FPGA驱动LCD显示红绿蓝彩条

实验目的：先简单熟悉LCD灯的驱动和时序图的代码实现。设计功能是让LCD显示红绿蓝三种颜色，即三个彩带。本次实验比较容易实现，主要是对LCD驱动时序图的理解和时序参数的配置。

实验条件：1.LCD原理图2020-12-17-HXH_ESP32_E1。

2.所用开发板用户手册：GW1NSR-LV4CQN48PC7I6_V1.1开发板用户手册

3.LCD的数据手册：SC7283（确定LCD驱动设计的引脚和时序控制）

注释：第一项和第二项结合是为了，分配LCD和FPGA的引脚。一般用PDF软件Adobe Acrobat DC进行查找引脚编号，再粘贴复制找到引脚的位置，在用一个EXCEL表格记下引脚名字，引脚的位置或编号，引脚的电压类型（LVCMOS33或LVCMOS18等）

实验原理：

LCD的分辨率为480RGB * 272  ，理解为有480列和272行，分别对应行同步计数器h_cnt 和场同步计数器v_cnt ，LCD有三种模式，SYNC, SYNC-DE and DE mode，本次选用的是第二种，和VGA的驱动很相似，先是行同步信号HSYNC，然后是场同步信号VSYNC（行同步信号（一个像素点）可以理解为把一行的所有列扫描完则就是场同步信号，即场同步信号比行同步信号大。）再是有效区域DE。由于对于行同步信号或者场同步信号的时许控制来讲，都是由行同步信号或场同步信号周期，前沿，有效区域，后沿等四个部分参数组成

时许图如下：

下图红框的是LCD分辨率为480RGB * 272时，对应时序图中的配置参数。

三  代码设计：

本设计代码分成两部分，一是顶层模块，二是LCD驱动控制模块。

1.LCD顶层模块：

module lcd_top#
(
parameter ROW_NUM = 272
,parameter COL_NUM = 480
,parameter DATA_LENGTH = 24 //传输数据位宽，RGB888是24位

,parameter CMD_SPACE = 43 //每次使能信号间隔
,parameter BURST_NUM = 32
)
(
//////// SYSTEM ////////////////
input sys_clk
///////// SPI //////////////////
// ,input i_cs
// ,input i_sclk
// ,input i_mosi
// ,input i_dcx

//////// RGB ///////////////////
,output fv
,output lv
,output de
,output [DATA_LENGTH-1:0] pixdata//,output [15:0] pixdata
,output pixclk
);

////////////// 延时复位 ///////////
reg [29:0] init_delay = 0;
always@(posedge sys_clk)begin
if(init_delay >= 50000000)
init_delay <= init_delay;
else
init_delay <= init_delay + 1'b1;
end

wire FPGA_RST_N;
assign FPGA_RST_N = (init_delay >= 50000000)?1:0;

LCD_CTRL #
(
.WORD_WIDTH (DATA_LENGTH)

,.H_FRONT_PORCH(8)
,.H_BACK_PORCH (43)
,.H_SYNC (4)

,.V_FRONT_PORCH(8) //V_TOTAL = VFP +VBP +V_SYNC + V_ACTIVE,V_TOTAL = 929
,.V_BACK_PORCH (12)
,.V_SYNC (4)

,.H_ACTIVE (COL_NUM)
,.V_ACTIVE (ROW_NUM)// 120//
)
u_RGB_CTRL
(
.rst_n(FPGA_RST_N)
,.sysclk(sys_clk)

,.lcd_A_vs(fv)
,.lcd_A_hs(lv)
,.lcd_A_de(de)

,.lcd_A_clk(pixclk)
,.lcd_A_rgb (pixdata)
);

endmodule

2.LCD驱动模块

module LCD_CTRL #
(parameter WORD_WIDTH = 24

,parameter H_FRONT_PORCH = 8
,parameter H_BACK_PORCH = 43
,parameter H_SYNC = 4
//H——TOTAL=HFP +HBP +H_SYNC + H_ACTIVE=531
,parameter V_FRONT_PORCH = 8 //V_TOTAL = VFP +VBP +V_SYNC + V_ACTIVE,V_TOTAL = 292
,parameter V_BACK_PORCH = 12
,parameter V_SYNC = 4

,parameter H_ACTIVE = 480
,parameter V_ACTIVE = 272// 120//
)
(//input rst_n
input sysclk
,input wire rst_n

,output lcd_A_vs
,output lcd_A_hs
,output lcd_A_de
,output lcd_A_clk
,output [WORD_WIDTH-1:0] lcd_A_rgb
///////////init
,output wire rgb_en
,output wire lcd_disp
// ,output wire o_mosi
// ,output wire o_mclk
// ,output wire o_cs
);
parameter BLACK = 24'h000000; //红色
parameter RED = 24'hFF0000; //红色
parameter GREEN = 24'h00FF00; //绿色
parameter BLUE = 24'h0000FF; //蓝色
//场同步信号的参数
parameter RED_CNT = 16'd90; //红色
parameter GREEN_CNT = 16'd180; //绿色
parameter BLUE_CNT = 16'd270; //蓝色
//行同步信号的参数
parameter H_RED_CNT = 16'd160; //红色
parameter H_GREEN_CNT = 16'd320; //绿色
parameter H_BLUE_CNT = 16'd479; //蓝色
//------------------------HSYNC的时间计数 begin
reg[15:0] h_cnt;
wire clk_9m;
reg [WORD_WIDTH-1:0] pixel_data;
Gowin_CLKDIV CLKDIV_9m (
.clkout(clk_9m), //output clkout
.hclkin(sysclk), //input hclkin
.resetn(1) //input resetn
);

always @ (posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
h_cnt <= 'd0;
else if(h_cnt >= H_SYNC+H_BACK_PORCH+H_ACTIVE+H_FRONT_PORCH-1)
h_cnt <= 'd0;
else
h_cnt <= h_cnt + 'd1;
end
//------------------------HSYNC的时间计数 end

//------------------------VSYNC的时间计数 begin
reg[15:0] v_cnt;

always @ (posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
v_cnt <= 'd0;
else if(h_cnt == H_SYNC+H_BACK_PORCH+H_ACTIVE+H_FRONT_PORCH-1) begin//H_SYNC-2)
if(v_cnt >= V_SYNC+V_BACK_PORCH+V_ACTIVE+V_FRONT_PORCH-1)
v_cnt <= 'd0;
else
v_cnt <= v_cnt + 'd1;
end
else
v_cnt <= v_cnt;
end
//------------------------VSYNC的时间计数 end

//------------------------生成VSYNC信号 begin
//vsync_r
reg vsync_r;
always @ (posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
vsync_r <= 'd1;
else if((v_cnt >= 'd0) && (v_cnt <= V_SYNC-1)) //Negative
vsync_r <= 'd0;
else
vsync_r <= 'd1;
end
//------------------------生成VSYNC信号 end

//------------------------生成HSYNC信号 begin
//hs
reg hsync_r;
always @ (posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
hsync_r <= 'd1;
else if((h_cnt >= 'd0) && (h_cnt <= H_SYNC-1)) //Negative
hsync_r <= 'd0;
else
hsync_r <= 'd1;
end
//------------------------生成HSYNC信号 end

//------------------------生成DE信号 begin
//de
reg de_r;
always @ (posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
de_r <= 0;
end
else if((h_cnt >= H_SYNC+H_BACK_PORCH) && (h_cnt <= H_SYNC+H_BACK_PORCH+H_ACTIVE-1)
&& (v_cnt >= V_SYNC+V_BACK_PORCH)&&(v_cnt <= V_SYNC+V_BACK_PORCH+V_ACTIVE-1)) begin
de_r <= 1;
end
else begin
de_r <= 'd0;
end
end
//------------------------生成DE信号 end

//------------------------把控制信号和FIFO读取的数据进行同步 begin
reg de_r1,de_r2,de_r3;

always @ (posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
de_r1 <= 0;
de_r2 <= 0;
de_r3 <= 0;
end
else begin
de_r1 <= de_r;
de_r2 <= de_r1;
de_r3 <= de_r2;
end
end
//------------------------把控制信号和FIFO读取的数据进行同步 end

//------------------------将同步后的RGB数据按照协议进行映射输出 begin
reg [WORD_WIDTH-1:0] lcd_rgb1_d;

always @ (posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
lcd_rgb1_d <= 0;
end
else if(!de_r1)
lcd_rgb1_d <= 0;
else if(de_r1) begin
lcd_rgb1_d <= pixel_data;
end
end

//显示彩条红绿蓝
always @(posedge clk_9m or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
pixel_data <= BLACK;
else begin
if((v_cnt >= 0) && (v_cnt < RED_CNT)&de_r)
pixel_data <= RED;
else if ((v_cnt >= RED_CNT) && (v_cnt < GREEN_CNT)&de_r)
pixel_data <= GREEN;
else
pixel_data <= BLUE;
end
end

assign lcd_A_rgb = lcd_rgb1_d;//16'hf0;//

assign lcd_A_vs = vsync_r;
assign lcd_A_hs = hsync_r;
assign lcd_A_de = de_r2;
assign lcd_A_clk = ~clk_9m;

endmodule

四实验中的问题：

注意1：今天出现了FPGA设计软件布局布线时提示引脚错误，说这几个引脚已经有专用引脚了。其实，是同一个引脚复用，即LCD_PIXCLK,PIXDATA[16], PIXDATA[23],DE,LV引脚提示和MSPI引脚冲突，最后通过钩选引脚复用解决，如下所示：

注意2：实验现象即开发板只亮了一半，开发板分辨率：480*272，马上想到是行或列的参数错误。

parameter       ROW_NUM     = 480

,parameter      COL_NUM       = 272（H_ACTIVE），即列对应行同步信号。列应该是480=COL_NUM ，行是对应着场同步信号，即行是272=ROW_NUM

五下板实验效果