【正文】 后還是要用到 niosrun 命令、Nios OCI 調(diào)試器控制臺或 GREM Monitor 監(jiān)控程序等。 第四階段 :設(shè)計驗證及修正。在這個階段中會不斷的重復(fù)第二、三階段的工作，最終使設(shè)計滿足設(shè)計目標(biāo)。 ? 具有 16 位和 32 位兩種可自由選擇的體系結(jié)構(gòu)。 ? 通過對其參數(shù)進行配置最多可具有 512 個通用寄存器。 表 Nios 內(nèi)核參數(shù) Nios 內(nèi)核參數(shù) Nios CPU 參數(shù) 32 位 Nios CPU 16 位 Nios CPU 數(shù)據(jù)總 線寬度 (bits) 32 16 ALU 寬度 (bits) 32 16 地址總線寬度 (bits) 32 16 指令大小 (bits) 16 16 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 LCD 顯示控制器 20 . NiosⅡ 微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 隨著嵌入式處理器在系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)揮越來越大的作用， FPGA 供應(yīng)商也致力于客戶提供這方面的支持， NoisⅡ處理器可應(yīng)用于多種場合，主要包括以下方面 ： ? 消費類電子產(chǎn)品 ： NiosⅡ技術(shù)可以應(yīng)用在目前流行的機頂盒，等離子體顯示器， HDTV， DVD 播放器等應(yīng)用中。 ? 汽車電子 ： 軟件無線電路接收器，遠(yuǎn)程信息處理 /娛樂，網(wǎng)關(guān)控制器。 ? 工業(yè)控制領(lǐng)域：工廠自動化，工藝控制，網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備。電磁輻射很小，對人體安全無害，且保密性好 。顯示信息量大 。所以液晶顯取代 CRT 是今后的發(fā)展趨勢 [1]。事實上， LCD 是世界上各種顯示器件中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、最有前途的顯示器件之。下面詳細(xì) 一下這兩種驅(qū)動方法 的原理及其電路的構(gòu)成原理和特性。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 LCD 顯示控制器 22 圖 321 八段液晶顯示電極結(jié)構(gòu)圖 我們在背電極 BP 上施加一個正脈列，在需要顯示的像素段電極上加入與背電極脈沖相位差為 180 度的等幅正脈列，于是在該像素上產(chǎn)生 +5V 或者 5V 的顯示驅(qū)動脈沖序列 。這就是液晶顯示的靜態(tài)驅(qū)動方式。并且將這個脈沖序列接到異或電路的一個輸入端，而電路另一個輸入端就是控制電路輸出，這里記為 A，異或電路電路的輸出接到像素的段電極SGE 上。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 LCD 顯示控制器 23 圖 322 靜態(tài)驅(qū)動波形 圖 323 靜態(tài)驅(qū)動電路原理圖 在顯示像素眾多時，如點陣型液晶顯示器件，若使用靜態(tài)驅(qū)構(gòu)將會產(chǎn)生眾多的引腳以及龐大的硬件驅(qū)動電路，這是不易實施的。把縱向一組顯示像素的段電極連在一起引出稱之電極，又稱列電極，用 SGE表示。 液晶顯示 的動態(tài)驅(qū)動是循環(huán)的給每行電極施加選擇脈沖，同時所有列電極該行像素的選擇或非選擇的驅(qū)動脈沖，從而實現(xiàn)某行所有顯示像素的驅(qū)動。我們把液晶顯示的掃描驅(qū)動方式稱為動態(tài)驅(qū)動法，亦稱多路尋址驅(qū)動法 液晶顯示及其控制驅(qū)動機在一幀中每一行的選擇時間是均等的。等電壓下，掃描行數(shù)的增多將使占空比下降，從而引起液晶像素上的變電場的有效值下降，降低了顯示質(zhì)量。比如說同樣的 320*240 像素，或者 640*480 像素的液晶屏，們都可以找到單屏掃描或者雙屏掃描的屏，但是雙屏掃描的屏往往具有更高示對比度和亮度，顯示效果要好 [4]。圍繞著驅(qū)動電路，配合與兼容的邏輯電路 — 鎖存器和移位寄存器，構(gòu)成了動態(tài)液晶驅(qū)動器，如圖 324 所示。邏 輯電路部分是以鎖存器和移位寄存器為中邏輯電路組成，邏輯電路部分完成驅(qū)動控制信號 — 顯示數(shù)據(jù)的傳輸，保制電平的轉(zhuǎn)換。鎖存器的輸出功能是將工作電源從邏輯轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電源。驅(qū)動器的工作原理為 :移位寄存器在移位脈沖 CP 的作用下將顯據(jù)移位傳輸，在傳輸完一行的數(shù)據(jù)之后， LP 脈沖的觸發(fā)下，將移位寄存器的鎖存到鎖存器中以控制驅(qū)動電路的開關(guān)狀態(tài)，同時在 LP 的作用下，行驅(qū)動 器的寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)移動一位，并在緊接的 CP 作用下 (作為鎖存信號 )進入鎖存器內(nèi)新掃描行。 圖 324 液晶動態(tài)驅(qū)動原理圖 液晶顯示驅(qū)動系統(tǒng)常與控制電路等集成為液晶顯示控制器。其二，在計算機系統(tǒng)包種各樣的微機系統(tǒng)，液晶控制器是一種專業(yè) CI 芯片，專用于計算機與液晶顯示的接口 . 控制器接受計算機的直接操作，并可以脫機獨立控制液晶顯示驅(qū)動系從 而解北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 LCD 顯示控制器 25 除了計算機在顯示上的繁瑣工作 .計算機通過對液晶顯示控制器的操現(xiàn)了對液晶顯示驅(qū)動掃描時序的設(shè)置和顯示數(shù)據(jù)的寫入，從而完成對液晶器件顯示的操作。 液晶顯示控制器可分為兩種 :液晶顯示驅(qū)動控制器和液晶顯示控制器。增加了振和時序發(fā)生器 。具有如下的特點 :驅(qū)動和控制融為一片，集成度高 。液晶控制器的原理框圖如圖 331 所示。它用來接收微處理器發(fā)送來的指令和數(shù)據(jù)，并向計算機反饋所需的信息，包括可以讀取顯示緩沖器某個 特定位置的顯示數(shù)據(jù)以及控制器的狀態(tài)。另一個是數(shù)據(jù)通道，即數(shù)據(jù)緩沖器，它由數(shù)據(jù)輸入寄存器和寄存器組成，數(shù)據(jù)輸入寄存器用來接收計算機發(fā)來的指令參數(shù)和顯示數(shù)據(jù)輸出寄存器用來將顯示存儲器的數(shù)據(jù)和可讀參數(shù)寄存器的數(shù)據(jù)送到微處理數(shù)據(jù)總線上，供微處理器讀取。液晶控制器內(nèi)部的狀態(tài)寄存器一般都提供一個“忙”標(biāo)志位，微處理依次讀寫液晶控制器之前都需要先去讀這個位，判斷液晶控制器是否為“忙”，在液晶控制器不“忙”時候的時候才可以對液晶控制器進行讀寫，否則繼續(xù)等待。時序發(fā)生器產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘提供給顯示時序電路，顯示時序電路產(chǎn)生顯示時序脈沖序列提供給驅(qū)動部。主要有以下的驅(qū)動信號 : FRM— 幀信號，行驅(qū)動器移位鎖存這個信號，用于選擇顯示行，當(dāng)這個置高電平時，表示開始顯示一幀畫面的第一行，非第一行顯示時則為低電平。 LP— 數(shù)據(jù)鎖存信號，在一行數(shù)據(jù)移位到位之后，這個信號將這些數(shù)據(jù)寄存器中，實現(xiàn)一行的顯示。 上面前 3個信號是所有的液晶控制器都必須提供給驅(qū)動器的信號，而 M信號是所有的驅(qū)動器都需要，有些驅(qū)動器會在自己的內(nèi)部產(chǎn)生，不需要液晶控制器 提供。不過在這一點上不同液晶控制器也有很大的不同?？刂茣r序?qū)Ⅱ?qū)動邏輯電路以管理和操作各電路?？刂撇坎倏v著顯示功能，文本顯 示方式，圖形顯示方式，圖文合成顯示方式等。控制部還控制著光標(biāo)發(fā)生器的工作，包括光標(biāo)的有無，光標(biāo)的形狀，光標(biāo)閃爍等等 。光標(biāo)發(fā)生器由光標(biāo)形狀寄存器、光標(biāo)控制器和光標(biāo)地址計數(shù)器組成。這個地址指針在顯示過程中指向接下來即將被驅(qū)動部送往顯動系統(tǒng)的顯示數(shù)據(jù)的位置，且根據(jù)不同的顯示方式地址指針進行更新。它的特點是內(nèi)置 64 64 位的顯示存儲器，顯示屏上各像素點的顯示狀態(tài)與顯示存儲器的各位數(shù)據(jù) — 一對應(yīng)，顯示存儲器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動信號。同時 GDM12864A 配備了一套顯示存儲器的管理 電路和與計算機接口電路，允許計算機直接訪問顯示存儲器，也就是說 GDM12864A 可以直接與計算機的總線連接。擁有 64 64位（ 512 字節(jié)）的顯示存儲器，其數(shù)據(jù)直接作為顯示驅(qū)動信號。 8 位并行數(shù)據(jù)接口，適配 M6800 系列時序。 64 路列驅(qū)動輸出。簡單的操作指令 顯示開關(guān)設(shè)置，顯示起始行設(shè)置，地址指針設(shè)置和數(shù)據(jù)讀／寫等指令。低功耗，在顯示期間功耗最大為２ mW。寬電壓工作 Vcc=～ Vee=OV～ 10V 1. 模塊特性 GDM12864A 的接口電路定義如下表所示 [11]。 CS１ CS２ GDM12864A 0 0 禁止使用 0 1 左區(qū) 1 0 右區(qū) 1 1 未選 2. 864A 圖形液晶顯示模塊的軟件特性 了解 GDM12864A 圖形液晶顯示模塊的電路特性后，要使用 GDM12864A 圖形液晶顯示模塊還需要熟悉其軟件特性，即 GDM12864A 的指令功能，才能很好地應(yīng)用圖形液晶顯示模塊。 GDM12864A 指令表 指令名稱 控制 信號 控制代碼 D/I R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示開頭設(shè)置 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D 顯示起始行設(shè)置 0 0 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 LCD 顯示控制器 30 頁面地址設(shè)置 0 0 1 0 1 1 1 P2 P1 P0 列地址設(shè)置 0 0 0 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0 讀取狀態(tài)字 0 1 BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0 寫顯示數(shù)據(jù) 1 0 數(shù) 據(jù) 讀顯示數(shù)據(jù) 1 1 數(shù) 據(jù) GDM12864A 一共有七條指令，從作用上可分為兩類。下面詳細(xì)解釋各個指令的功能： HD61202 操作流程圖 ● 讀狀態(tài)字（ Status Read） RS R/W DB7 DB7 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 1 BUSY O ON／ OFF RESET 0 0 0 0 狀態(tài)字是計算機了解 GDM12864A 當(dāng)前狀態(tài)的唯一的信息渠道。 BUSY=1 表示 GDM12864A 正在處理計算機發(fā)來的指令或數(shù)據(jù)。 BUSY＝ 0表示 GDM12864A 接口控制電路已 處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)，等待計算機的訪問。 ON／ OFF=l 表示關(guān)顯示狀態(tài)， ON／OFF=0表示開顯示狀態(tài)。當(dāng) RST 為低電平狀態(tài)時， GDM12864A 處于復(fù)位工作狀態(tài)， RESET=1。 在指令設(shè)置和數(shù)據(jù)讀寫時要注意狀態(tài)字中的 BUSY 標(biāo)志。因此計算機在每次對 GDM12864A 操作之前，都要讀出狀態(tài)字判斷 BUSY 是否為“ 0”。 ● 顯示開關(guān)設(shè)置（ Display on／ off） 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 LCD 顯示控制器 31 RS R/W DB7 DB7 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 O 1 1 1 1 1 D 該指令設(shè)置顯示開／關(guān)觸發(fā)器的狀態(tài)，由此控制顯示數(shù)據(jù)鎖存器的工作方式，從而控制顯示屏上的顯示狀態(tài)。當(dāng) D=1為開顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器正常工作，顯示屏上呈現(xiàn)所需的顯示 效果。當(dāng) D=0 為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)字中 ON／ OFF＝ 1。 HD612O2U有 64行顯示的管理能力，該指令中 L5～ LO 為顯示起始行的地址，取值在 O～ 3FH（ 1～ 64 行）范圍內(nèi)，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應(yīng)的顯示存儲器的行地址。 ● 頁面地址設(shè)置 [Set Page（ X address） ] RS R/W DB7 DB7 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 0 1 1 1 Page(0~7) 該指令設(shè)置了頁面地址 — X 地址寄存器的內(nèi)容。該指令規(guī)定了以后的讀／寫操作將在哪一個頁面上進行。 Y 地址計數(shù)器具有自動加一功能，在每一次讀／寫數(shù)據(jù)后它將自動加一，所以在連續(xù)進行讀北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 LCD 顯示控制器 32 ／寫數(shù)據(jù)時， Y地址計數(shù)器不必每次 都設(shè)置一次。 ● 寫顯示數(shù)據(jù)（ Write Display Data） RS R/W DB7 DB7 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 顯 示 數(shù) 據(jù) 該操作將 8 位數(shù)據(jù)寫入先前已確定的顯示存儲器的單元內(nèi)。 ● 讀顯示數(shù)據(jù)（ Read Display Data） RS R/W DB7 DB7 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 顯 示 數(shù) 據(jù) 該操作將 GDM12864A 接口部的輸出寄存器內(nèi)容讀出，然后列地址計數(shù)器自動加一。 62 63 0 1 。 這 3 個子模塊最后在頂層模塊中被調(diào)用并裝配在一起，共同完成要求的功能。在無主控輸入時，應(yīng)有一個靜態(tài)顯示，表示其正?？捎?。我們設(shè)計的 LCD 顯示控制器也是如此。 FPGA 不能實現(xiàn)外部器件的功能，如喇叭。必須明白 FPGA 只能實現(xiàn)輸入輸出信號的變換仿真十分重要。它只能實現(xiàn)一個外部接口模塊，它能向液晶顯示器件輸出信號。在這個接口之前的執(zhí)行指令模塊設(shè)計就與具體的液晶器件無關(guān)。其系統(tǒng)設(shè)