10.4运用FPGA完成常用显现接口（DisplayInterface）
10.4.1七段数码显现接口的规划与完成
七段数码管因为价格低廉，运用简略，常常被用来完成一些简略的状况显现功用。七段数码管的规范外观图如图10.16所示。右下角的圆点用Dp来表明，用来完成小数点的显现。
七段数码管常常用来显现十进制或十六进制的数，所以在数据显现之前，首先要进行二进制到十进制或许十六进制的转化。将它们转化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。比方，赤色飓风开发板运用的是共阴类型的数码管，信号是高电平有用。十六进制数据在显现的时分对应的各段输出对应联系如表10.2所示。
表10.2 十六进制数据与输出的映射联系
|
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 |
赤色飓风开发板上选用的是4位并联的数码管。4个数码管共用8条数据线，操控线是独立的。假如4个数码管要显现不同的数值，比方显现1234，那么就需求选用一种操控战略。最常用的办法便是动态扫描显现。
动态扫描显现运用了时分的原理和人的视觉暂留效应。例如，一个4位动态扫描数码显现器的显现周期可划分为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显现第一个数码，周期2显现第二个数码。在扫描4个阶段后，又从头按次序循环。假如扫描的速度足够快，从视觉上看就好像4个数码管一起显现不同的内容。
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，经过BCD/7段译码器译码后输出。与此一起，3/8译码器产生位选通信号，则在此瞬间，数码管应该为要显现的数值。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显现接口的规划与完成
液晶屏（LCD）一般分为点阵型和字符型两种。字符型的液晶屏相关于数码管来说，能够显现更多的内容和字符，人机界面更为友爱，并且操作简略，因而得到了广泛的使用。不同厂家的字符型LCD尽管类型不同，可是操作办法基本是共同的。
字符型LCD一般会依据显现字符的数量来确认类型，如1602表明这个液晶能够显现2行字符，每行为16个。赤色飓风开发板上选用的字符型LCD的类型便是1602。下面就以1602为例来介绍字符型LCD显现接口的规划办法。
1602型液晶模块选用14针规范接口，各个管脚的界说如表10.3所示。
表10.3 1602型液晶模块的管脚装备表
|
管脚 |
符号 |
阐明 |
|
1 |
VSS |
器材地 |
|
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”，运用时能够经过一个10kW的电位器调整对比度 |
|
4 |
RS |
寄存器挑选，高电平时挑选数据寄存器，低电平时挑选指令寄存器 |
|
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共同为低电平时能够写入指令或许显现地址，当RS为低电平、RW为高电平时能够读忙信号，当RS为高电平、RW为低电平时能够写入数据 |
|
6 |
E |
使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行指令 |
|
7～14 |
D0～D7 |
8位双向数据线 |
1602液晶模块内部的字符产生存储器（CGROM）现已存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符包含：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文化名等。每一个字符都有一个固定的代码，比方大写的英文字母“A”的代码是0100_0001B（41H）。
显现的时分，模块把地址41H中的点阵字符图形显现出来，咱们就能看到字母“A”。在编程实时，只需求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经过指令编程来完成的。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 |
清显现 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
2 |
光标回来 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
* |
|
3 |
光标或显现形式 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
I/D |
S |
|
4 |
显现开/关操控 |
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 |
功用设置指令 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
DL |
N |
F |
* |
* |
|
7 |
字符产生器地址设置 |
0 |
0 |
0 |
1 |
字符产生器地址（AGG） |
|||||
|
8 |
DDRAM地址设置 |
0 |
0 |
1 |
显现数据存储器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 |
|||||||
各条指令的阐明如下（表10.4中，设1为高电平、0为低电平）。
·指令1：清显现，指令码01H，光标复位到地址00H方位。
·指令2：光标回来，光标回来到地址00H。
·指令3：光标和显现形式设置。其间I/D表明光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S表明屏幕上一切文字是否左移或许右移，高电平表明有用，低电平则无效。
·指令4：显现开/关操控。其间D表明操控全体显现的开与关，高电平表明开显现，低电平表明关显现；C表明操控光标的开与关，高电平表明有光标，低电平表明无光标；B表明操控光标是否闪耀，高电平闪耀，低电平不闪耀。
·指令5：光标或显现移位。其间S/C表明高电平时移动显现的文字，低电平时移动光标；R/L表明文字或光标的移动方向，高电平为右移，低电平为左移。
·指令6：功用设置指令。其间DL表明高电平时为4位总线，低电平时为8位总线；N表明低电平时为单行显现，高电平时双行显现；F表明低电平时显现5×7的点阵字符，高电平时显现5×10的点阵字符。
·指令7：字符产生器RAM地址设置。
·指令8：DDRAM地址设置。
·指令9：读忙信号和光标地址。其间BF表明忙标志位，高电平表明忙，此刻模块不能接纳指令或许数据，假如为低电平表明不忙。
·指令10：写数据。
·指令11：读数据。
10.4.3VGA显现接口的规划与完成
因为VGA接口是模仿信号，而FPGA只能支撑数字信号，因而需求专用的D/A转化芯片来完成模仿到数字的转化。常用的DAC芯片有ADI公司的ADV7123或许ADV7125等。
在某些使用场合下，VGA显现器仅仅是用来显现文字符号或许简略图形，不需求丰厚的色彩和细腻的画面。这时分，VGA接口就能够适当地简化。
规范的VGA接口衔接器为DB15，在15个管脚里边有5个是最重要的。它们分别是红、绿，蓝三基色信号和水平、笔直两个同步操控信号，如图10.18所示，其间，VGA_R、VGA_G、VGA_B、VGA_HS、VGA_VS是直接衔接到FPGA的管脚。
图10.18简化的VGA接口电路衔接
FPGA的管脚只要高电平和低电平两种状况，因而关于每个色彩重量信号也仅有两种状况。这样3个色彩重量就能够组合出8种色彩，如表10.5所示。
表10.5 简化的VGA接口色彩对照表
|
VGA_R |
VGA_G |
VGA_B |
对应的显现色彩 |
|
0 |
0 |
0 |
黑色 |
|
0 |
0 |
1 |
绿色 |
|
0 |
1 |
0 |
蓝色 |
|
0 |
1 |
1 |
蓝绿色 |
|
1 |
0 |
0 |
赤色 |
|
1 |
0 |
1 |
品赤色 |
|
1 |
1 |
0 |
黄色 |
|
1 |
1 |
1 |
白色 |
VGA信号假如要正常显现，那么输出信号有必要满意必定的时序联系。如图10.19所示为VGA接口电路的通用时序联系。不同的分辨率和刷新率有不同的时序如表10.6所示。
图10.19VGA接口电路的通用时序联系
表10.6 常见分辨率的VGA时序参数表
|
显现形式 |
像素时钟 /MHz |
水平方向（以像素核算） |
笔直方向（以行核算） |
||||||
|
有用视频信号 |
同步前 |
同步信号 |
同步后 |
有用视频信号 |
同步前 |
同步信号 |
同步后 |
||
|
640×48060Hz |
25.175 |
640 |
16 |
96 |
48 |
480 |
11 |
2 |
31 |
|
800×60060Hz |
40.000 |
800 |
40 |
128 |
88 |
600 |
1 |
4 |
23 |
|
1024×76860Hz |
65.000 |
1024 |
24 |
136 |
160 |
768 |
3 |
6 |
29 |
