一.LCD1602简要介绍

LCD1602，根据名称可以知道，就是能显示2行，每行16个字符的液晶，只能显示字母，数字和符号等字符，不能显示汉字，图片。如下图：

市面上卖的的LCD1602操作基本上都是相同的，只是带不带背光之分。其控制芯片都是HD44780及其兼容芯片，所以控制接口都是一样，控制时序可以说是68并口时序。1LCD602控制线主要有4根：

（1）RS：数据/指令选择端，当RS = 0，写指令；当RS = 1，写数据。

（2）RW：读/写选择端，当RW = 0，写指令/数据;当RW = 1，读状态/数据。

（3）EN：使能端，下降沿使指令/数据生效。

（4）Data[7:0]：8根并行数据口。

外引接口：

操作时序图：

控制指令：

指令方面只讲解一下显示模式设置指令0x38,0x31的区别。其实模式设置指令就是上图中的指令6：0x38：设置8位格式,2行,5*7；0x31：设置8位格式,2行,5*7。为什么要介绍0x31呢，一般单片机驱动LCD1602都是0x38的？

由于一般的LCD1602都是VDD = 5V驱动的，而有些FPGA开发板上的LCD1602接口是由3.3V供电的。也就是VDD = 3.3V，这样就会引起供电不足的问题，所以经过试验得到，当VDD = 3.3V时，显示模式设置指令写入0x38时，LCD1602显示很暗，看不到；进而改为0x31时，只显示1行，LCD1602就正常显示了。这个要引起注意，下面我的代码就是只显示1行的。

其他指令详解请查看数据手册。

二．FPGA驱动LCD1602思路

FPGA驱动LCD1602，其实就是通过同步状态机模拟单片机驱动LCD1602，由并行模拟单步执行，状态过程就是先初始化LCD1602，然后写地址，最后写入显示数据。

1.首先，我们要明白LCD1602是慢速器件。如果直接用FPGA 外接的几十兆时钟直接驱动肯定是不行的，所以要对FPGA时钟进行分频驱动，或者计数延时使能驱动。

这里我采用的计数延时使能驱动，代码中通过计数器定时得出lcd_clk_en信号线驱动。要注意的是不同厂家生产的LCD1602的时序延时都不同，但大多数都是纳秒级的，这里我采用的是间隔500ns使能驱动，最好延时长一些比较可靠，这个可以自己尝试修正。

2.LCD1602的初始化过程需要明白。大家估计都用单片机驱动过LCD1602，这里FPGA驱动LCD1602的初始化过程也是一样的。主要是以下4条指令的配置：

（1）显示模式设置Mode_Set：8’h38 

（2）显示开/关及光标设置Cursor_Set：8’h0c

（3）显示地址设置Address_Set：8’h06

（4）清屏设置Clear_Set：8'h01

      这里需要注意是写指令,所以RS = 0，并且写完指令后，EN下降沿使能。

3.初始化完成后，还需要写入地址，第一行初始地址：8’h80；第二行初始地址：8’h80 + 8”h40 = 8’hc0。这里RS = 0，并且写完地址后，EN下降沿使能。

4.写入地址后，就可以显示字符啦。但需要注意LCD1602写入设置地址指令8’h06后，地址是随每写入一个数据后，默认自加一的。这个一定要明白，不然作动态显示时，就会出现问题。一定要把握我们的数据是要显示在哪个位置，而LCD1602写入地址是会默认地址指针加一的。这里RS = 1，并且写完数据后，EN下降沿使能。

5.由于我们要动态显示，所以数据要刷新。这里由于我们采用的是同步状态机模拟LCD1602的控制时序，所以在显示完最后的数据后，状态要跳回写入地址状态，以便进行动态刷新。这个很重要，不只是保证刷新，更是保证地址没有偏移。

以上就是大致的思路步骤了，大家可以结合下面的代码进行分析消化，只有你完全弄清LCD1602的控制时序，指令要点，才能完全把LCD1602玩弄于手掌之中，不然似懂非懂，终究会有无法理解的问题出现。

三．Verilog 代码

本来想把LCD1602_Driver封装成个模块的，然后直接向其写入地址，数据即可显示的，后来由于能力问题，发现不怎么好写，就没有封装成模块了。不过下面动态显示的代码还是可以给大家一个参考的，虽然代码时序不是很严谨。

下面代码功能主要是完成一个0-99s的计数器，动态刷新。主要是在LCD1602上动态显示：“Cnt：00”。

/***********************************************************************
************************* name：LCD1602_Driver *************************
************************* author：made by zzuxzt **************************
************************* time：2014.5.18 ********************************
***********************************************************************/
module lcd1602_driver(input clk,      //50M
					 input rst_n,
					 output lcd_p,    //Backlight Source +
					 output lcd_n,    //Backlight Source -
					 output reg lcd_rs,    //0:write order; 1:write data   
					 output lcd_rw,        //0:write data;  1:read data
					 output reg lcd_en,    //negedge 
					 output reg [7:0] lcd_data);
					 
//--------------------lcd1602 order----------------------------
parameter    Mode_Set    =  8'h31,
			 Cursor_Set  =  8'h0c,
			 Address_Set =  8'h06,
			 Clear_Set   =  8'h01;

/****************************LCD1602 Display Data****************************/	
wire [7:0] data0,data1; //counter data
wire [7:0] addr;   //write address
//---------------------------------1s counter-----------------------------------
reg [31:0] cnt1;
reg [7:0] data_r0,data_r1;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
	if(!rst_n)
		begin
			cnt1 <= 1'b0;
			data_r0 <= 1'b0;
			data_r1 <= 1'b0;
		end
	else if(cnt1==32'd50000000)
		begin
			if(data_r0==8'd9)
				begin
					data_r0 <= 1'b0;
					if(data_r1==8'd9)
						data_r1 <= 1'b0;
					else
						data_r1 <= data_r1 + 1'b1;
				end
			else
				data_r0 <= data_r0 + 1'b1;
			cnt1 <= 1'b0;
		end
	else
		cnt1 <= cnt1 + 1'b1;
end

assign data0 = 8'h30 + data_r0 ;     
assign data1 = 8'h30 + data_r1 ;

//-------------------address------------------
assign addr = 8'h80;

/****************************LCD1602 Driver****************************/			 
//-----------------------lcd1602 clk_en---------------------
reg [31:0] cnt;
reg lcd_clk_en;
always @(posedge clk or negedge rst_n)      
begin 
	if(!rst_n)
		begin
			cnt <= 1'b0;
			lcd_clk_en <= 1'b0;
		end
	else if(cnt == 32'h24999)   //500us
		begin
			lcd_clk_en <= 1'b1;
			cnt <= 1'b0;
		end
	else
		begin
			cnt <= cnt + 1'b1;
			lcd_clk_en <= 1'b0;
		end
end 

//-----------------------lcd1602 display state-------------------------------------------
reg [4:0] state;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
	if(!rst_n)
		begin
			state <= 1'b0;
			lcd_rs <= 1'b0;
			lcd_en <= 1'b0;
			lcd_data <= 1'b0;   
		end
	else if(lcd_clk_en)     
		begin
			case(state)
				//-------------------init_state---------------------
				5'd0: begin                
						lcd_rs <= 1'b0;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= Mode_Set;   
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd1: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd2: begin
						lcd_rs <= 1'b0;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= Cursor_Set;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd3: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd4: begin
						lcd_rs <= 1'b0;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= Address_Set;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd5: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd6: begin
						lcd_rs <= 1'b0;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= Clear_Set;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd7: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
						
				//--------------------work state--------------------
				5'd8: begin              
						lcd_rs <= 1'b0;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= addr;   //write addr
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd9: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd10: begin
						lcd_rs <= 1'b1;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= "C";   //write data
						state <= state + 1'd1;
						 end
				5'd11: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd12: begin
						lcd_rs <= 1'b1;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= "n";   //write data
						state <= state + 1'd1;
						 end
				5'd13: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd14: begin
						lcd_rs <= 1'b1;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= "t";   //write data
						state <= state + 1'd1;
						 end
				5'd15: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd16: begin
						lcd_rs <= 1'b1;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= ":";   //write data
						state <= state + 1'd1;
						 end
				5'd17: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						end    
				5'd18: begin
						lcd_rs <= 1'b1;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= data1;   //write data: tens digit
						state <= state + 1'd1;
						 end
				5'd19: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= state + 1'd1;
						 end
				5'd20: begin
						lcd_rs <= 1'b1;
						lcd_en <= 1'b1;
						lcd_data <= data0;   //write data: single digit
						state <= state + 1'd1;
						end
				5'd21: begin
						lcd_en <= 1'b0;
						state <= 5'd8;
					   end
				default: state <= 5'bxxxxx;
			endcase
		end
end

assign lcd_rw = 1'b0;   //only write

//------------------backlight driver----------------
assign lcd_n = 1'b0;
assign lcd_p = 1'b1;

endmodule