【正文】 ................................................................................................. 10 時鐘及復(fù)位電路 .......................................................................................... 11 系統(tǒng)電源 ...................................................................................................... 12 VGA 接口電路 ....................................................................................................... 13 VGA 接口概述 ............................................................................................ 13 VGA 接口電路設(shè)計(jì) .................................................................................... 14 其他外圍電路 ......................................................................................................... 15 輸入控制電路 ................................................................................................. 15 狀態(tài)顯示電路 ................................................................................................ 16 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 17 雙口 RAM 存儲模塊 .............................................................................................. 17 VGA 驅(qū)動模塊 ....................................................................................................... 18 VGA 時序 .................................................................................................... 19 基于 VGA顯示的邏輯分析儀 2 VGA 逐行掃描的工作原理 ........................................................................ 19 波形顯示控制模塊 ................................................................................................. 21 波形數(shù)據(jù)存儲格式 ...................................................................................... 21 波形圖像顯示 .............................................................................................. 21 鍵盤控制顯示模塊 ................................................................................................. 23 其他模塊 ................................................................................................................. 23 5 功能調(diào)試與測試 .............................................................................................................. 24 按鍵輸入與顯示 ..................................................................................................... 24 系統(tǒng)測試 ................................................................................................................. 25 6 總結(jié)及展望 ........................................................................................................................ 26 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 27 致 謝 .................................................................................................................................. 28 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 引 言 20 世紀(jì) 70 年代初研制出了微處理器，出現(xiàn) 4位和 8 位總線，傳統(tǒng)示波器的雙通道輸入無法滿足 8bit的觀察。獨(dú)立式邏輯分析儀是將所有的測試軟件、運(yùn)算管理元件以及顯示單元，整合在一臺儀器之中。 在邏輯分析儀的設(shè)計(jì)開發(fā)中，也有一些基于單片機(jī)， FPGA或 DSP芯片設(shè)計(jì)的邏 輯分析儀，其設(shè)計(jì)思路，基本上采用的是以虛擬邏輯分析儀的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一款性能適中，價格便宜，操作方便的邏輯分析儀，成為目前一個實(shí)用的研究方向。 基于 VGA顯示的邏輯分析儀 2 1 緒論 邏輯分析儀作為一種分析數(shù)字系統(tǒng)邏輯關(guān)系的工具，是現(xiàn)今測試儀器中最有效、最具代表性的儀器。 本方案不采用常用的基于虛擬邏輯儀的設(shè)計(jì)方法，而是以臺式一體機(jī)為設(shè)計(jì)思路，將信號采集，信號處理，信號顯示做成一個系統(tǒng)，特別是數(shù)據(jù)的顯示，采用 VGA 接口的顯示器來完成。 VGA這個術(shù)語常常不論其圖形裝置，而直接用于指稱 640 480的分辨率。但在 VGA下它只是簡單的 64種顏色一組的表格，每一種都可以單獨(dú)改變 —— 例如 EGA顏色的首兩個 bit代表紅色的數(shù)量，在 VGA中就不一定如此了。 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 總結(jié)來說， CGA 和 EGA 同時只能顯示 16 種色彩，而 VGA 因?yàn)槭褂昧? Mode 13h 而可以一次顯示 256 色版中的所有色彩，而這 256 種顏色又是從 262,144 種顏 色中挑出的。雖然液晶顯示器可以直接接收數(shù)字信號，但很多低端產(chǎn)品為了與 VGA 接口顯卡相匹配，因而采用 VGA 接口。在經(jīng)過Ｄ /Ａ和Ａ /Ｄ 2 次轉(zhuǎn)換后，不可避免地造成了一些圖像細(xì)節(jié)的損失。 基于 VGA 顯示的邏輯分析儀的優(yōu)勢 小型實(shí)驗(yàn)室或者教育機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行研發(fā)或者教學(xué)的過程中，對邏輯分析儀有很強(qiáng)的需求，但是成品臺式邏輯分析儀價格高昂，基于計(jì)算機(jī)的虛擬邏輯分析儀操作又比較復(fù)雜，使邏輯分析儀的應(yīng)用受到很大限制?？紤]到目前 VGA 顯示器應(yīng)用已經(jīng)很普遍， VGA 的顯示能力，分辨率亦較高。 VGA 接口最終 可以將要顯示的數(shù)據(jù)直接送到顯示器上顯示，省去了計(jì)算機(jī)的處理過程，能加快數(shù)據(jù)的處理速度和節(jié)約硬件成本。 （ 2）第 2 章：基于 VGA 顯示的邏輯分析儀的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)介紹了 FPGA 最小系統(tǒng)、 VGA 接口電路。 （ 5） 第 5 章：功能調(diào)試。 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 2 基于 VGA 顯示的邏輯分析儀的設(shè)計(jì) 總體方案的設(shè)計(jì) 根據(jù)一體化的設(shè)計(jì)思路，可以得出本設(shè)計(jì) — 基于 VGA顯示的邏輯分析儀的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 。主芯片時鐘由外部提供，由一片晶振提供 50 MHz 頻率的時鐘源 。組成框圖如圖 所示。除此之外，一些外圍電路對 FPGA 的控制是必要的。結(jié)構(gòu)框圖如圖 。在 EDA 軟件工具平臺上 , 采用自上而下的設(shè)計(jì)方法 ,以硬件描述語言 VHDL為系統(tǒng)邏輯描述的主要手段完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 EP2C35F672 的特性如表 。 VHDL 語言 本設(shè)計(jì)采用 VHDL語言。在對一個設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個實(shí)體。 (3) 可讀性好，有利于交流，適合于文檔保存。 Quartus II 軟件的工程文件由所有的設(shè)計(jì)文件、軟件源文件以及完成其所需的相關(guān)文件組成。由這五部分電路，完成信號的采集、處理和顯示，本章著重講 FPGA 最小系統(tǒng)和 VGA 接口電路。其最小系統(tǒng)包括配置電路、時鐘及復(fù)位電路和電源部分 。自運(yùn)行模式采用的串行配置芯片為 EPCS16。 （動態(tài)掃描） D A 轉(zhuǎn)換 端口 保護(hù) VGA 接口電路 一種是如圖 中按鍵 S2，用于手動復(fù)位，作為調(diào)試程序時使用。為增加頻率的穩(wěn)定性，晶振供電電源增加了 LC 濾波電路。其中，控制系統(tǒng)部分的輸入電壓為5V， FPGA 正常工作時，需要的電壓有 ， 和 三種，因此，需要將輸入的5V 電壓進(jìn)行直流轉(zhuǎn)換。 電源由 5V電源經(jīng)過 芯片 穩(wěn)壓得到， FPGA 的內(nèi)核電壓需要的 ，則由 電源經(jīng) LP2996 穩(wěn)壓而得。 對于普通的 VGA 接口，共有 5 個信號： R、 G、 B 三基色信號； HS：行同步信號；VS：場同步信號。本文設(shè)計(jì)了一種采用電阻分壓的方式進(jìn)行色彩信號的 DA 轉(zhuǎn)換。 B 信號對應(yīng)兩個電阻， B1 對應(yīng) 512Ω， B0 對應(yīng) 1KΩ的電阻。此時，就必須建立控制信號的輸入通道。不過，如果采用 VGA 顯示狀態(tài)信息，編程復(fù)雜，對功能擴(kuò)展是一個障礙，對 FPGA 的要求，相應(yīng)的提高許多，成本的優(yōu)勢難以體現(xiàn)。其中與 FPGA 接口 為 DIG[7..0]和 SEG[7..0]。按功能來說，采樣觸發(fā)控制模塊負(fù)責(zé)對信號的采樣；然后進(jìn)入雙口 RAM 存儲模塊對信號進(jìn)行存儲；波形顯示控制模塊只管從雙口 RAM 中讀數(shù)據(jù)并送往 VGA 顯示驅(qū)動模塊；最后將信號送往 VGA 接口顯示。雙口 RAM 最大的特點(diǎn)是存儲數(shù)據(jù)共享。可利用 EP2C35F672 內(nèi)部的 RAM 作為存儲單元。 （ 2）模塊設(shè)計(jì)方法 由設(shè)計(jì)要求可知，在設(shè)計(jì)過程中，既要存儲，又要讀取數(shù)據(jù)，因此，必須設(shè)計(jì)一個雙口 RAM。其中， data[9..0]和 q[9..0]為存儲數(shù)據(jù)的輸入及輸出端口； rd_address 和 rdclock， rdclocken 為讀地址和讀使能信號； wraddress[9..0]和wrclock， wrclocken， wren 為寫地址、寫時鐘及寫使能信號。 VGA 逐行掃描的工作原理 VGA 采用逐行掃描的工作方式。從左到右的掃描過程中，包括行消隱、行圖像輸出兩個過程，每完成一次從左到右的行掃描，則顯示一行的像素點(diǎn)。當(dāng)行掃描完成一次時，以行掃描的溢出信號作為時鐘，每一個時鐘周期，對應(yīng)屏幕上的一行。其他的區(qū)域，是顯示消隱期間。 表 RGB 數(shù)據(jù)格式 RGB data format D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D1 R2 R1 R0 G2 G1 G0 B1 B0 幾種常見顏色對應(yīng)數(shù)據(jù)格式及編碼如表 所示 。 波形圖像顯示 （ 1）波形顯示 在 VGA 顯示驅(qū)模塊中有兩個計(jì)數(shù)器，行掃描計(jì)數(shù)器 hcount 和場掃描計(jì)數(shù)器vcount，經(jīng)修正后從 vga 模塊輸出，其輸出顯示有效范圍分別對應(yīng)于顯示器水平像素點(diǎn)0~639 和垂直像素點(diǎn) 0~479。假設(shè) RAM 中的數(shù)據(jù)不變，則顯示區(qū)域每列讀出的數(shù)據(jù)都是相同的，現(xiàn)在要做的是在各通道對應(yīng)的位置顯示對應(yīng)通道的波形數(shù)據(jù)，當(dāng)場掃描計(jì)數(shù)器 vcount 的值為 8 時，判斷 D0 值，若為“ 1”輸出數(shù)據(jù)（指顯示波形的顏色數(shù)據(jù)）顯示，若為“ 0”則輸出背景色