。右下角的圆点用Dp来表示，用来实现小数点的显示。
七段数码管经常用来显示十进制或十六进制的数，所以在数据显示之前，首先要进行二进制到十进制或者十六进制的转换。将它们转换成十进制的或是十六进制的数。
七段数码管分为共阴和共阳两种类型。比如，红色飓风开发板使用的是共阴类型的数码管，信号是高电平有效。十六进制数据在显示的时候对应的各段输出对应关系如表10.2所示。
表10.2 十六进制数据与输出的映射关系
数据 | a | b | c | d | e | f | g | Dp |
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
5 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
6 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
7 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
9 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
A | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
B | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
C | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
D | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
E | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
F | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
红色飓风开发板上采用的是4位并联的数码管。4个数码管共用8条数据线，控制线是独立的。如果4个数码管要显示不同的数值，比如显示1234，那么就需要采用一种控制策略。最常用的方法就是动态扫描显示。
动态扫描显示利用了时分的原理和人的视觉暂留效应。例如，一个4位动态扫描数码显示器的显示周期可划分为4个阶段。
阶段1→阶段2→阶段3→阶段4
每个周期只选通一位数据。在周期1显示第一个数码，周期2显示第二个数码。在扫描4个阶段后，又重新按顺序循环。如果扫描的速度足够快，从视觉上看就好像4个数码管同时显示不同的内容。
4位扫描数码管共有4组BCD码（4位）输入线，8根8段译码输出线和4根位选通线。扫描工作中，先从4组BCD数据中选出一组，通过BCD/7段译码器译码后输出。与此同时，3/8译码器产生位选通信号，则在此瞬间，数码管应该为要显示的数值。然后再选出下一组数据译码后输出，位选通信号则相应下移一位，将下一数码管选通输出，如图10.17所示。
图10.17动态扫描原理示意图
10.4.2字符型LCD显示接口的设计与实现
液晶屏（LCD）通常分为点阵型和字符型两种。字符型的液晶屏相对于数码管来说，可以显示更多的内容和字符，人机界面更为友好，而且操作简单，因此得到了广泛的应用。不同厂家的字符型LCD虽然型号不同，但是操作方法基本是一致的。
字符型LCD一般会根据显示字符的数量来确定型号，如1602表示这个液晶可以显示2行字符，每行为16个。红色飓风开发板上采用的字符型LCD的型号就是1602。下面就以1602为例来介绍字符型LCD显示接口的设计方法。
1602型液晶模块采用14针标准接口，各个管脚的定义如表10.3所示。
表10.3 1602型液晶模块的管脚配置表
管脚 | 符号 | 说明 |
1 | VSS | 器件地 |
2 | VDD | +5V电源 |
3 | V0 | 对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10kW的电位器调整对比度 |
4 | RS | 寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器 |
5 | RW | 读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平、RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平、RW为低电平时可以写入数据 |
6 | E | 使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令 |
7～14 | D0～D7 | 8位双向数据线 |
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符包括：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等。每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是0100_0001B（41H）。
显示的时候，模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。在编程实时，只需要输入相应字符的地址，液晶屏就会输出相应的字符。
FPGA对液晶模块的写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。1602型液晶的操作指令表如表10.4所示。
表10.4 1602型液晶模块的指令表
序号 | 指令 | RS | RW | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
1 | 清显示 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
2 | 光标返回 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | * |
3 | 光标或显示模式 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | I/D | S |
4 | 显示开/关控制 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | D | C | B |
5 | 光标或字符移位 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | S/C | R/L | * | * |
6 | 功能设置命令 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | DL | N | F | * | * |
7 | 字符发生器地址设置 | 0 | 0 | 0 | 1 | 字符发生器地址（AGG） | |||||
8 | DDRAM地址设置 | 0 | 0 | 1 | 显示数据存储器DDRAM的地址（ADD） | ||||||
9 | 读忙标志或地址 | 0 | 1 | BF | 计数器地址（AC） | ||||||
10 | 写数据到RAM | 1 | 0 | 要写的数据 | |||||||
11 | 从RAM读数据 | 1 | 1 | 读出的数据 | |||||||
各条指令的说明如下（表10.4中，设1为高电平、0为低电平）。
·指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。
·指令2：光标返回，光标返回到地址00H。
·指令3：光标和显示模式设置。其中I/D表示光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S表示屏幕上
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