【正点原子FPGA连载】第二十三章 RGB TFT-LCD字符显示实验--摘自【正点原子】开拓者 FPGA 开发指南
本帖最后由 正点原子 于 2020-10-23 11:41 编辑1）实验平台：正点原子开拓者FPGA开发板
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第二十三章 RGB TFT-LCD字符显示实验
我们在RGB TFT-LCD彩条显示实验中通过对VGA彩条显示程序稍作修改，成功的在ATK-7’ RGBLCD液晶屏模块上显示出了彩条。本章我们同样参考VGA字符显示实验，在LCD上完成汉字“正点原子” 的显示。本章包括以下几个部分：
23.1 RGB TFT-LCD简介
23.2 实验任务
23.3 硬件设计
23.4 程序设计
23.5 下载验证
23.1 RGB TFT-LCD简介
我们在“RGB TFT-LCD彩条显示实验” 中对ATK-7’ RGBLCD液晶屏模块作了详细的介绍， 包括数据输入时序、同步方式、以及分辨率等。如果大家对这部分内容不是很熟悉的话， 请参考“RGB TFT-LCD彩条显示实验” 中的简介部分。
23.2 实验任务
本章的实验任务是通过开拓者开发板上的RGB TFTLCD接口在ATK-7’ RGBLCD液晶屏的中心位置显示四个汉字“正点原子” ，每个汉字的大小为32*32。
23.3 硬件设计
RGB TFTLCD接口部分的硬件设计原理及本实验中各端口信号的管脚分配与“RGB TFT-LCD彩条显示实验” 完全相同， 请参考“RGB TFT-LCD彩条显示实验” 中的硬件设计部分。
23.4 程序设计
图 23.4.1是根据本章实验任务画出的系统框图。
其中， 时钟分频模块负责产生像素时钟，LCD驱动模块产生同步信号， LCD显示模块输出图像数据。图 23.4.1 RGB TFT-LCD字符显示实验系统框图字符显示的原理及字模的提取方法请大家参考“VGA字符显示实验” 中的程序设计部分。由于本章实验任务要求显示汉字的大小为32*32，那么四个汉字的点阵每行为128个像素点，需要16个Byte的数据来表示。 因此在导出字模数据前， 需要在“字模选项” 中将“每行显示数据—点阵” 处设置为16， 如下图所示：
图 23.4.2 字模格式配置界面
最终由四个汉字“正点原子” 提取到的字模数据如图 23.4.3所示。数据以十六进制显示，每行有16个Byte， 对应每行四个汉字共128个像素点；共有32行，对应每个汉字的高度为32。
图 23.4.3 “正点原子”32*32字模
提取字模完成后，我们需要在LCD显示模块中将获取的点阵数据映射到液晶屏中心32*128个的像素点的字符显示区域，从而实现字符的显示。程序中各模块端口及信号连接如图 23.4.4所示：
图 23.4.4 顶层模块原理图
图 23.4.4中的顶层模块（lcd_rgb_char） 、时钟分频模块（lcd_pll）以及LCD驱动模块（lcd _driver）均与“RGB TFT-LCD彩条显示实验” 完全相同， 只对LCD显示模块（lcd_display）作了修改。因此， 这里我们重点讲解LCD显示模块，其他部分大家可以参考“RGB TFT-LCD彩条
显示实验” 。
LCD显示模块的代码如下：
1 module lcd_display(
2 input lcd_clk, //lcd驱动时钟
3 input sys_rst_n, //复位信号
4 5
input pixel_xpos, //像素点横坐标
6 input pixel_ypos, //像素点纵坐标
7 output reg pixel_data //像素点数据,
8 );
9
10 //parameter define
11 parameter H_DISP = 11'd800; //分辨率——行
12 parameter V_DISP = 11'd480; //分辨率——列
13
14 localparam POS_X = 11'd336; //字符区域起始点横坐标
15 localparam POS_Y = 11'd224; //字符区域起始点纵坐标
16 localparam WIDTH = 11'd128; //字符区域宽度
17 localparam HEIGHT = 11'd32; //字符区域高度
18 localparam RED = 16'b11111_000000_00000; //屏幕背景色
19 localparam BLUE = 16'b00000_000000_11111; //字符颜色
20 localparam BLACK = 16'b00000_000000_00000; //字符区域背景色
21
22 //reg define
23 reg char; //字符数组
24
25 //wire define
26 wire x_cnt;
27 wire y_cnt;
28
29 //*****************************************************
30 //** main code
31 //*****************************************************
32 assign x_cnt = pixel_xpos - POS_X; //像素点相对于字符区域起始点水平坐标
33 assign y_cnt = pixel_ypos - POS_Y; //像素点相对于字符区域起始点竖直坐标
34
35 //给字符数组赋值，显示汉字“正点原子” ，汉字大小为32*32
36 always @(posedge lcd_clk) begin
37 char <= 128'h00000000000000000000000000000000;
38 char <= 128'h00000000000000000000000000000000;
39 char <= 128'h00000000000100000000002000000000;
40 char <= 128'h000000380001800002000070000000C0;
41 char <= 128'h0000007C0001800003FFFFF803FFFFE0;
42 char <= 128'h0FFFFFFE0001800003006000000001E0;
43 char <= 128'h0001E000000180600300600000000300;
44 char <= 128'h0001E0000001FFF00300C00000000600;
45 char <= 128'h0001E000000180000310804000001800;
46 char <= 128'h0001E00000018000031FFFE000003000;
47 char <= 128'h0001E00000018000031800400001C000;
48 char <= 128'h0181E00000018000031800400001C000;
49 char <= 128'h01E1E000018181800318004000018000;
50 char <= 128'h01F1E00001FFFFC0031FFFC000018010;
51 char <= 128'h01E1E0E0018001800318004000018038;
52 char <= 128'h01E1FFF001800180031800403FFFFFFC;
53 char <= 128'h01E1E018018001800318004000018000;
54 char <= 128'h01E1E000018001800218004000018000;
55 char <= 128'h01E1E00001800180021FFFC000018000;
56 char <= 128'h01E1E000018001800210304000018000;
57 char <= 128'h01E1E00001FFFF800200300000018000;
58 char <= 128'h01E1E000018001800606300000018000;
59 char <= 128'h01E1E000018001000607370000018000;
60 char <= 128'h01E1E00000000000060E31C000018000;
61 char <= 128'h01E1E000001000400418307000018000;
62 char <= 128'h01E1E000020830600430303800018000;
63 char <= 128'h01E1E038020C18300860301800018000;
64 char <= 128'h01E1E07C060E18180883700800018000;
65 char <= 128'h7FFFFFFE0C0618181100F008003F8000;
66 char <= 128'h000000001C0408182000600000070000;
67 char <= 128'h00000000000000000000000000020000;
68 char <= 128'h00000000000000000000000000000000;
69 end
70
71 //给不同的区域绘制不同的颜色
72 always @(posedge lcd_clk or negedge sys_rst_n) begin
73 if (!sys_rst_n)
74 pixel_data <= BLACK;
75 else begin
76 if((pixel_xpos >= POS_X) && (pixel_xpos < POS_X + WIDTH)
77 && (pixel_ypos >= POS_Y) && (pixel_ypos < POS_Y + HEIGHT)) begin
78 if(char)
79 pixel_data <= BLUE; //绘制字符为蓝色
80 else
81 pixel_data <= BLACK; //绘制字符区域背景为黑色
82 end
83 else
84 pixel_data <= RED; //绘制屏幕背景为红色
85 end
86 end
87
88 endmodule
LCD显示模块直接在“VGA字符显示实验”中VGA显示模块的基础上稍作修改即可。 由于在代码的10至20行声明了一系列的变量， 定义了屏幕分辨率、 字符在屏幕上显示的位置、以及字符的大小、颜色等，因此我们可以非常方便地通过修改这些变量来满足本章的实验要求。
因为字符的大小相比于VGA字符显示实验发生了改变， 因此在程序的第23行我们将字符数组的位宽调整为128bit， 并将前面提取的字模数据赋值给该字符数组，如程序中第35~69行所示。另外程序第78行将字符显示区域内的像素点与字符数组char中的点阵数据一一映射， 此处
需要将字符数组的索引调整为char。有关该模块更详细的设计思路请大家参考“VGA字符显示实验” 。
图 23.4.5为LCD显示模块显示汉字“正点原子” 第13行时SignalTap抓取的波形图。对照取模得到的点阵数据第13行（01E1E000018181800318004000018000） 可以看出， 当点阵数据为0时，像素点被赋值为黑色（0000）； 当点阵数据为1时，像素点被赋值为蓝色（001F）；字符
显示区域外的屏幕背景为红色（F800）。 各区域中的像素点能够被赋以正确的颜色值。
图 23.4.5 SignalTap波形图
23.5 下载验证
RGB TFT-LCD字符显示实验的工程位于lcd_rgb_char文件夹中， 请大家参考RGB TFT-LCD彩条 显 示 实 验 中 的 下 载 验 证 方 法 ， 将 lcd_rgb_char/par/output_files 目 录 下 的“lcd_rgb_char.sof” 文件下载至开发板。下载完成后在ATK-7’ RGBLCD液晶屏模块上观察显
示的汉字如图 23.5.1所示，说明RGB TFT-LCD字符显示程序下载验证成功。
图 23.5.1 RGB TFT-LCD字符显示
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