1)实验平台:正点原子STM32MP157开发板 2)购买链接:https://item.taobao.com/item.htm?&id=629270721801 3)全套实验源码 手册 视频下载地址：http://www.openedv.com/thread-318813-1-1.html 4)正点原子官方B站:https://space.bilibili.com/394620890 5）正点原子STM32MP157技术交流群:691905614 
第十八章 RGB LCD彩条显示实验
TFT-LCD采用薄膜晶体管的液晶显示屏（TFT）提高图像亮度和对比度等技术。与传统相比CRT显示器，TFT-LCD它具有重量轻、功耗低、无辐射、图像质量好等优点，广泛应用于电视、电脑显示器、手机等各种显示设备中。 本章包括以下几个部分： 1.1 RGB LCD简介 1.2 实验任务 1.3 硬件设计 1.4 程序设计 1.5 下载验证 ? 1.1 RGB LCD简介 TFT-LCD的全称是Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，即薄膜晶体管液晶显示屏，其显示的每个像素点都由集成在液晶后面的薄膜晶体管独立驱动，因此TFT-LCD响应速度高，图像质量好。正点原子推出RGB LCD更多的液晶屏，7寸RGB LCD如下图所示：
图 7.5.13.1 ATK-7’RGB接口TFT液晶屏模块 液晶显示器是目前最常用的显示器，基本上使用手机、电脑、各种人机交互设备等LCD，最常见的是手机和电脑显示器。因为作者不是LCD从业人员，对于LCD不了解具体原理，百度百科对 LCD原理解释如下： LCD液晶盒放置在两个平行玻璃基板中，下基板玻璃设置 TFT(薄膜晶体管)通过在基板玻璃上设置彩色滤光片TFT上部信号和电压的变化可以控制液晶分子的旋转方向，从而控制每个像素点的偏振光出射。我们现在想在领航者开发板上使用它LCD，所以不需要研究LCD 我们只需要从使用的角度关注具体的实现原理 LCD 几个重点: 1、分辨率 提起LCD我们都会听到720P、1080P、2K或4K这样的字眼，这就是LCD显示器分辨率。 LCD显示器都是由一个一个的像素点组成，像素点就类似一个灯(在OLED在显示器中，像素点是一个小灯)，这个小灯是RGB灯，也就是由R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)由三种颜色组成，而RGB是光的三原色。 1080P意思是一个LCD屏幕上的像素数为1920*1080个像素个像素点，也就是这个屏幕上的1080个像素点 1920列，如图 7.5.13.2所示：
图 7.5.13.2 像素点排布 图 7.5.13.2就是1080P显示器的像素示意图，X轴就是LCD横轴显示器，Y轴是显示器的垂直轴。图中的小方块是像素点，共1920年1080=2073600个像素点。左上角的A点是第一个像素点，右下角的C点是最后一个像素点。K就是25601440个像素点，4K是38402160个像素点。很明显，在LCD分辨率越高越清晰。同样的，分辨率不变的情况下，LCD尺寸越小越清晰。例如，我们常用的24英寸显示器基本上是1080P是的，我们现在用的5寸手机基本都是1080P是的，但是手机的细腻程度比24寸的显示器好很多！由此可见，LCD显示器的分辨率是一个非常重要的参数，但分辨率辨率越高LCD就越好。衡量一款LCD分辨率只是其中一个参数，还有其他参数，如色彩还原度、色彩偏差、亮度、视角、屏幕刷新率等。 2、像素格式 如上所述，一个像素点相当于一个像素点RGB小灯，通过控制R、G、B这三种颜色的亮度可以显示各种颜色。如何控制？R、G、B这三种颜色的显示亮度呢？通常是一个R、G、B这三部分分别使用8bit一个像素点是8bit3=24bit，也就是说，像素点有三个字节，称为像素格式 RGB888。当然，常用的像素点格式也有RGB565只需要两个字节，但颜色亮度较差。我们的领导者在开发板上RGB TFT-LCD接口采用的RGB888像素格式需要24位，每位对应RGB如下图所示：
图 7.5.13.3 RGB888数据格式 在图 7.5.13.3.一个像素点占据三个字节bit23bit16是RED通道，bit15bit8是GREEN通道，bit7~bit0是BLUE通道。所以红色对应的值是24‘hFF绿色对应的值为24’h00FF蓝色对应的值为24’h0000FF。通过调节R、G、B的比例可以产生其它的颜色，比如24’hFFFF00是黄色，24’h黑色是一万，24hFFFFFF就是白色。您可以打开计算机的绘图工具，使用调色板获得所需颜色对应的值，如图所示 7.5.13.4所示：
图 7.5.13.4 选择调色板的颜色 3、LCD屏幕接口 LCD屏幕或显示器有多种接口，如显示器上常见的接口VGA、HDMI、DP等等，领航员支持开发板RGB接口的LCD和HDMI接口显示器。本章介绍了RGB LCD接口，RGB LCD接口信号线如下表所示： 表 18.1.1 RGB数据线 信号线 描述 R[7:0] 8条红色数据线 G[7:0] 8条绿色数据线 B[7:0] 8条蓝色数据线 DE 数据使能线 VSYNC 垂直同步信号线 HSYNC 水平同步信号线 PCLK 像素时钟信号线 表 18.1.1就是RGB LCD的信号线，R[7:0]、G[7:0]和B[7:0]是24位数据，DE、VSYNC、HSYNC和PCLK是四个控制信号。 有五种正点原子RGB LCD屏幕，型号分别是ATK-4342（4.3寸，480272）、ATK-4384（4.3寸，800480）、ATK-7084（7寸，800480）、ATK-7016（7寸，1024600）和ATK-1018（10.1寸，1280*800）。这里以ATK-以7016屏为例，ATK-如图所示：
图 7.5.13.5 RGB LCD液晶屏幕接口 图中J1是对外界面，是40PIN的FPC座（0.5mm间距)，通过FPC线可以连接到领航员ZYNQ从而实现与开发板的连接。接口非常完美，使用RGB支持触摸屏和背光控制的888格式。右侧的电阻并非全部焊接，但用户可以自行选择。默认情况，R1和R6 焊接，设置LCD_LR和LCD_UD，控制LCD扫描方向，从左到右，从上到下(横屏看)。而LCD_R7/G7/B7 则用来设置LCD的ID，由于RGBLCD没有读写寄存器，就没有所谓的ID，在这里，我们控制模块R7/G7/B7的上下拉来自定义LCD模块的ID，帮助MCU判断当前LCD为了提高程序兼容性，面板的分辨率和相关参数。这些位置的设置关系如表所示 18.1.2所示： 表 18.1.2 RGB LCD模块和ID对应关系 M2 LCD_B7 M1 LCD_G7 M0 LCD_R7 LCD ID 说明 0 0 0 4342 ATK-4342 RGB LCD模块，分辨率：480272 0 0 1 7084 ATK-7084 RGB LCD模块，分辨率：800480 0 1 0 7016 ATK-7016 RGB LCD模块，分辨率：1024600 1 0 0 4384 ATK-4384 RGB LCD模块，分辨率：800480 1 0 1 1018 ATK-1018 RGB LCD模块，分辨率：1280800 X X X NC 暂时未用到 ATK-设置7016模块M2:M0 = 010就可以了。所以，我在程序里面，读取LCD_R7/G7/B7，得到M0:M2 的值，从而判断RGB LCD模块的型号，并执行不同的配置，即可实现不同LCD模块的兼容。 4、LCD时间参数 如果将LCD显示一帧图像的过程想象成绘画，那么在显示的过程中就是用一根“笔”在不同的像素点画上不同的颜色。这根笔按照从左至右、从上到下的顺序扫描每个像素点，并且在像素画上对应的颜色，当画到最后一个像素点的时候一幅图像就绘制好了。假如一个LCD的分辨率为1024600，那么其扫描如图 7.5.13.6所示：
图 7.5.13.6 LCD一帧图像扫描图 结合图 7.5.13.6我们来看一下LCD是怎么扫描显示一帧图像的。一帧图像也是由一行一行组成的。HSYNC是水平同步信号，也叫做行同步信号，当产生此信号的话就表示开始显示新的一行了，所以此信号都是在图 7.5.13.6的最左边。VSYNC信号是垂直同步信号，也叫做帧同步信号，当产生此信号的话就表示开始显示新的一帧图像了，所以此信号在图 7.5.13.6的左上角。 在图 7.5.13.6可以看到有一圈“黑边”，真正有效的显示区域是中间的白色部分。那这一圈“黑边”是什么东西呢？这就要从显示器的“祖先”CRT显示器开始说起了，CRT显示器就是以前很常见的那种大屁股显示器，在2019年应该很少见了，如果在农村应该还是可以见到的。CRT显示器屁股后面是个电子枪，这个电子枪就是我们上面说的“画笔”，电子枪打出的电子撞击到屏幕上的荧光物质使其发光。只要控制电子枪从左到右扫完一行(也就是扫描一行)，然后从上到下扫描完所有行，这样一帧图像就显示出来了。也就是说，显示一帧图像电子枪是按照‘Z’形在运动，当扫描速度很快的时候看起来就是一幅完成的画面了。 当显示完一行以后会发出HSYNC信号，此时电子枪就会关闭，然后迅速的移动到屏幕的左边，当 HSYNC信号结束以后就可以显示新的一行数据了，电子枪就会重新打开。在HSYNC信号结束到电子枪重新打开之间会插入一段延时，这段延时就是图 7.5.13.6中的HBP。当显示完一行以后就会关闭电子枪等待 HSYNC信号产生，关闭电子枪到HSYNC信号产生之间会插入一段延时，这段延时就是图 7.5.13.6中的HFP 信号。同理，当显示完一帧图像以后电子枪也会关闭，然后等到VSYNC信号产生，期间也会加入一段延时，这段延时就是图 7.5.13.6中的VFP。VSYNC信号产生，电子枪移动到左上角，当VSYNC信号结束以后电子枪重新打开，中间也会加入一段延时，这段延时就是图 7.5.13.6中的VBP。 HBP、HFP、VBP和VFP就是导致图 7.5.13.6中黑边的原因，但是这是CRT显示器存在黑边的原因，现在是LCD显示器，不需要电子枪了，那么为何还会有黑边呢？这是因为RGB LCD屏幕内部是有一个IC 的，发送一行或者一帧数据给IC，IC是需要反应时间的。通过这段反应时间可以让IC识别到一行数据扫描完了，要换行了，或者一帧图像扫描完了，要开始下一帧图像显示了。因此，在LCD屏幕中继续存在HBP、HFP、VPB和VFP这四个参数的主要目的是为了锁定有效的像素数据。 5、RGB LCD屏幕时序 上面介绍了LCD的时间参数，我们接下来看一下行显示对应的时序图，如图 7.5.13.7所示。
图 7.5.13.7 LCD行显示时序 图 7.5.13.7就是RGB LCD的行显示时序，我们来分析一下其中重要的几个参数： HSYNC：行同步信号，当此信号有效的时候就表示开始显示新的一行数据，查阅所使用的LCD数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效，图 7.5.13.7为低电平有效。 HSPW：行同步信号宽度，也就是HSYNC信号持续时间。HSYNC信号不是一个脉冲，而是需要持续一段时间才是有效的，单位为CLK。 HBP：行显示后沿（或后肩），单位是CLK。 HOZVAL：行有效显示区域，即显示一行数据所需的时间，假如屏幕分辨率为1024*600，那么HOZVAL 就是1024，单位为CLK。 HFP：行显示前沿（或前肩），单位是CLK。 当HSYNC信号发出以后，需要等待HSPW+HBP个CLK时间才会接收到真正有效的像素数据。当显示完一行数据以后需要等待HFP个CLK时间才能发出下一个HSYNC信号，所以显示一行所需要的时间就是：HSPW + HBP + HOZVAL + HFP。 一帧图像就是由很多个行组成的，RGB LCD的帧显示时序如图 7.5.13.8所示：
图 7.5.13.8 LCD帧显示时序 图 7.5.13.8就是RGB LCD的帧显示时序，我们来分析一下其中重要的几个参数： VSYNC：帧（场）同步信号，当此信号有效的时候就表示开始显示新的一帧数据，查阅所使用的LCD数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效，图 7.5.13.8为低电平有效。 VSPW：帧同步信号宽度，也就是VSYNC信号持续时间，单位为1行的时间。 VBP：帧显示后沿（或后肩），单位为1行的时间。 LINE：帧有效显示区域，即显示一帧数据所需的时间，假如屏幕分辨率为1024600，那么LINE就是600行的时间。 VFP：帧显示前沿（或前肩），单位为1行的时间。 显示一帧所需要的时间就是：VSPW+VBP+LINE+VFP个行时间，最终的计算公式： T = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP) 因此我们在配置一款RGB LCD屏的时候需要知道这几个参数：HSPW（行同步）、HBP（行显示后沿）、HOZVAL(行有效显示区域)、HFP（行显示前沿）、VSPW（场同步）、VBP（场显示后沿）、LINE(场有效显示区域)和VFP（场显示后沿）。 RGB LCD液晶屏一般有两种数据同步方式，一种是行场同步模式（HV Mode），另一种是数据使能同步模式（DE Mode）。当选择行场同步模式时，LCD接口的时序与VGA接口的时序图非常相似，只是参数不同，如图 16.1.9和图 16.1.8中的行同步信号（HSYNC）和场同步信号（VSYNC）作为数据的同步信号，此时数据使能信号（DE）必须为低电平。 当选择DE同步模式时，LCD的DE信号作为数据的有效信号，，如图 16.1.10和图 16.1.8中的DE信号所示。只有同时扫描到帧有效显示区域和行有效显示区域时，DE信号才有效（高电平）。当选择DE同步模式时，此时行场同步信号VS和HS必须为高电平。 由于RGB LCD液晶屏一般都支持DE模式，不是所有的RGB LCD液晶屏都支持HV模式，因此本章我们采用DE同步的方式驱动LCD液晶屏。 6、像素时钟 像素时钟就是RGB LCD的时钟信号，以ATK7016这款屏幕为例，显示一帧图像所需要的时钟数就是： N（CLK）= (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP) = (3 + 20 + 600 + 12) * (20 + 140 + 1024 + 160) = 635 * 1344 = 853440 显示一帧图像需要853440个时钟数，那么显示60帧就是：853440 * 60 = 51206400≈51.2M，所以像素时钟就是51.2MHz。 当然我们在为RGB LCD屏提供驱动时钟的时候，也可以不用严格按照60帧来进行计算。为了方便操作，我们可以给ATK7016模块输出一个50MHz的时钟，其刷新率是接近于60Hz的，同时也非常方便我们来编写代码。 为了方便大家查找LCD屏的时序参数，这里整理了不同分辨率的时序参数，如表 18.1.3所示： 表 18.1.3 不同分辨率的LCD时序参数 显示分辨率 时钟（Mhz） 行时序（像素数） 帧时序（行数） 行同步 显示后沿 显示 区域 显示前沿 显示 周期 场同步 显示后沿 显示区域 显示前沿 显示 周期 480272 9 41 2 480 2 525 10 2 272 2 286 800480 33.3 128 88 800 40 1056 2 33 480 10 525 1024600 50 20 140 1024 160 1344 3 20 600 12 635 1280*800 70 10 80 1280 70 1440 3 10 800 10 823 1.2 实验任务 本节的实验任务是使用正点原子ZYNQ开发板上的RGB TFT-LCD接口，驱动RGB LCD液晶屏（支持目前推出的所有RGB LCD屏），并显示出彩条。 1.3 硬件设计 领航者开发板上RGB TFT-LCD接口部分的原理图如下图所示。
图 7.5.13.1 RGB TFTLCD接口原理图 从上图中可以看到，FPGA管脚输出的颜色数据位宽为24bit，数据格式为RGB888，即数据高8位表示红色，中间8位表示绿色，低8位表示蓝色。由于这24位数据不仅仅作为输出给LCD屏的颜色数据，同时LCD_R7、LCD_G7和LCD_B7也用来获取LCD屏的ID，因此这24位颜色数据对ZYNQ开发板来说，是一个双向的引脚。 另外，RGBLCD模块支持触摸功能，图中以字母T开头的5个信号（T_PEN、T_SCK等）与模块上的触摸芯片相连接。由于本次实验不涉及触摸功能的实现，因此这些信号并未用到。 需要说明的是，LCD液晶屏有一个复位信号（LCD_RST），当LCD_RST为低电平时，可对LCD屏进行复位。 本实验中，各端口信号的管脚分配如下表所示： 表 18.3.1 RGB TFT-LCD彩条实验管脚分配 信号名 方向 管脚 端口说明 电平标准 sys_clk input U18 系统时钟，50M LVCMOS33 sys_rst_n input N16 系统复位，低有效 LVCMOS33 lcd_rgb[0] inout W18 RGB LCD蓝色（最低位） LVCMOS33 lcd_rgb[1] inout W19 RGB LCD蓝色 LVCMOS33 lcd_rgb[2] inout R16 RGB LCD蓝色 LVCMOS33 lcd_rgb[3] inout R17 RGB LCD蓝色 LVCMOS33 lcd_rgb[4] inout W20 RGB LCD蓝色 LVCMOS33 lcd_rgb[5] inout V20 RGB LCD蓝色 LVCMOS33 lcd_rgb[6] inout P18 RGB LCD蓝色 LVCMOS33 lcd_rgb[7] inout N17 RGB LCD蓝色（最高位） LVCMOS33 lcd_rgb[8] inout V17 RGB LCD绿色（最低位） LVCMOS33 lcd_rgb[9] inout V18 RGB LCD绿色 LVCMOS33 lcd_rgb[10] inout T17 RGB LCD绿色 LVCMOS33 lcd_rgb[11] inout R18 RGB LCD绿色 LVCMOS33 lcd_rgb[12] inout Y18 RGB LCD绿色 LVCMOS33 lcd_rgb[13] inout Y19 RGB LCD绿色 LVCMOS33 lcd_rgb[14] inout P15 RGB LCD绿色 LVCMOS33 lcd_rgb[15] inout P16 RGB LCD绿色（最高位） LVCMOS33 lcd_rgb[16] inout V16 RGB LCD红色（最低位） LVCMOS33 lcd_rgb[17] inout W16 RGB LCD红色 LVCMOS33 lcd_rgb[18] inout T14 RGB LCD红色 LVCMOS33 lcd_rgb[19] inout T15 RGB LCD红色 LVCMOS33 lcd_rgb[20] inout Y17 RGB LCD红色 LVCMOS33 lcd_rgb[21] inout Y16 RGB LCD红色 LVCMOS33 lcd_rgb[22] inout T16 RGB LCD红色 LVCMOS33 lcd_rgb[23] inout U17 RGB LCD红色（最高位） LVCMOS33 lcd_hs output N18 RGB LCD行同步 LVCMOS33 lcd_vs output T20 RGB LCD场同步 LVCMOS33 lcd_de output U20 RGB LCD数据使能 LVCMOS33 lcd_bl output M20 RGB LCD背光控制 LVCMOS33 lcd_clk output P19 RGB LCD像素时钟 LVCMOS33 lcd_rst output L17 RGB LCD复位信号 LVCMOS33 对应的XDC约束语句如下所示：
set_property -dict {
PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN N16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN W18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[0]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN W19 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[1]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN R16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[2]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN R17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[3]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN W20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[4]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN V20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[5]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN P18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[6]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN N17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[7]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN V17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[8]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN V18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[9]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN T17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[10]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[11]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN Y18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[12]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN Y19 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[13]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN P15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[14]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN P16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[15]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN V16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[16]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN W16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[17]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN T14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[18]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN T15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[19]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN Y17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[20]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN Y16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[21]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN T16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[22]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN U17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {
lcd_rgb[23]}]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN N18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports lcd_hs]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN T20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports lcd_vs]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN U20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports lcd_de]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN M20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports lcd_bl]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN P19 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports lcd_clk]
set_property -dict {
PACKAGE_PIN L17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports lcd_rst]
1.4 程序设计 RGB TFT-LCD输入时序包含三个要素：像素时钟、同步信号、以及图像数据，由此我们可以大致规划出系统结构如下图所示。其中，读取ID模块用于获取LCD屏的ID；由于不同分辨率的屏幕需要不同的驱动时钟，因此时钟分频模块根据LCD ID来输出不同频率的像素时钟；LCD显示模块负责产生液晶屏上显示的数据，即彩条数据；LCD驱动模块根据LCD屏的ID，输出不同参数的时序，来驱动LCD屏，并将输入的彩条数据显示到LCD屏上。
图 7.5.13.1 RGB TFT-LCD彩条显示系统框图 由系统框图可知，FPGA部分包括五个模块，顶层模块（lcd_rgb_colorbar）、读取ID模块（rd_id）、时钟分频模块（clk_div）、LCD显示模块（lcd_display）以及LCD驱动模块（lcd_driver）。其中在顶层模块中完成对其余模块的例化。 各模块端口及信号连接如下图所示：
图 7.5.13.2 顶层模块原理图 读取ID模块（rd_id）在上电时将RGB双向数据总线设置为输入，来读取LCD屏的ID；时钟分频模块（clk_div）根据读取的ID来配置LCD的像素时钟；LCD驱动模块（lcd_driver）在像素时钟的驱动下输出数据使能信号用于数据同步，同时还输出像素点的纵横坐标，供LCD显示模块（lcd_display）调用，以绘制彩条图案。 顶层模块lcd_rgb_colorbar的代码如下：
1 module lcd_rgb_colorbar(
2 input sys_clk, //系统时钟
3 input sys_rst_n, //系统复位
4
5 //RGB LCD接口
6 output lcd_de, //LCD 数据使能信号
7 output lcd_hs, //LCD 行同步信号
8 output lcd_vs, //LCD 场同步信号
9 output lcd_bl, //LCD 背光控制信号
10 output lcd_clk, //LCD 像素时钟
11 output lcd_rst, //LCD 复位
12 inout [23:0] lcd_rgb //LCD RGB888颜色数据
13 );
14
15 //wire define
16 wire [15:0] lcd_id ; //LCD屏ID
17 wire lcd_pclk ; //LCD像素时钟
18
19 wire [10:0] pixel_xpos; //当前像素点横坐标
20 wire [10:0] pixel_ypos; //当前像素点纵坐标
21 wire [10:0] h_disp ; //LCD屏水平分辨率
22 wire [10:0] v_disp ; //LCD屏垂直分辨率
23 wire [23:0] pixel_data; //像素数据
24 wire [23:0] lcd_rgb_o ; //输出的像素数据
25 wire [23:0] lcd_rgb_i ; //输入的像素数据
26
27 //*****************************************************
28 //** main code
29 //*****************************************************
30
31 //像素数据方向切换
32 assign lcd_rgb = lcd_de ? lcd_rgb_o : {
24{
1'bz}};
33 assign lcd_rgb_i = lcd_rgb;
34
35 //读LCD ID模块
36 rd_id u_rd_id(
37 .clk (sys_clk ),
38 .rst_n (sys_rst_n),
39 .lcd_rgb (lcd_rgb_i),
40 .lcd_id (lcd_id )
41 );
42
43 //时钟分频模块
44 clk_div u_clk_div(
45 .clk (sys_clk ),
46 .rst_n (sys_rst_n),
47 .lcd_id (lcd_id ),
48 .lcd_pclk (lcd_pclk )
49 );
50
51 //LCD显示模块
52 lcd_display u_lcd_display(
53 .lcd_pclk (lcd_pclk ),
54 .rst_n (sys_rst_n ),
55 .pixel_xpos (pixel_xpos),
56 .pixel_ypos (pixel_ypos),
57 .h_disp (h_disp ),
58 .v_disp (v_disp ),
59 .pixel_data (pixel_data)
60 );
61
62 //LCD驱动模块
63 lcd_driver u_lcd_driver(
64 .lcd_pclk (lcd_pclk ),
65 .rst_n (sys_rst_n ),
66 .lcd_id (lcd_id ),
67 .pixel_data (pixel_data),
68 .pixel_xpos (pixel_xpos),
69 .pixel_ypos (pixel_ypos),
70 .h_disp (h_disp ),
71 .v_disp (v_disp ),
72
73 .lcd_de (lcd_de ),
74 .lcd_hs (lcd_hs ),
75 .lcd_vs (lcd_vs ),
76 .lcd_bl (lcd_bl ),
77 .lcd_clk (lcd_clk ),
78 .lcd_rst (lcd_rst ),
79 .lcd_rgb (lcd_rgb_o )
80 );
81
82 endmodule
顶层模块主要完成对其他模块的例化。这里需要重点注意第32行代码，由于lcd_rgb是24位的双向引脚，所以这里对双向引脚的方向做一个切换。当lcd_de信号为高电平时，此时输出的像素数据有效，将lcd_rgb的引脚方向切换成输出，并将LCD驱动模块输出的lcd_rgb_o（像素数据）连接至lcd_rgb引脚；当lcd_de信号为低电平时，此时输出的像素数据无效，将lcd_rgb的引脚方向切换成输入。代码中将高阻状态“Z”赋值给lcd_rgb的引脚，表示此时lcd_rgb的引脚电平由外围电路决定，此时可以读取lcd_rgb的引脚电平，从而获取到LCD屏的ID。 读取ID模块的代码如下：
1 module rd_id(
2 input clk , //时钟
3 input rst_n , //复位，低电平有效
4 input [23:0] lcd_rgb, //RGB LCD像素数据,用于读取ID
5 output reg [15:0] lcd_id //LCD屏ID
6 );
7
8 //reg define
9 reg rd_flag; //读ID标志
10
11 //*****************************************************
12 //** main code
13 //*****************************************************
14
15 //获取LCD ID M2:B7 M1:G7 M0:R7
16 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
17 if(!rst_n) begin
18 rd_flag <= 1'b0;
19 lcd_id <= 16'd0;
20 end
21 else begin
22 if(rd_flag == 1'b0) begin
23 rd_flag <= 1'b1;
24 case({
lcd_rgb[7],lcd_rgb[15],lcd_rgb[23]})
25 3'b000 : lcd_id <= 16'h4342; //4.3' RGB LCD RES:480x272
26 3'b001 : lcd_id <= 16'h7084; //7' RGB LCD RES:800x480
27 3'b010 : lcd_id <= 16'h7016; //7' RGB LCD RES:1024x600
28 3'b100 : lcd_id <= 16'h4384; //4.3' RGB LCD RES:800x480
29 3'b101 : lcd_id <= 16'h1018; //10' RGB LCD RES:1280x800
30 default : lcd_id <= 16'd0;
31 endcase
32 end
33 end
34 end
35
36 endmodule
读取ID模块根据输入的lcd_rgb值来寄存LCD屏的ID。lcd_rgb[7]（B7）、lcd_rgb[15]（G7）和lcd_rgb[23]（R7）分别对应M2、M1和M0。尽管在顶层模块中，双向引脚lcd_rgb会根据lcd_de信号的高低电平来频繁的切换方向，但本模块实际上只在上电后获取了一次ID，通过rd_flag作为标志。当rd_flag等于0时，获取一次ID，并将rd_flag赋值为1；而当rd_flag等于1时，不再获取LCD屏的ID。 除此之外，为了方便将LCD的ID和分辨率对应起来，这里对M2、M1和M0的值做了一个译码，如3’b000译码成16’h4342，表示当前连接的是4.3寸屏，分辨率为480*272。其它ID的译码请参考注释。 分频模块的代码如下：
1 module clk_div(
2 input clk, //50Mhz
3 input rst_n,
4 input [15:0] lcd_id,
5 output reg lcd_pclk
6 );
7
8 reg clk_25m;
9 reg clk_12_5m;
10 reg div_4_cnt;
11
12 //时钟2分频 输出25MHz时钟
13 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
14 if(!rst_n)
15 clk_25m <= 1'b0;
16 else
17 clk_25m <= ~clk_25m;
18 end
19
20 //时钟4分频 输出12.5MHz时钟
21 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
22 if(!rst_n) begin
23 div_4_cnt <= 1'b0;
24 clk_12_5m <= 1'b0;
25 end
26 else begin
27 div_4_cnt <= div_4_cnt + 1'b1;
28 if(div_4_cnt == 1'b1)
29 clk_12_5m <= ~clk_12_5m;
30 end
31 end
32
33 always @(*) begin
34 case(lcd_id)
35 16'h4342 : lcd_pclk = clk_12_5m;
36 16'h7084 : lcd_pclk = clk_25m;
37 16'h7016 : lcd_pclk = clk;
38 16'h4384 : lcd_pclk = clk_25m;
39 16'h1018 : lcd_pclk = clk;
40 default : lcd_pclk = 1'b0;
41 endcase
42 end
43
44 endmodule
分频模块根据输入的LCD ID对50Mhz时钟进行分频。由于不同分辨率的LCD屏需要的像素时钟频率不一样，因此分频模块根据输入的LCD ID，来输出不同频率的像素时钟lcd_pclk。需要说明的是，我们在本章简介部分向大家列出了一张表，表格里记录了不同分辨率的屏幕所需的像素时钟频率，为了方便编写分频的代码，我们这里没有严格按照表格里所要求的时钟频率进行输出，而是输出接近于表格所要求的时钟频率。例如10.1寸屏，分辨率1280800，如果刷新率为60Hz的话，需要输出70Mhz的像素时钟，这个时钟频率是无法通过编写代码的方式来得到，而是必须使例化时钟模块MMCM/PLL IP核来得到。因此，对于分辨率为1280800的10.1寸屏幕来说，我们输出的是50Mhz的像素时钟，当然大家使用的是10.1寸屏幕，也可以通过例化时钟模块的方式，来输出一个70Mhz的像素时钟。 分频模块通过两个always语句，分别进行2分频和4分频，得到一个25Mhz的时钟和一个12.5Mhz的时钟，如代码中第12行至第31行代码所示。下面我们介绍下如何对输入的时钟进行四分频，也就是50Mhz的时钟四分频后，得到一个12.5Mhz的时钟，其实只需要分频后时钟的周期时原时钟的四倍即可，四分频的波形图如下图所示：
图 7.5.13.3