【正文】 式相對簡單， CASE語句綜合成為了選擇編碼器。中間一個六位 colorstmp 信號作為緩存，與消隱信號 hen 和 ven相與后輸出給 VGA 接口。 圖 QuartusII 編譯綜合 后各實體占用資源詳表 對各子模塊分析如下。一個顯見的結論是描述代碼的長度和綜合后的電路形式與資源占用無必然聯(lián)系。如果換用擁有更多邏輯資源的實驗板，可以支持編寫更為復雜的圖形，如圓形或者是菱形等，所要做的只是給出坐標方程即可。比較好的調試方法是下載到板上通過 CRT顯示器直接觀察，然后處理相應的問題與錯誤。 圖 狀態(tài) S1 仿真波形圖（縱向彩色條幅依次掃過） 圖 S2（純色模式）的仿真波形圖，圖中 SW1和 SW0位置放置相反，故“ 01”實際代表的是 S2 狀態(tài)，仿真時將 SW1 設置為強制高電平， SW0 為強制低電平， SW7～ SW2 作為撥碼開關的輸入，將其設置為隨機值，以產生可能的 64 種顏色組合，其跳變周期是 1 秒。 圖 用戶模式 UserMode 狀態(tài)機的仿真 以下再進一步對每個狀態(tài)進行仿真驗證。當引入 S0、 S S S3三個獨立的狀態(tài)仿真時，編譯顯示警告信息：“ Warning: Can39。 對關鍵的模塊進行仿真以后，進一步對系統(tǒng)整體進行仿真驗證。對關鍵模塊的仿真結果和分析如下。 hmov = hmovus2。 end if。 else case button is when 01000 = hmovus2 = hmovus2 1。使用 case 語句根據按鍵選擇運動方向。 的描述。 else if(hmovus1 610) then hmovus1 = 1001011000。 end process。 下面給出 US1子模式的描述。 end process。 else hmovus0 =(others = 39。報告 第 26頁 end process。三個子模塊分別產生三種控制信息，反映在二維坐標變量（ hmov， vmov）的變化上，以實現動態(tài)圖像的顯示。 process(scountn) state count button pressed,state changes begin if (rising_edge(scountn)) then case userstate is when us0 = userstate = us1。報告 第 25頁 begin if (clk100hz39。 UserMode 模塊的描述 該模塊采用了有限狀態(tài)機的設計方法。 50MHz分頻到 100Hz和 1Hz思路一致，設置計數器，當計數到 max1=24999999輸出波形即可分頻 1Hz。 end if。 end process。多個模塊用到該計數值。 下面是調用 UserMode 模塊得到用戶自定義圖形的描述。 end if。 process(clk25m) state s0 process: horizontal colors begin if(rising_edge(clk25m)) then if hpos 640 and vpos 60 then colors0 = 100100。 end if。 process(clk25m) no color when not in 640*480 begin if(rising_edge(clk25m)) then if((ht 640) or (vt 480)) then henable = 39。 else vsync = 39。 end if。如圖 。 數字電路綜合 實驗 end if。 type states is (s0,s1,s2,s3)。 圖 是 QuartusII 生成的總體電路圖 ，定義的第二層 5 個模塊均對應生成了器件，由于 UserMode 模塊是在 VGAColor 模塊里進行的例化，故系統(tǒng)綜合時將其歸并在了 VGAColor 模塊內。 (r0,r1,g0,g1,b0,b1) = colors。 hpos,vpos: in std_logic_vector(9 downto 0)。 ponent vgacolor Generate colors for each mode 數字電路綜合 實驗 hen,ven: in std_logic。 package vgapackage is ponent clock System clock generator port (clk50m: in std_logic。描述如下。 硬件描述時首先對頂層模塊 VGAController 進行描述。 子模式 US2 是受控運動。 子模式切換時采用了控制按鍵 bt4，需要進行按鍵防抖動設計。 子模式也采用狀態(tài)機的方式進行設計。圖 給出了橫彩模式的實現流程圖。報告 第 10頁 如 節(jié)中所述，系統(tǒng)模式設定為純色模式、橫彩模式、縱彩模式、用戶模式，分別定義為 S0、 S S S3 四種狀態(tài)。 子系統(tǒng)中包括二層和三層設計中的六個模塊，各模塊間存在信號的傳遞，其中時鐘信號由 Clock 產生，驅動其他各個模塊，像素位置信號由 PixelCNT 產生，輸出到VGAColor、 VGASig 以及 UserMode 模塊，作為產生顏色圖像信號和掃描同步消隱信號的依據， VGAMode 模塊決定當前的模式狀態(tài)，輸出當前需要顯示的顏色圖像信號。 數字電路綜合 實驗 輸入：行和列像素位置信號，用戶顏色控制信號 SW2～ SW7。 輸入： 25MHz時鐘信號。根據當前 狀態(tài)選擇 VGAColor 模塊送入的多個顏色圖像信號，發(fā)送給VGA接口 RGB端口。 圖 VGA顯示控制器層次模塊劃分框圖 然后從邏輯上劃分出各層次的具體模塊，分述如下。控制器根據用戶的輸入信息，決定工作模式，這里定義為橫彩模式、縱彩模式、純色模式、用戶模式?？刂破髟O計采用有限狀態(tài)機的方法，詳述于 。報告 第 2頁 第二部分 系統(tǒng)設計 設計采用自頂向下（ Topdown）的方法。報告中給出了完整的設計思路和過程，并將系統(tǒng)分模塊進行了詳細的設計，給出了 VHDL語言描述。實驗的重心放在了顯示控制器的系統(tǒng)層面的設計，采用了自頂向下的思路進行設計，系統(tǒng)的核心為有限狀態(tài)機。 數字電路綜合 實驗 控制器部分是系統(tǒng)的核心部分，負責協(xié)調和控制各子模塊的工作。報告 第 4頁 圖 VGA顯示控制器系統(tǒng)結構框圖 VGA 顯示控制器的輸入是用戶控制信息，如顯示模式的切換命令、圖形移動的控制命令等。每個層次可用一個或多個具體模塊加以實現。根據撥碼開關 SW1 和 SW0 的四種組合選擇各模式，完成狀態(tài)的轉移。為 VGAColor 模塊產生顏色和圖像作定位參考。為實現 S3 用戶模式下復雜的用戶圖像輸出，定義了子模塊 UserMode，專門負責用戶自定義顏色和圖像的產生。 輸出：用戶模式下的顏色圖像信號?，F文字加以敘述如下。 數字電路綜合 實驗 其中 S0是橫彩模式， S1是縱彩模式，每種模式均有 8種彩色條幅，其實現思路完全一致，差別僅僅在于 S0 根據列像素信息分割，而 S1 根據行像素信息分割。實驗中設計了專門的子模塊 UserMode 加以實現。因而動態(tài)圖形的設計，關鍵在于在 US0、 US US2 狀態(tài)下以不同的方式設法控制（ hmov， vmov）的運動方向和速度。報告 第 13頁 用簡化的方案，設置兩個標志位 borderlr 和 borderud 分別表示左右邊界和上下邊界，可認為設定邊界為 ’1’時向 hmov 和 vmov 減小方向運動，反之則增大方向運動，當到達四個邊界中任意邊界時（容易根據 hmov 和 vmov 值判斷），對應的 borderlr 或者borderud區(qū)反，這樣就使得色塊反彈了?？梢允褂?VHDL語言描述硬件電路了。 總體電路的描述 根據系統(tǒng)設計要求，首先定義系統(tǒng)頂層實體，描述輸入輸出端口。 依據描述思路，定義各模塊接口如下。 sw: in std_logic_vector(1 downto 0)。 end ponent。 ponent usermode Sub mode for user port (clk25m,clk100hz,clk1hz: in std_logic。 bt = (bt4,bt3,bt2,bt1,bt0)。 end arch。 VGAMode 模塊的描述 定義狀態(tài)機的描述如下。 end case。 end case。其中，行同步時序列表如下： 表 21 VGA行同步時序表 根據時序表，容易確定水平掃描的四個狀態(tài)區(qū)，即：行顯示區(qū)（ h_video）、行前端消隱區(qū)（ h_front）、行同步區(qū)（ h_sync）、行后端消隱區(qū)（ h_back）。139。039。消隱去描述如下。139。 下面給出橫向條幅的的描述，縱向條幅描述類似。 elsif hpos 640 and vpos 480 then colors0 = 011000。 end process。 行列像素計數值是顏色和圖形產生和控制的基礎。 end if。 end if。 end process。 end process。 process(clk100hz) Antivibration process 數字電路綜合 實驗 scountn is signal for changing state scountn = clk100hz and scountmp1 and (not scountmp2)。該色塊為三個子模式 US0、 US US2 所共享。 數字電路綜合 實驗039。 end if。 end process。 end if。 end if。 這里在硬件實現時遇到了一些阻礙，初始的代碼中沒有在邊界“突變”的描述，即 hmovus1 = 0000101000。 下面是 US2 子模式的描述。 vmovus2 = 0011110000。 end if。 when us2 = vmov = vmovus2。 在 QuartusII 菜單的 Assignments 下的 Settings 中依次指定各個子模塊為 Toplevel Entity，編譯后建立仿真文件，可完成各子模塊的仿真。報告 第 32頁 圖 PixelCNT 模塊仿真圖（行計數 ht 值） 從圖 和圖 不難看出像素計數值的變化和清零正確，符合 VGA 標準的定義參數要求。 但進一步細致的仿真讓我發(fā)現了問題的根源。仿真結果說明狀態(tài)機工作正常。這里 SW 顯示“ 10”是因為仿真中 SW1和 SW0的位置交換了，實際代表的模式是 S1。只要位置信息模塊 PixelCNT和行列同步與消隱信號正常（實際上前述仿真已能夠說明其正確性），即可很容易畫出動態(tài)的圖形。 另外，如果換用其他的實驗板，例如帶有 ROM 和 RAM 的實驗板可以在不修改頂層描述的情況下，增加讀取 RAM 存儲的圖像的模塊，即可實現如漢字顯示和照片顯示的功能。隨著設計的深入，加上反復求精的過程磨練，逐步對硬件描述綜合出的實際電路形式有了更多的理解，對延時和資源占用有了初步概念。其余子模塊占用資源數都是很少的。狀態(tài)的選擇在邏輯器件實現時是 6個選擇器，其 輸入為 S0、 S S2 以及 S3 中的 US0、 US US2 共計 6 種狀態(tài)的六位顏色信號。橫彩和縱彩產生機理一致，由于采用了多分支的 IFELSIF 語句描述，產生的邏輯器件時用比較器判斷位置，利用多路選擇器 MUX選擇寄存器中的固定顏色值輸出。 在 VHDL 語言電 路優(yōu)化設計當中，優(yōu)化主要包括面積優(yōu)化和速度優(yōu)化。 UserMode 模塊負責產生用戶的定義的動態(tài)圖形。其主要實現邏輯器件是比較器。參看附錄圖 RTL圖。 圖 QuartusII編譯工程后的綜合報告。而真正的重點在于把系統(tǒng)層面的設計做好，把系統(tǒng)狀態(tài)機設計完整，系統(tǒng)架構清晰，層次明確，穩(wěn)定性好，可擴展和可移植性好，這樣的