🀄 LCD12864 液晶显示汉字与自定义字符（并口）

这一篇在干嘛？

前面驱动的 TFT 彩屏「只认像素」，而 LCD12864 是一块自带中文字库的字符型液晶：你只要把汉字的国标编码写进去，它自己就能把字画出来。本实验用 ST7920 控制器的 CM12864-12 屏，通过 8 位并口显示四行内容（汉字、英文网址、电话号码），还演示了如何用 CGRAM 自定义一个字库里没有的图标。这是一篇实践性极强、坑也极多的驱动实验。

实验目标与原理

认识 LCD12864 与 ST7920

LCD12864 带字库，型号 CM12864-12。其相关数据手册为「ST7920 系列中文图形液晶模块使用说明书」，里面有详细的介绍，这里就不在多描述。其原理简图如下（我们只需关心接口部分）：

$128 \times 64$ 系列原理简图

12864 指的是 128×64 的点阵分辨率。因为自带 16×16 中文字库（CGROM），按一个汉字占 16×16 点阵算，整屏可以显示 4 行、每行 8 个汉字——这就是它比「纯点阵屏」省事的地方：显示「杭州」两个字，不需要你提供 32×2 字节的字模，只需写两个字节编码。

接口定义与引脚表

接口定义中要注意 V0：原文作者的经验是「我一开始就栽倒这，网上搜到的资料中，这 PIN 可以悬空或接个滑动电阻，程序检查好多遍，没有发现问题，就是不显示，接到 3.3V 上也不行，后来把 V0 直接接到 5V 上，就可以正常显示。在这提醒大家数据手册仅供参考，具体还是以自己的实物为主。避免走没必要的弯路。」

管脚号	管脚名称	电平	管脚功能描述
1	VSS	0V	电源地
2	VCC	5V	电源正
3	V0	-	对比度(亮度)调整.(直接接到5V上最靠谱)
4	RS(CS)	H/L	RS=“H”,表示DB7——DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7——DB0为显示指令数据
5	R/W(SID)	H/L	R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”,DB7——DB0的数据被写到IR或DR
6	E(SCLK)	H/L	使能信号
7	DB0	H/L	三态数据线
8	DB1	H/L	三态数据线
9	DB2	H/L	三态数据线
10	DB3	H/L	三态数据线
11	DB4	H/L	三态数据线
12	DB5	H/L	三态数据线
13	DB6	H/L	三态数据线
14	DB7	H/L	三态数据线
15	PSB	H/L	H: 8位或4位并口方式,L:串口方式
16	NC	-	空脚
17	/RESET	H/L	复位端,低电平有效(悬空或接到5V都可以)
18	VOUT	-	LCD驱动电压输出端(悬空)
19	A	VDD	背光源正端(+5V)
20	K	VSS	背光源负端(0V)

几个关键控制线：RS 区分数据和命令（高电平是数据，低电平是命令）；R/W 区分读和写（本实验固定写，接地）；E 是使能，数据在 E 的上升沿被锁存；PSB 选择并口或串口模式（本实验固定接高，用 8 位并口）。

时序：用 6ms 慢时钟避开「忙检测」

ST7920 数据手册中提到，每次在写命令之前都要判断 LCD 是否处于空闲状态（忙标志为 0 表示空闲，为 1 表示忙）。本次实验全过程只写不读，为了避开 LCD 忙的状态，可以采取隔段时间写一次命令或数据。

在指令表中可以看到每个命令执行的时间。这里注意，除清除显示和地址归位（网上有不同说法，有的说是 1.6ms，有的说 4.6ms）外，其他命令执行时间都是 72us。不管怎么样，我们还是取最大值更为靠谱：4.6ms 取个整，取 6ms。当然可以取比这个更大——LCD 在显示数据时是一个接一个地显示出来的，可以察觉到取的越大显示速度就越慢，看自己的决定了。

利用 FPGA 分频，产生一个周期 6ms 的时钟，给 LCD 的 E 管脚，进行控制写数据或命令。在 8 位并口写操作时序图中，DB0~DB7 是在 E 为高时写入数据。

8 位并口写操作时序图：

「降速换简单」是 LCD 驱动的常用思路

用一个 6ms 周期的慢时钟直接驱动整个状态机，每一步操作之间的间隔天然满足最慢命令（清屏 4.6ms）的执行时间要求，就完全不需要读忙标志、不需要每条命令单独延时。代价是整个初始化加显示要几秒，但换来的是极简的时序控制——这种思路在低速外设驱动里非常实用。

显示什么、显示在哪

知道了何时给 LCD 写数据或命令，还得知道如何把自己想要显示的东西显示在 LCD 屏幕上，这一点也不难：

第一，得知道中文字符的编码。可以查国标 GB2312 来调用 CGROM 字库，比如「文：CEC4、少：C9D9、清：C7E5」。或者可以下载「汉字十六进制转换工具」软件直接生成。

第二，得知道显示文字的地址该如何设置，也就是一个字我可以摆在第一行的开头或结尾或其他行，如下图示：

80H	81H	82H	83H	84H	85H	86H	87H
90H	91H	92H	93H	94H	95H	96H	97H
88H	89H	8AH	8BH	8CH	8DH	8EH	8FH
98H	99H	9AH	9BH	9CH	9DH	9EH	9FH

这张 DDRAM 地址表有个著名的「陷阱」：第一行是 80H~~87H，第三行却是 88H~~8FH（地址是接着第一行排的），第二行 90H~~97H、第四行 98H~~9FH。背光上每行实际可显 16 个半宽字符（8 个汉字），但 DDRAM 每行预留了 16 字节，所以换行时地址不是简单加 8。代码中第一行用 80H、第二行用 91H、第三行用 88H、第四行用 98H，正是对照这张表得出的。

三种字型与自定义字符（CGRAM）

显示 RAM（DDRAM）提供 64×2 字节的空间，最多可以控制 4 行 16 字的中文字型显示。当写入显示资料 RAM 时，可以分别显示 CGROM、HCGROM 及 CGRAM 的字型。

三种字型的选择：

1）显示半宽字型：将一个字节的编码写入 DDRAM 中，范围是 02～7FH；

2）显示 CGRAM 字型：将 2 个字节的编码写入 DDRAM 中，共有 0000H、0002H、0004H 及 0006H 四种编码；

3）显示中文字型：将 2 字节的编码写入 DDRAM 中，先写高 8 位，后写低 8 位，范围是 A140H～D75FH（BIG5），A1A0H～F7FFH（GB）。

若自带的库中没有你想要的东西时，可以自己定义，比如代码中的星星月亮组合图标，库中没有，那么我们可以自己定义（组合图标的编码可以用字模软件进行提取）。自定义字符具体操作：

先设定 CGRAM 存储地址；
把该组合图标的编码数据放置到该地址中；
再设置该图标在 LCD 屏幕显示的位置；
最后连续写两次数据（注意写的是数据不是命令，原文作者也被这东西栽倒一次），先写高 8bit，后写低 8bit，就可以了。

此时要知道写这数据到底是啥数据，那么就得理解 0x0000、0x0002、0x0004、0x0006 这四种编码。至于这四种编码有什么区别，原文作者也不是很明白：在程序中，0x0000 和 0x0006 没发现有区别，显示正常；0x0002 在星星的左上角有个小点；0x0004 显示乱码。

第四种是半宽字型：数据手册中写的是「半宽字型 ROM（HCGROM），总共提供 126 个西文字型（16×8 点阵）」，应该就是英文字符，程序中的「LCD12864」即属此类。

Verilog 实现

在写代码之前理清思路，程序的流程该如何跑，写起代码来也比较顺手，如下图。前面设置好频率后，每步中的延时就不用再考虑了。

代码（使用并口，只有写）：

LCD12864.v

module LCD_12864(

//input

sys_clk,

rst_n,

//output

lcd_rs,

lcd_rw,

lcd_en,

lcd_data, endcase

lcd_psb
);
input sys_clk;// 50MHZ
input rst_n;
 
output lcd_rs;//H:data    L:command
output lcd_rw;//H:read module    L:write module
output lcd_en;//H active
output [7:0] lcd_data;
output lcd_psb;//H:parallel    module    L:SPI module
 
/*****
parameter T3MS = 18'd149_999;
parameter IDLE    = 4'd0,
INIT_FUN_SET1 = 4'd1,
INIT_FUN_SET2 = 4'd2,
INIT_DISPLAY = 4'd3,
INIT_CLEAR    = 4'd4,
INIT_DOT_SET = 4'd5,
SET_DDRAM    = 4'd6,
WRITE_DATA1    = 4'd7,
INIT_FUN_SET3 = 4'd8,
SET_CGRAM    = 4'd9,
WRITE_DATA2    = 4'd10,
SET_DDRAM2    = 4'd11,
SET_CUSTOM_L    = 4'd12,
SET_CUSTOM_H    = 4'd13,
STOP    = 4'd14;
/*****
//产生周期为 6MS 的 lcd_clk 给 LCD
reg [17:0] cnt;
reg lcd_clk;
always @(posedge sys_clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) begin

cnt <= 18'd0;
lcd_clk <= 1'b0;
end
else if(cnt == T3MS)begin
    cnt <= 18'd0;
    lcd_clk <= ~lcd_clk;
end
else
    cnt <= cnt + 1'b1;
/*****
reg lcd_rs;
always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
    lcd_rs <= 1'b0;
else if((state == WRITE_DATA1) || (state == WRITE_DATA2)|| (state == SET_CUSTOM_H) || (state == SET_CUSTOM_L))
    lcd_rs <= 1'b1;    //写数据模式
else
    lcd_rs <= 1'b0;    //写命令模式
/*****
reg [3:0] state;
reg [7:0] lcd_data;
reg [6:0] num;
reg en;
always @(posedge lcd_clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) begin
    state <= IDLE;
    lcd_data <= 8'hzz;
    en <= 1'b1;
    num <= 6'd0;
end
else
    case(state)
    IDLE:

begin
    state <= INIT_FUN_SET1;
    lcd_data <= 8'hzz;
    en <= 1'b1;
end
 
INIT_FUN_SET1:
begin
    lcd_data <= 8'h30;    //功能设定
    state <= INIT_FUN_SET2;
end
 
INIT_FUN_SET2:
begin
    lcd_data <= 8'h30;    //功能设定
    state <= INIT_DISPLAY;
end
 
INIT_DISPLAY:
begin
    lcd_data <= 8'h0c;    //显示设定
    state <= INIT_CLEAR;
end
 
INIT_CLEAR:
begin
    lcd_data <= 8'h01;    //清屏
    state <= INIT_DOT_SET;
end
 
INIT_DOT_SET:
begin
    lcd_data <= 8'h06;    //进入点设定
    state <= SET_DDRAM;
end
 
SET_DDRAM:
begin

if(num == 7'd0)
    lcd_data <= 8'h80;//1 line
else if(num == 7'd16)
    lcd_data <= 8'h91;//2 line
else if(num == 7'd28)
    lcd_data <= 8'h88;//3 line
else if(num == 7'd42)
    lcd_data <= 8'h98;//4 line
state <= WRITE_DATA1;
end
 
WRITE_DATA1:
begin
    if(num <= 7'd15) begin
    num <= num + 1'b1;
    lcd_data <= dis_data;
    if(num == 7'd15)
    state <= SET_DDRAM;
    else
    state <= WRITE_DATA1;
end
else if( num > 7'd15 && num <= 7'd27) begin
    num <= num + 1'b1;
    lcd_data <= dis_data;
    if(num == 7'd27)
    state <= SET_DDRAM;
    else
    state <= WRITE_DATA1;
end
else if(num > 7'd27 && num <= 7'd41) begin
    num <= num + 1'b1;
    lcd_data <= dis_data;
    if(num == 7'd41)
    state <= SET_DDRAM;
    else

state <= WRITE_DATA1;
end
else if(num > 7'd41 && num <= 7'd57) begin
    num <= num + 1'b1;
    lcd_data <= dis_data;
    if(num == 7'd57)
    state <= INIT_FUN_SET3;
    else
    state <= WRITE_DATA1;
end
end
INIT_FUN_SET3:
begin
    lcd_data <= 8'h30; // 功能设定
    state <= SET_CGRAM;
end
SET_CGRAM:
begin
    lcd_data <= 8'h40; // 设定 CGRAM 字符的位置
    state <= WRITE_DATA2;
end
WRITE_DATA2:
begin
    if(num >= 7'd42 && num <= 7'd57) begin
    num <= num + 1'b1;
    lcd_data <= dis_data;
    state <= STOP;
end
else begin
    num <= 7'd0;
    state <= STOP;
end
end
// SET_DDRAM2:

// begin
// lcd_data <= 8'h9e;    //4line
// state <= SET_CUSTOM_H; //设置自定义显示字符编码
// end
//
// SET_CUSTOM_H:
// begin
// lcd_data <= 8'h00; //高 8bit
// state <= SET_CUSTOM_L;
// end
//
// SET_CUSTOM_L:
// begin
// lcd_data <= 8'h00; //低 8bit 00:正常 02：星星左上角多了一小点 04：显示的是乱码 06：显示也正常
// state <= STOP;
// end
 
STOP:
begin
en <= 1'b0; //显示完了，lcd_e 就一直拉为低
state <= STOP;
end
 
default: state <= IDLE;
endcase
/*****
reg [7:0] dis_data;
always @(posedge sys_clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
dis_data <= 8'hzz;
else
case(num)
//1 Line 80 位置显示 杭州康芯电子公司

7'd0 : dis_data <= 8'hBA; //显示第一行 // 杭
7'd1 : dis_data <= 8'hBC;
 
7'd2 : dis_data <= 8'hD6; //州
7'd3 : dis_data <= 8'hDD;
 
7'd4 : dis_data <= 8'hBF; //康
7'd5 : dis_data <= 8'hB5;
 
7'd6 : dis_data <= 8'hD0; // 芯
7'd7 : dis_data <= 8'hBE;
 
7'd8 : dis_data <= 8'hB5; //电
7'd9 : dis_data <= 8'hE7;
 
7'd10 : dis_data <= 8'hD7; //子
7'd11 : dis_data <= 8'hD3;
7'd12 : dis_data <= 8'hB9; // 公
7'd13 : dis_data <= 8'hAB;
7'd14 : dis_data <= 8'hCB; //司
7'd15 : dis_data <= 8'hBE;
//2Line 91 位置显示 热情为您服务
7'd16 : dis_data <= 8'hC8; //热
7'd17 : dis_data <= 8'hC8;
7'd18 : dis_data <= 8'hC7; //情
7'd19 : dis_data <= 8'hE9;
7'd20 : dis_data <= 8'hCE; //为
7'd21 : dis_data <= 8'hAA;
7'd22 : dis_data <= 8'hC4; //您
7'd23 : dis_data <= 8'hFA;
 
7'd24 : dis_data <= 8'hB7; //服
7'd25 : dis_data <= 8'hFE;
7'd26 : dis_data <= 8'hCE; //务

7'd27 : dis_data <= 8'hF1; //3Line 88 位置显示 www.kx-so
7'd28 : dis_data <= "w"; 7'd29 : dis_data <= "w"; 7'd30 : dis_data <= "w"; 7'd31 : dis_data <= "."; 7'd32 : dis_data <= "k"; 7'd33 : dis_data <= "x"; 7'd34 : dis_data <= "-""; 7'd35 : dis_data <= "s"; 7'd36 : dis_data <= "o"; 7'd37 : dis_data <= "c"; 7'd38 : dis_data <= "."; 7'd39 : dis_data <= "c"; 7'd40 : dis_data <= "o"; 7'd41 : dis_data <= "m"; //4Line 98 位置显示电话号!
7'd42 : dis_data <= "T"; 7'd43 : dis_data <= "E"; 7'd44 : dis_data <= "L"; 7'd45 : dis_data <= "0"; 7'd46 : dis_data <= "5"; 7'd47 : dis_data <= "7"; 7'd48 : dis_data <= "1"; 7'd49 : dis_data <= "-""; 7'd50 : dis_data <= "8"; 7'd51 : dis_data <= "8"; 7'd52 : dis_data <= "9"; 7'd53 : dis_data <= "1"; 7'd54 : dis_data <= "4"; 7'd55 : dis_data <= "5"; 7'd56 : dis_data <= "8"; 7'd57 : dis_data <= "7"; default: dis_data <= 8'h00;

//4Line 99 位置显示谢谢!

/******************************************************************************************

assign lcd_rw = 1’b0; // 只有写模式

assign lcd_psb = 1’b1; // 并口模式

assign lcd_en = en ? lcd_clk : 1’b0;

/******************************************************************************************

endmodule

代码读法上抓住四个要点：

lcd_clk 分频：T3MS = 149_999，即 50MHz 下计满 15 万个周期翻转一次，周期正好 6ms（3ms 高 + 3ms 低），这个慢时钟就是全部操作的节拍；
状态机主线：IDLE → 功能设定（两次 8’h30，设定为 8 位并口、基本指令集）→ 显示开（8’h0C）→ 清屏（8’h01）→ 进入点设定（8’h06）→ 逐行设置 DDRAM 地址并写数据（SET_DDRAM/WRITE_DATA1 反复切换）→ CGRAM 自定义流程（SET_CGRAM/WRITE_DATA2）→ STOP（拉低 E 停止）；
num 双重身份：它既是当前写到了第几个字节，也是 dis_data 查表的索引，还兼职判断「何时该换行设地址」（num==0/16/28/42 时下一状态是 SET_DDRAM 而不是继续写）；
注释掉的自定义字符流程：SET_DDRAM2 → SET_CUSTOM_H（写高 8bit）→ SET_CUSTOM_L（写低 8bit），保留在代码里作为参考，注释中也记录了 0x00/02/04/06 四种编码的实测现象。

三个最容易栽跟头的地方

V0 对比度脚：直接接 5V 最靠谱，接 3.3V 或悬空可能整屏不显示；

自定义字符最后要写两次「数据」：RS 必须为高，写成命令就前功尽弃；

清屏和地址归位要给足时间：它们比其他命令慢一个数量级（毫秒级 vs 72us），这就是代码取 6ms 慢时钟的原因。

上板流程

按引脚表把 LCD12864 接入扩展 IO：8 位数据线 DB0~DB7、RS、RW（固定写）、E、PSB（固定并口）依次接好，V0 接 5V，背光 A/K 接 5V/GND。综合工程并下载程序到核心板，即可看到硬件验证效果：

现象与总结

屏幕四行依次显示：

杭州康芯电子公司

热情为您服务

www.kx-soc.com

TEL0571-88914587

第一、二行是 GB2312 编码调用 CGROM 字库显示的汉字，第三行是 HCGROM 半宽字型显示的西文网址，第四行是电话号码。由于每个操作间隔 6ms，可以明显看到字符一个接一个「打字机式」地出现——这正是用慢时钟换时序简单的直接体现。

本实验的通用收获有三条：其一，字符型液晶驱动是「查表写编码」的模式，先备好编码表（GB2312 或字模工具生成）再动笔；其二，DDRAM 地址表要对照手册逐行确认，不能想当然线性递增；其三，只写不读时用足够长的操作间隔替代忙检测，是初学者最稳的路线。

自测

自测

ST7920 的 RS、R/W、E 三根控制线分别起什么作用？本实验中 R/W 和 PSB 固定接什么电平？

为什么要用 6ms 周期的慢时钟驱动状态机？不这样做的话标准做法是什么？

要在第二行开头显示汉字，应设置哪个 DDRAM 地址？为什么第一行 80H 之后第三行是 88H？

自定义 CGRAM 字符写入 DDRAM 时要注意什么？先写高字节还是低字节？

屏幕完全不显示（背光正常）时，除了检查程序，还应优先检查哪个硬件引脚？

description	以 ST7920 控制器的 LCD12864 为对象，用 8 位并口时序显示汉字、西文字符，并自定义 CGRAM 图标。
tags	移远fpga竞赛安路, 官方demo实验

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实验目标与原理

认识 LCD12864 与 ST7920

接口定义与引脚表

时序：用 6ms 慢时钟避开「忙检测」

显示什么、显示在哪

三种字型与自定义字符（CGRAM）

Verilog 实现

上板流程

现象与总结

自测

关系图谱

目录

反向链接

80H	81H	82H	83H	84H	85H	86H	87H
90H	91H	92H	93H	94H	95H	96H	97H
88H	89H	8AH	8BH	8CH	8DH	8EH	8FH
98H	99H	9AH	9BH	9CH	9DH	9EH	9FH

80H	81H	82H	83H	84H	85H	86H	87H
90H	91H	92H	93H	94H	95H	96H	97H
88H	89H	8AH	8BH	8CH	8DH	8EH	8FH
98H	99H	9AH	9BH	9CH	9DH	9EH	9FH

80H	81H	82H	83H	84H	85H	86H	87H
90H	91H	92H	93H	94H	95H	96H	97H
88H	89H	8AH	8BH	8CH	8DH	8EH	8FH
98H	99H	9AH	9BH	9CH	9DH	9EH	9FH