【正文】 VS=O、 HS=O時， CRT 的內(nèi)容被顯示為亮的過程，即是正向掃描的過程大致為 26s，當一行被掃描完成后，行同步 HS=I，約需 6s；其間， CRT 的掃描會產(chǎn)生消隱，電 子束即回到 CRT 的左邊的下一行得起始位置 (X=O， Y=I)，當掃描完成了 480 行以后，場同步 VS=I，場同步的產(chǎn)生使掃描線回到 CRT 得第一行第一列 (X=O， Y=O 處，大約兩個行周期 )。掃描隨即開始從屏幕的左上方進行，從左到右，從上到下，進行掃描，每掃完了一行，電子束 則返回于屏幕左邊下面一行的初始位置，在這期間，CRT把電子束消隱了，每行完成結(jié)束時，行同步則采用行同步信號進行，掃描完所有行 。一旦能夠從 FPGA發(fā)出這 5個信號到 VGA接口，就表示可以實現(xiàn)對 VGA的控制。 VGA 顯示接口 VGA接口是一種 D 型接口，上面共有 15針孔，分成三排 ， 每排五個。它同樣還被用于 LCD 的液晶顯示設(shè)備，隨著微電子制造工藝的發(fā)展，可編程邏輯器件也取得了長久的進步，早期的元器件只可以存儲很少的數(shù)據(jù)，邏輯功能實現(xiàn)更為簡單，然而發(fā)展至今，其完成的邏輯功能相對復雜，規(guī)模更大，速度更快，功耗更低！現(xiàn)階段可編程邏輯器件主要有兩大類，現(xiàn)場可編程邏輯器件（ FPGA）和復雜可編程邏輯器件（ CPLD）。 ◆ 采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）設(shè)計的 VGA接口可以將要顯示的數(shù)據(jù)直接傳送到顯示器，跳過計算機的處理過程，加快了數(shù)據(jù)的處理速度，從而有利的節(jié)約硬件成本。本次畢業(yè)設(shè)計即選用 FPGA來實現(xiàn) VGA的顯示。 VGA圖像控制器是一個較大的數(shù)字系統(tǒng)，傳統(tǒng)的圖像顯示的方法是 將 圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，并通過顯示屏顯示出在傳輸過程中， 在 圖像數(shù)據(jù) 中 的 芯片 需要不斷的信號控制，所以造成 芯片 的資源浪費，系統(tǒng)還需要依靠計算機，從而減少了系統(tǒng)的靈活性。t need to rely on the puter, it can greatly reduce the cost, and can satisfy the production practice changing needs, product upgrading and convenient quickly. Keywords: Programmable logic devices VGA Image controller 基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設(shè)計 3 目 錄 前 言 .................................................................... 5 第 1 章 VGA 概述 .......................................................... 6 VGA顯 示技術(shù)的發(fā)展概況 .................................................... 6 VGA顯示接口 .............................................................. 7 VGA顯示原理 .............................................................. 8 VGA時序 ................................................................. 10 第 2 章 FPGA 簡介及設(shè)計流程 .............................................. 13 FPGA 簡介 ....................................................... 13 FPGA 設(shè)計流程 ................................................... 14 VHDL 簡介 ....................................................... 16 Quartus II 簡介 ................................................. 17 第 3 章 設(shè)計方案 ........................................................ 19 設(shè)計的主要內(nèi)容 .................................................. 19 設(shè)計原理 ........................................................ 19 第 4 章 系統(tǒng)實現(xiàn) ........................................................ 21 VGA 顯示控制模塊 ................................................ 21 imgrom(圖像數(shù)據(jù) ROM) ............................................ 24 圖像原理 .................................................. 24 具體實現(xiàn)步驟 .............................................. 25 二分頻模塊 ...................................................... 28 地址發(fā)生器模塊 .................................................. 29 頂層設(shè)計 ........................................................ 29 設(shè)計結(jié)果 ........................................................ 31 第 5 章 結(jié)束語 .......................................................... 33 附 錄 ................................................................... 35 顯示掃描模塊代碼 ........................................................ 35 二分頻器模塊代 碼 ........................................................ 36 地址發(fā)生器模塊代碼 ...................................................... 37 參考文獻 ................................................................ 38 基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設(shè)計 4 基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設(shè)計 5 前 言 現(xiàn)在社會，以計算機技術(shù)為核心的信息技術(shù)飛速發(fā)展 ，以及信息的爆炸式增長， 人們獲得很大一部分的視覺信息是從各種電子顯示設(shè)備上獲得的 ,為此對 電子顯示設(shè)備的要求也越來越高 ,在 這些因素影響下 ,顯示技術(shù)也取得了快速發(fā)展。而且給出了 VGA模塊的設(shè)計思路和頂層邏輯框圖。最終實現(xiàn) VGA 圖像顯示控制器， VGA 圖像控制器是一個較大的數(shù)字系統(tǒng)，傳統(tǒng)的圖像顯示的方法是在圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，并通過顯示屏顯示出在傳輸過程中，將圖像數(shù)據(jù)的 CPU 需要不斷的信號控制，所以造成 CPU 的資源浪費，系統(tǒng)還需要依靠計算機，從而減少了系統(tǒng)的靈活性。 1987年 IBM推出了 一種 高分辨率的視頻傳輸標準 即 VGA（視頻圖形陣列）， 其具備 顯示速度快， 分辨率高， 和豐富的顏色等 特點。 采用 FPGA芯片和 EDA設(shè)計方法， 可 根據(jù)用戶的需求， 為 設(shè)計提供了有針對性的 VGA顯示控制器，不需要依靠計算機，它可以大大降低成本，并可以滿足生產(chǎn)實踐中 不斷 改變的 需要 ，產(chǎn)品的升級換代和方 便迅 速 。 現(xiàn)在，基于 FPGA的設(shè)計方案越來越被用于更多的嵌入式系統(tǒng)，在基于 FPGA的大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，為了更好的實現(xiàn) VGA顯示功能，既能使用專用的 VGA接口芯 SPX7111A等，又可以設(shè)計和使用基于 FPGA的 VGA接口軟核，其優(yōu)點在于能使用 VGA專用芯片具有更穩(wěn)定的 VGA時序和更多的顯示模式可供選擇。 ◆ 整體設(shè)計 費用降低 ， 產(chǎn)品更具有價格優(yōu)勢。 FPGA 的運行速度快，管腳資源更加豐富，大規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)相對簡單，大量軟核可供使用用，有利于二次開發(fā)使用，不僅如此，而且 FPGA 具備可重構(gòu)的能力，抗看等特點。 其中，除了 2 根 NC（ Not Connect)信 號、 3 根顯示數(shù)據(jù)總線和 5 個 GND信號，比較重要的是 3 根 RGB 彩色分量信號和 2根掃描同步信號 HSYNC 和 VSYNC 針 [2]。 VGA 顯示原理 VGA 顯示的圖像原理：常見之彩色顯示器，一般由 CRT(即：陰極射線管 )構(gòu)成。場同步則采用場同步信號進行，并使掃描回到屏幕的左上方，同時場消隱進行，準備下一場的掃描。 Hs 和 Vs 的時序圖。本設(shè)計基于標準 VGA模式來實現(xiàn)。圖 VGA顯示模塊與 CRT顯示器的控制框圖。這種光柵掃描一般具備以下路徑：在每一行從上到下并從左到右進行掃描。板上的 VGA接口只需使用其中的五個引腳，其中行、幀同步信號直接由 FGPA輸出；紅、綠、藍三色信號使用 FPGA上 8個引腳， 8位數(shù)據(jù) ，其中紅色兩基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設(shè)計 10 位，綠色及藍色各三位，通過電阻網(wǎng)絡(luò) D/A變換后在顯示器顯示輸出值， DA轉(zhuǎn)換器在這個電阻網(wǎng)絡(luò)上被模擬 ， 輸入信號的電壓被分成幾段。 針對開發(fā)板的條件，若想得到 25MHz的像素頻率輸出，則必須采用 50MHz的系統(tǒng)時鐘進行分頻。 VGA_HSYNC和 VGA_VSYNC信號使用LVTTL或 LVCMOS3I/O標準驅(qū)動電平。 LCD使用矩陣開關(guān)給液晶加壓，在每個像素點上通過液晶來改變光的介電常數(shù)。當電子束向正方向移動時，信息才顯示，即從左至右、從上至下。現(xiàn)在的 VGA顯示屏支持多種顯示協(xié)議， VGA控制器通過協(xié)議產(chǎn)生時序信號來控制光柵。控制器指定視頻數(shù)據(jù)緩沖器以備電子束通過顯示屏。 VS信號定義顯示的更新頻率，或刷新屏幕信息的頻率。 1。在大部分的 FPGA 內(nèi) ,這些可以編輯部件包括記憶元件 ,如觸發(fā)器 (Flipflop)或其他更完整的記憶塊。但是他們也有許多優(yōu)勢 ,例如可以很快的成品 ,可以修改 ,以糾正錯誤的程序和便宜的成本。目前 FPGA中多使用 4輸入的 LUT,為此 每一個 LUT 都被 看成一個有 4位地址線的 16 1的 RAM。 FPGA 設(shè)計流程 一般來講 , FPGA 的完整設(shè)計過程 ,包括電路設(shè)計與輸入、功能仿真、全面、綜合仿真 ,實現(xiàn)和布局布線、布局仿真與驗證 ,配線板級仿真與驗證、調(diào)試和加載配置。 電路設(shè)計：將電路系統(tǒng)以一定的表達方式輸入到計算機里面，即將設(shè)計人員的電路基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設(shè)計 15 構(gòu)想輸入到 EDA 等工具上， 原理圖設(shè)計輸入方法和硬件描述語言 (HDL)的電路設(shè)計文 本是常用的 設(shè)計輸入方法 。此外在使用 QuartusII 時也可以采取第三方工具 (如 ModelSim)來 導入源程序和 testbench 進行仿真 。Synthesis] 命令進行綜合 ,也可采用第三方的綜合工具。 實現(xiàn)布