【正文】 用戶模式產(chǎn)生的 Colors3 則直接通過(guò)總線給到上層VGAMode模塊進(jìn)行選擇。 Clock模塊需要產(chǎn)生 25MHz、 100Hz、 1Hz頻率的時(shí)鐘信號(hào)，其中 100Hz和 1Hz時(shí)鐘的產(chǎn)生是靠計(jì)數(shù)觸發(fā)的，與邏輯描述對(duì)應(yīng)，生成的邏輯器件主要是計(jì)數(shù)器和比較器。 但從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)講，沒(méi)有必要過(guò)多關(guān)注控制器以外的功能的實(shí)現(xiàn)。截圖是部分波形，反映的是撥碼開(kāi)關(guān) SW7～ SW2 從“ 000101”到“ 100101”切換時(shí)的 RGB 輸出，圖中 RGB 輸出與撥碼開(kāi)關(guān)的輸入一致，說(shuō)明純色模式正確。t display state machine states register holding state machine bit |vgacontroller|vgasmode:vgaemode_port_map| was synthesized away”。 首先是 Clock模塊的仿真，由于 50M分頻難以仿真，故將輸入時(shí)鐘 clk50m設(shè)置為50kHz，分頻得到 clk25m實(shí)際為 25kHz， 1Hz和 100Hz分頻結(jié)果不改變。 end process。此處使用100Hz 的時(shí)鐘頻率是有考究的， 100Hz 的掃描頻率一方面可以作為按鍵防抖動(dòng)的處理頻率，另一方面可以設(shè)置為按鍵移動(dòng)速率，即每秒 100 像素點(diǎn)，可根據(jù)按鍵長(zhǎng)度控制運(yùn)動(dòng)的距離，且圖形移動(dòng)更加平滑，因?yàn)椴挥檬褂冒存I一次移動(dòng)多個(gè)像素點(diǎn)的方案 。 else hmovus1 = hmovus1 + 1。 數(shù)字電路綜合 實(shí)驗(yàn)039。更加詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路在，此處不再贅述。event and clk100hz=39。分頻到 100Hz計(jì)數(shù)值改為 max2=249999即可。 以下是列像素計(jì)數(shù)器描述。 process(clk25m) state s3 process: selfdefined graph begin if(rising_edge(clk25m)) then colors3 = usercolors。 elsif hpos 640 and vpos 120 then colors0 = 000001。039。 end if。報(bào)告 第 19頁(yè) end if。 signal state:states:=s0。 clock_port_map: clock port map(clk50m = clk50m, clk25m = clk25m, clk100hz = clk100hz, clk1hz = clk1hz)。報(bào)告 第 16頁(yè) port (clk25m,clk100hz,clk1hz: in std_logic。 clk1hz,clk100hz,clk25m: out std_logic)。根據(jù) 小節(jié)中的設(shè)計(jì)思路，在 Package 包 VGAPackage 中定義各模塊的接口定義，然后在頂層實(shí)體中進(jìn)行例化，定義好信號(hào)的傳遞關(guān)系。 子模式 US0 是沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)，即先行方向運(yùn)動(dòng)，到右邊界后折返從下一行繼續(xù)行運(yùn)動(dòng)。縱彩模式可類似實(shí)現(xiàn)。 子系統(tǒng)和控制器的耦合關(guān)系為，一方面， VGAController 獲取輸入信號(hào)，傳遞給子系統(tǒng)，其中輸入控制信號(hào) sw0 和 sw1 傳遞給 VGAMode 用以控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)移， sw2～sw7 傳遞給 VGAColor 用以控制產(chǎn)生純色， bt0～ bt4 傳遞給 UserMode 用以控制用戶自定義圖形圖像。 輸出： S0～ S3狀態(tài)的顏色圖像信號(hào)。 輸入：撥碼開(kāi)關(guān) SW SW0的值。用戶模式中，還應(yīng)根據(jù)用戶的輸入控制圖形的運(yùn)動(dòng)方向。 第一步：系統(tǒng)功能分析和描述 VGA 顯示控制器實(shí)現(xiàn)的主要功能是向 CRT 顯示器發(fā)出圖形控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的圖形顯示。完成的功能包括 64種純色的顯示、橫向和縱向彩色條幅的顯示以及正方形色塊的運(yùn)動(dòng)與控制。每個(gè)層次可用一個(gè)或多個(gè)具體模塊加以實(shí)現(xiàn)，層次模塊劃分詳述于 。頂層描述了整個(gè)系統(tǒng)的功能和運(yùn)行；控制器子模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各個(gè)獨(dú)立而完整的功能部分；第三層為第二層的子模塊，用于擴(kuò)展第二層的功能，具體負(fù)責(zé)用戶模式的實(shí)現(xiàn)。 c) PixelCNT 產(chǎn)生像素位置信號(hào)。 輸入： 行和列像素位置信號(hào)，用戶控制信號(hào)。其具體 VHDL描述參見(jiàn) 。 用戶模式設(shè)計(jì) 這里單獨(dú)把用戶模式提出來(lái)，是因?yàn)榛镜娜齻€(gè)顏色顯示模式 S0、 S S2 的設(shè)計(jì)思路都簡(jiǎn)單而清晰，而用戶模式是本實(shí)驗(yàn)拓展部分，實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了三種子模式 US0、US US2（參見(jiàn) 節(jié)中的設(shè)計(jì)目標(biāo)），三種模式都是動(dòng)態(tài)圖像的顯示，實(shí)現(xiàn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。采 數(shù)字電路綜合 實(shí)驗(yàn) 只是修改了該子模式就完全實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。 ponent vgasmode Define vag mode implement port (clk25m,clk1hz: in std_logic。 end ponent。 vgacolor_port_map: vgacolor port map(clk25m = clk25m, clk100hz = clk100hz, clk1hz = clk1hz, hpos = ht, vpos = vt, sw = sw(7 downto 2),button = bt, colors0 = colors0,colors1 = colors1, colors2 = colors2,colors3 = colors3)。 when 11 = state = s3。 由 VGA 標(biāo)準(zhǔn)中定義的時(shí)序關(guān)系，可以等效地計(jì)算出像素點(diǎn)的時(shí)序關(guān)系圖。 process(vt) vsync begin if (vt = (480+8+2) and vt (480+8+2+2)) then vsync = 39。 venable = 39。 elsif hpos 640 and vpos 420 then colors0 = 001001。依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)即可，當(dāng)行計(jì)數(shù)到 800像素時(shí)清空，列計(jì)數(shù)到 525時(shí)重新計(jì)數(shù)。 end if。 end if。 end process。 end if。 end if。 end if。 end process。報(bào)告 第 30頁(yè) process(clk100hz) user state:us2 begin if (rising_edge(clk100hz)) then if (userstate = us2) then if((hmovus2 610) or (vmovus2 450) or (hmovus2 30) or (vmovus2 30)) then hmovus2 = 0101000000。 hmov = hmovus1。 圖 PixelCNT 模塊仿真圖（列計(jì)數(shù) vt 值） 數(shù)字電路綜合 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 第 33頁(yè) 圖 (b) 頂層狀態(tài)機(jī)仿真波形圖 而圖 給出的底層用戶模式下的狀態(tài)機(jī)的仿真，由于其狀態(tài)轉(zhuǎn)移是以按鍵為條件的，為典型的 Mealy 型狀態(tài)機(jī)，故以時(shí)序邏輯實(shí)現(xiàn)其狀態(tài)轉(zhuǎn)移，狀態(tài)機(jī)的行為可仿真。對(duì)于動(dòng)態(tài)圖形的顯示，關(guān)鍵列出像素信息的不等式，然后依據(jù)一定的條件控制圖形參考坐標(biāo)的移動(dòng)。 設(shè)計(jì)之初對(duì)資源使用沒(méi)有多少概念，時(shí)常以軟件的思想描述硬件，在描述中使用乘法等資源耗費(fèi)嚴(yán)重的操作，也曾使用過(guò)嵌套多層的 IFELSE 語(yǔ)句，產(chǎn)生很長(zhǎng)的選擇器，降低了模塊的可靠性，增加處理延時(shí)。 VGAMode 模塊輸入狀態(tài)控制信號(hào) SW1 和 SW0 以及 VGA 消隱信號(hào)，完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)移操作和 VGA顏色信號(hào)的生成。參看附錄圖 RTL圖。參看附錄圖 RTL圖。邏輯單元占用率 34%。可以在不改變系統(tǒng)框架和模塊間電路連接關(guān)系、不增加模塊的情況下對(duì)用戶模塊 UserMode 或者顏色圖形產(chǎn)生模塊 VGAColor 進(jìn)行任意的有效修改，實(shí)現(xiàn)其他功能。從行列消隱信號(hào) hs 和 vs 的狀態(tài)還可看出，在行消隱區(qū) RGB顏色值為黑色 000000。但實(shí)際下載到實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生。 數(shù)字電路綜合 實(shí)驗(yàn) when others = null。不妨設(shè)方塊從左往右運(yùn)動(dòng)，在前一個(gè)進(jìn)程中，當(dāng)hmovus1大于 610的瞬間（精確值為 ） borderlr 值翻轉(zhuǎn)，在下面的進(jìn)程中同樣以100Hz的頻率對(duì) borderlr 值進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到 borderlr 值改變的時(shí)候，實(shí)際的計(jì)數(shù)值hmovus1已經(jīng)大于了 610，根據(jù)器件的運(yùn)行速度不同大于 610的程度不同，此時(shí)方塊反向向左運(yùn) 動(dòng)，即 hmovus1 進(jìn)行減法操作， hmovus1 必然從大于 610 的值往下減，當(dāng)還未減到小于 610 的數(shù)時(shí)電路會(huì)再次檢測(cè) hmovus1 的值，發(fā)現(xiàn)大于 610 則 borderlr 值再次翻轉(zhuǎn)，結(jié)果導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)方向的再次反轉(zhuǎn)， hmovus1 又進(jìn)行加法操作。139。)。 process(clk100hz) user state: us0 begin pattern39。 end if。 signal userstate:userstates :=us0。 25MHz分頻描述如下，從 50MHz分頻到 25MHz分頻只要檢測(cè)上升沿即可。039。描述如下。 數(shù)字電路綜合 實(shí)驗(yàn) 值得說(shuō)明的是，由于時(shí)鐘誤差在所難免， VGA 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)時(shí)像素的計(jì)數(shù)要求并非一個(gè)像素點(diǎn)都不能差，微小誤差是可以接受的。 process(clk25m) hsync begin if (rising_edge(clk25m)) then if (ht = (640+8+8) and ht (640+8+8+96)) then hsync = 39。 when s1 = colorstmp = colors1。報(bào)告 第 18頁(yè) 圖 QuartusII 生成的總體電路圖 分塊電路的描述 本節(jié)給出分塊電路的硬件描述，對(duì)關(guān)鍵部分進(jìn)行了分析。 end vgapackage。 ponent vgasig Define vag signal interface as a module port (clk25m: in std_logic。 hs,vs,r0,r1,g0,g1,b0,b1: out std_logic)。 值得說(shuō)明的是， hmov 和 vmov 在實(shí)際硬件語(yǔ)言描述時(shí)，要利用選擇器根據(jù)子模式US0、 US US2 的不同進(jìn)行選擇，對(duì)信號(hào)賦值，以解決多重驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī) 的設(shè)計(jì)。報(bào)告 第 12頁(yè) 圖 用戶模式狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 UserMode 模塊的輸入行列像素位置信號(hào) hpos 和 vpos、按鍵控制信號(hào) bt0～ bt4，首先根據(jù) hpos 和 vpos 畫出靜態(tài)的圖形，由于繪制圓形色塊耗費(fèi)的器件資源實(shí)驗(yàn)板無(wú)法提供，這里選擇了畫正方形色塊。具體硬件語(yǔ)言描述時(shí)也只是定義狀態(tài)為枚舉類型，由編譯器決定如何對(duì)狀態(tài)編碼和優(yōu)化，事實(shí)上，從 QuartusII 編譯綜合的結(jié)果看， OneHot的編碼方式。 在本實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)中，控制器的作用和與子系統(tǒng)的耦合關(guān)系可由圖 。報(bào)告 第 7頁(yè) 輸入：行和列像素位置信號(hào)。定義實(shí)體為VGAController，在其中例化子模塊。詳述于 小節(jié)中。報(bào)告 第 1頁(yè) 第一部分 任務(wù)要求 課題要求 設(shè)計(jì)一個(gè) VGA 圖像顯示控制器。 關(guān) 鍵 詞 ： FPGA ； VHDL ； VGA 顯示控制；狀態(tài)機(jī)II 第一部 分 任務(wù)要求 .................................................................................................................. 1 .......................................................................................................................... 1 .............