【正文】 的現實設備絕大多數仍然是VGA 顯示類型的顯示器，只有在諸如筆記本、數碼相機等數碼便攜產品或者其他有特殊要求或更高端的產品中應用 LCD 等先進的顯示設備來作為主要顯示，但是為了跟其它的顯示設備兼容互聯，它也帶有 VGA 接口；不僅如此在等離子電視、 DVD、數字機頂盒等設備中都帶有 VGA 接口。 后來經過顯示材料及顯示技術的發(fā)展，實現了從 最簡單的圖象顯示單 xx 大學學士學位論文 2 元 （即 黑白兩色或明暗兩個狀態(tài)點的集合 ） ，進一步 發(fā)展到 明暗程度可調，具有灰度等級的黑白顯示 ， 甚至 引進紅藍綠三基色 顏色模型 ，實現了彩色顯示 [2]。顯示處理器是 顯示設備的重要部件，功能是對各種數據信息進行控制、處理等操作。在醫(yī)療、工程設計、辦公自動化等方面顯示軟件得到廣泛應用。每種顯示技術都有其存在的優(yōu)勢，具有自己的市場定位和應用領域。 在 電子槍中 ，陰極的圓筒內裝有燈絲，用來加熱陰極，陰極受熱后便能發(fā)射電子；控制極，又稱柵極，它與陰極之間的電位差大小，將決定電子束的強弱；加速極 加有 500V 左右的正電壓，將陰極上的電子拉出來，并使電子加速射向熒光屏，通過調節(jié)此電壓的大小，將影響顯像管的亮度； 聚焦極上面加有5KV 左右的正電壓，調節(jié)此電壓的大小，可使聚焦良好，聚焦不良 模糊 圖像；高壓陽極上面加有 25KV 左右高壓， 此高壓同時加到內導電層，形 成一個均勻等電位空間，使陰極發(fā)射的電子高速轟擊熒光 屏上的熒光粉，就可以實現圖像的顯示。通常固體加熱至溶點就變成透明的液體。 從液晶分子排列的結構來看，液晶可分為向列相 (Nematic) 、膽甾相(Cholesteric)和近晶相 (Smectic)三種類型。由另一側射出，正交偏振片起到透光的作用；如果在液 晶盒上施加一定值的電壓，液晶長軸開始沿電場方向傾斜，當電壓達到約 2 倍閾值電壓后，除電極表面的液晶分子外，所有液晶盒內兩電極之間的液晶分子都變成沿電場方向的再排列，這時 90176。 （等離子體顯示器）顯示原理 PDP 是指所有利用氣體放電而發(fā)光的平板顯示器件的總稱 。 其 價格較高，主要用于公共場所 。 xx 大學學士學位論文 4 如 CRT 三槍投影機，它主要是由三個 CRT 管組成。 經過 大幾十 年的研究和開發(fā)，投影技術已經比較成熟，目前廣泛地應用于賓館、影院、會議室以及家庭中。但以薄膜面發(fā)光，因此稱為有機 EL 或有機薄膜 EL。與相應的顯示標準相配的顯示器也 可 稱之為 EGA， VGA， XGA 顯示器等。因而它在使用中很受限制。 標準： CGA 是作為 MDA 的替代品出現的，它與 MDA 相比增加了兩大功能，即彩色顯示和圖形顯示。另一種是輸出 NTSC 復合視 xx 大學學士學位論文 5 頻信號，因此可以用 NTSC 電視作計算機顯示器。它的信號接口也是采用 D 形 9 針，其排列與 MDA 相同。而 VGA 標準采用了模擬信號輸出，因而其彩色顯示能力大大加強了，原則上可以顯示無窮多的顏色。 它兼容 VGA、 8514/A 標準。 VGA 概述 及其接口 VGA 的英文全稱 是 Video Graphics Array ，即視頻 圖像 陣列。 VGA由于良好的性能迅速開始流行，廠商們紛紛在 VGA基礎上加以擴充，如將顯存存儲容量提高至 IM字節(jié)使其能支持更高的分辨率，這些擴充的模式就稱之為 VESA（ Video Electronics Standards Association，視頻電子標準協會）的 Super VGA 模式，簡稱 SVGA，它的體系結構與 IBM VGA相同，其最顯著的特點是具有高分辨率的顯示功能和比 IBM VGA更豐富的色彩顯示能力。即使如 此， VGA 仍然是最多制造商所共同支援的一個低標準，個人電腦在加載自己的獨特驅動程式 xx 大學學士學位論文 6 之前，都必須支援 VGA 的標準。 VGA 接口，也叫 DSub 接口。 圖 11 VGA 接口及實物圖 表 11 VGA 接口管腳功能分配 管腳 功能 1 紅基色 2 綠基色 3 藍基色 4 地址碼 5 自測試 (各家定義不同 ) 6 紅地 7 綠地 8 藍地 9 保留 (各家定義不同 ) 10 數字地 11 地址碼 12 地址碼 13 行同步 14 場同步 15 地址碼 (各家定義不同 ) VGA 接口是顯卡上應用最為 廣泛的接口類型，多數的顯卡都帶有此種接口。 讓該控制器能夠實現 彩條 信號產生 、 ROM 信息讀取顯示 、 實時 RAM 信息顯示 、分屏 顯示 以及 多路信號 選擇切換 等 功能。 然后 ， 通過 在 Quartus II 的頂層原理圖 中 調用 這些 功能模塊 的符號元件， 來 實現 VGA 控制器的整體功能 。另外，還介紹了一些EDA 設計 理念、 實現 工具和硬件 結構 等知識。 CRT 顯示器的陰極射線管發(fā)射電子束， RGB 三束電子束擊打在 CRT 屏幕背面的熒光層上形成一個像素。在此處電子束被關閉 (垂直斷開 )，接著又迅速返回到左上角 (垂直回掃 )，這樣下一個屏幕就開始顯示了，而這又是VS 來控制的。其 控制顯示 的過程如圖 21 所示。VGA 工業(yè)標準要求的頻率為：時鐘頻率： (像素輸出的頻率 )，行頻 :31 469 Hz，場頻： Hz(每秒圖像刷新頻率 )。 xx 大學學士學位論文 10 顏色模型 電磁波波長范圍很大，但是只有波長在 400~760nm 這樣很小范圍內的電磁波，才能使 人產生視覺，感到明亮和顏色。為此，我們只需要研究顏色之間的相互關系，可以不考慮譜色及非譜色等問題。要求選擇的三種基色是互相獨立的，即任一基色光不可由其他兩種基色光以任何方式相混產生 。 但從某種意義上來說，沒有哪種單一的顏色可被看成為紅、綠、藍。我們可以將 RGB 色彩模型看成是一個三維模型，立 體直角坐標系中三根軸表示的分別是紅色、綠色和藍色，立方體內任意一點表示一種顏色，該立方體在 RGB 三根軸上的投影就是三種基色的飽和度。為了方便，假設所有的顏色值都己被標準化，因此，圖中的 RGB 三者的范圍是 0 到 1。在 VGA 控制器的設計中，也采用了該色彩模型來描述顏色。 CMY 顏色模型常用于從白光中濾去某種顏色，故稱為減色原色空間。紅色對應于 角度 0 度 ，綠色對應于角度 120 度 ，藍色對應于角度 240 度。當采用 RGB（或者 CMY）顏色模型時，改變某一顏色的屬性，比如改變色調就必須同時改變R、 G、 B（或者 C、 M、 Y）三個坐標；而采用 HSV 顏色模型時只需改變 H 坐標。 這些顏色模型被用來定義所謂的獨立于設備的顏色。 xx 大學學士學位論文 12 分屏 顯示 技術 分屏顯示技術是利用 一臺計算機同時控制多個顯示器。分屏技術在非工業(yè)控制領域已經得到廣泛的應用，如機 場、車站、樓宇監(jiān)控等多個行業(yè)。 矩陣切換技術 切換原理上就是選擇，選擇的方式有很多種，最簡單的就是將信號線直接接在一起，比如接線板，利用人工將輸出信號線跳接在輸入信號線上，也可完成選擇，或利用琴鍵開關完成接通與斷開，當然這是人工操作的，機械的，不存在指標等技術問題，故不作為矩陣切換討論。這里矩陣的概念可以參考數學中矩陣的概念。 實現工具簡介 基于 VHDL 的 自頂向下 設計方法 對系統(tǒng)的設計方法有許多種，設計者可以通過不同的設計方法來實現所要求的功能。 而在 EDA 技術應用中，自頂向下的設計方法，就是在整個設計流程中各個環(huán)節(jié)逐步求精的過程。這些小組可以工作在不同的地點，甚至可以分屬不同的單位，最后將不同的模塊集成為最終的系統(tǒng)模型，并對其進行綜合測試和評價。 。在這一項目的表達中，可以使用滿足 IEEE 標準的 VHDL 的所有語句而不必考慮可綜合性； 行為仿真，這一階段可以利用 VHDL 仿真器（如 ModelSim）對頂層系統(tǒng)的行為模型進行仿真測試，檢查模擬結果，繼而進行修改和完善； 級建模， VHDL 只有部分語句集合可用于硬件功能行為的建模，因此，在這一階段，必須將 VHDL 的行為模型表達為 VHDL 行為代碼（或稱 VHDLRTL 級模型）； ，在這一階段對 VHDLRTL 級模型進行仿真，稱為功能仿真；仿真結果表達的是可綜合模型的邏輯功能； ，使用綜合工具將 VHDL 行為級描述轉化為架構化的門級電路； ，這一階段主要是針對 ASIC 設計的，對 ASIC 的測試向量文件是綜合器結合含有版圖硬件特性的工藝庫后產生的，用于對 ASIC 的功能測試； 能仿真，利用獲得的測試向量對 ASIC 的設計系統(tǒng)和子系統(tǒng)的功能進行仿真； ，主要將綜合產生的邏輯連接關系網表文件，結合具體的目標硬件環(huán)境進行標準單元調用、布局、布線和滿足約束條件的結構優(yōu)化配置； ，在這一級中將使用門級仿真器或仍然使用 VHDL 仿真器進行門級仿真，在計算機上了解更接近硬件目標器件工作的功能時序； ，這是對最后完成的硬件系統(tǒng)進行檢查和測試 [3]。 Altera 的 Quartus II 提供了完整的多平臺設計環(huán)境，能滿足各種特定設計的需要，也是單芯片可編程系統(tǒng)（ SOPC）設計的綜合性環(huán)境和 SOPC 開發(fā)的基本設計工具，并為 Altera DSP 開發(fā)包進行系統(tǒng)模型設計提供了集成綜合環(huán)境。 此外， Quartus II 與 MATLAB 和 DSP Builder 結合，可以進行基本 FPGA 的 DSP系統(tǒng)開發(fā)，是 DSP 硬件系統(tǒng)實現的關鍵 EDA 工具?？梢酝ㄟ^選擇 Start Compilation 來運行所有的編譯器模塊，也可以通過選擇 Start 單獨運行各個模塊。 Altera 提供的 LPM 函數均基于 Altera 器件的結構做了優(yōu)化設計。 Quartus II 允許來自第三方的 EDIF 文件輸入，并提供了很多 EDA 軟件的接口， Quartus II 支持層次化設計，可以再一個新的編輯輸入環(huán)境中對使用不同輸入設計方式完成的模塊（元件）進行調用，從而解決了原理圖與 HDL 混合輸入設計的問題。在進行編譯后，可對設計進行時序仿真。著名的美國 Dataquest 咨詢公司將半導體產業(yè)的 IP 定義為用于 ASIC 或FPFA/CPLD 中的預先設計好的電路功能 模塊。它有較大的深度，以網表文件的形式提交客戶使用。由美國國防部（ DOD）發(fā)起創(chuàng)建，由 IEEE(The institute of Electrical and Electronics Engineers)進一步發(fā)展。 1993 年， IEEE 對 VHDL 進行了修訂，從更高 的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴展 VHDL 的內容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 標準的 10761993 版本，（簡稱 93 版）。用于描述系統(tǒng)的外部接口信號。屬性選項，描述層與層之間、實體與結構體之間連接關系。 （ library）。 FPGA 簡介 可編程邏輯器件（ Programmable Logic Device， PLD）是 20 世紀 70 年代發(fā)展起來的一種新型邏輯器件，是目前數字系統(tǒng)設計的主要硬件基礎。他可以用來實現任何以 ―積之和 ‖形式表示的各種組合邏輯。通用可編程邏輯（ GAL）是一種電可擦寫、可重復編程、可設置加密位的 PLD 器件。復雜可編程邏輯器件 CPLD 是 EPLD 的改進型器件。 FPGA 的功能由邏輯結 構的配置數據決定，在工作時， 這些配置數據存放在片內的 SRAM 或者熔絲圖上。 FPGA兼容了 MPGA 和陣列 PLD 兩者的優(yōu)點，因而具有更高的集成度、更強的邏輯實現能力和更好的 設計靈活性。這三種可編程電路是：可編程邏輯塊（ CLB—Configurable Logic Block）、輸入 / 輸出模塊（ IOB—I/O Block）和互連資源（ IR—Interconnect Resource）。 /輸出模塊（ IOB） IOB 提供了器件引腳和內部邏輯陣列之間的連接。 本章小結 本章主要介紹了顯示器的顯示控制 技術 ，為 VGA 顯示控制器的設計提供理論支持；顏色模型的引入，介紹了產生各種顏色的原理 ，怎樣實現彩色顯示 ；分屏顯示技術以及矩陣切換技術的簡介，是為了 增加 控制器的控制功能；自頂向下的設計方法和 Quartus II 軟件以及 VHDL 語言與 FPGA 結構的簡介，則是闡述了 EDA 的 設計 理論和實現工具。 顯示控制器的整體設計 系統(tǒng) 整體設計思想 根據 VGA 顯示的控制原理可知僅需要 5 個控制信號： R、 G、 B （ 3 基色信號）、 HS（行同步信號）、 VS（場同步信號）就可以實現控制 CRT 顯示器正確顯示。 在 VGA 標準下，根據矩陣切換技術，可以實現 在 有多臺主機的情況下。但我們在實驗的驗證階段可以僅用 R、 G、 B 三種基色的二元化值 (0 和 1)的不同組合來驗證設計的正確性。通過對各個模塊 進行 分別設計 和 利用 Quartus II 軟件提供的強大的仿真工具對相應模塊進行軟件仿真分析。 （ IR） 可編程互