【導讀】用，但其昂貴的價格和復雜的操作方式，限制了其在小型實驗室或教育機構(gòu)的使用。集，處理，由通用VGA顯示器顯示數(shù)字信號的邏輯分析儀。VGA顯示輸出具有兼容性。強，顯示內(nèi)容豐富，不需要依靠計算機的優(yōu)勢。單元、輸入控制單元和狀態(tài)顯示單元及VGA接口單元。本文采用電阻分壓的方式進行色彩信號的DA. 轉(zhuǎn)換，將二進制RGB數(shù)據(jù)幀，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬電壓信號。細分析了VGA逐行掃描的工作原理，并最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示；最后，在系統(tǒng)級的層次，將各個模塊有機結(jié)合在一起，形成了一個具有十路輸入，六種觸發(fā)方式，采樣頻率可調(diào)，大降低成本，又可以滿足生產(chǎn)實踐中不斷變化的需要。

　　

【正文】 4 所示。采用兩個共陽數(shù)碼管 3461BS，位驅(qū)動部分則采用PNP 型晶體管 8550。其中與 FPGA 接口 為 DIG[7..0]和 SEG[7..0]。 圖 狀態(tài)顯示電路 Status Display Circuit K E Y 0K E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4K E Y 5K E Y 6K E Y 7V C CK E Y 0K E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4K E Y 5K E Y 6K E Y 7R p 2 2 20R p 1 10 KR p 4 2 2 0Q38 5 5 0Q48 5 5 0Q58 5 5 0Q68 5 5 0Q78 5 5 0Q88 5 5 0Q28 5 5 0Q18 5 5 0R p 3 1 0 KV C CD I G [ 7 . . 0 ]S E G [ 7 . . 0 ]b0b1b2b3b4b5b6b7b0b1b2b3b4b5b6b7c0c1c2c3c4c5c6c78a7b6c5d8e7f6g5hh3g5f10e1d2c4b7a116 8 912c0 c1 c2 c3L E D 1h3g5f10e1d2c4b7a116 8 912c0 c1 c2 c3L E D 2c0 c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7a ab bc cd de ef fggh h九江學院學士學位論文 17 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本設(shè)計采用自上而下的設(shè)計思路， 可以將基于 VGA 顯示的邏輯分析儀的模塊細分為：采樣觸發(fā)控制模塊 (sample)、采樣頻率控制模塊 (div_freq) 、雙口 RAM 存儲模塊(dpram)、波形顯示控制模塊 (disp_controller)、 VGA 顯示驅(qū)動模塊 (vga)、鍵盤顯示控制模塊 (key_board) 六個模塊。組成的框圖如圖 。 其中虛線以內(nèi)的模塊屬于邏輯分析，本文處理虛線以外的其他模塊。按功能來說，采樣觸發(fā)控制模塊負責對信號的采樣；然后進入雙口 RAM 存儲模塊對信號進行存儲；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。鍵盤顯示控制模塊主要是控制更改觸發(fā)條件、采樣頻率及數(shù)碼顯示等操作。下面將對各個功能模塊進行簡單的介紹。 圖 基于 VGA 顯示的邏輯分析儀的模塊組成的框圖 VGA display based on the logic analyzer module block diagram 雙口 RAM 存儲模塊 雙口 RAM 是在 1 個 SRAM 存儲器上具有兩套完全獨立的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫控制線，并允許兩個獨立的系統(tǒng)同時對其進行隨機性訪問的存儲器，即共享式多端口存儲器。雙口 RAM 最大的特點是存儲數(shù)據(jù)共享。 1 個存儲器配備兩套獨立的地址、數(shù)據(jù)和采樣頻率 控制模塊 div_freq 鍵盤顯示 控制模塊 key_board 采樣觸發(fā) 控制模塊 sample 雙口 RAM 存儲模塊 dpram 波形顯示 控制模塊 Disp_controller VGA 顯示 驅(qū)動模塊 vga Clock 100 MHz data_in vga_clk wr_data wr_addr wren rd_data rd_addr disp_data disp_dato hsync vsync vcount hcount wr_clk market offset 信號輸入 act mode_sel channel_set freq_sel clken KEY LED 25MHz FPGA 至 VGA 接口電路 基于 VGA顯示的邏輯分析儀 18 控制線，允許兩個獨立的 CPU 或控制器同時異步地訪問存儲單元。雙口 RAM 可用于提高 RAM 的吞吐率，適用于實時數(shù)據(jù)緩存。 （ 1）模塊設(shè)計要求 系統(tǒng)工作時，采集到的數(shù)據(jù) 需要及時存儲。可利用 EP2C35F672 內(nèi)部的 RAM 作為存儲單元。根據(jù)功能的要求，將數(shù)據(jù)的存儲寬度設(shè)為 10 位，存儲的深度設(shè)定為 1024。采樣到的數(shù)據(jù)，在信號的控制下，存儲在 RAM 中。顯示采樣數(shù)據(jù)的時候，則根據(jù)行場掃描的情況，從相應(yīng)的地址單元讀出在 RAM 中存儲的數(shù)據(jù)。 （ 2）模塊設(shè)計方法 由設(shè)計要求可知，在設(shè)計過程中，既要存儲，又要讀取數(shù)據(jù)，因此，必須設(shè)計一個雙口 RAM。對應(yīng)含 10 位的輸入輸出數(shù)據(jù)通道；寫地址和寫時鐘及控制信號；讀地址和讀時鐘及控制信號。運用 QUARTUS II 中兆模塊的生成方式，生成該模塊。 生成模塊如圖 所示。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。 圖 雙口 RAM 存儲模塊 Fig. dualport RAM memory module VGA 驅(qū)動模塊 VGA 驅(qū)動模塊的設(shè)計 ,實質(zhì)就是完成 VGA 顯示的功 能 :： (1)在一定的工作頻率下 ,產(chǎn)生正確的時序關(guān)系 (工作時鐘信號， HSyn 水平同步信號， VSyn 垂直同步信號，消隱信號之間的關(guān)系 ) ； (2)在正確時序的控制下讀出幀緩存中的像素數(shù)據(jù) ,同時在當前幀顯示完畢時 ,向 DPRAM 控制器發(fā)信號 ,使 DPRAM 控制器能夠及時刷新幀緩存中的像素數(shù)據(jù)。 dat a[ 9. . 0]rd addr es s [ 9. . 0]rd c loc krd c loc k enw ra ddr es s [ 9. . 0]w rc loc kw rc loc k enw re nq[ 9. . 0]dpr amins t九江學院學士學位論文 19 VGA 時序 VGA 的時序包括水平時序和垂直時序，且兩者都包含的時序參數(shù)有： 水平 (垂直 )同步脈沖、水平 (垂直 )同步脈沖結(jié)束到有效顯示數(shù)據(jù)區(qū)開始之間的寬度 (后沿 )、有效顯示區(qū)寬度、有效數(shù)據(jù)顯示區(qū)結(jié)束 到水平 (垂直 )同步脈沖寬度開始之間的寬度 (前沿 )。水平有效顯示區(qū)寬度與垂直有效顯示區(qū)寬度邏輯與的區(qū)域為可視區(qū)域，其他區(qū)域為消隱區(qū)。 VGA 逐行掃描的工作原理 VGA 采用逐行掃描的工作方式。掃描從屏幕的左上方開始，從左到右，從上到下進行，每掃完一行，電子束回到屏幕的左邊下一行的起始位置，在這期間， CRT 對電子束進行消隱。每行結(jié)束時，用行同步信號進行行同步；掃描完所有行，用場同步信號進行場同步，并使掃描回到屏幕的左上方，進行場消隱，預備下一場的掃描。 （ 1）掃描的方式 行掃描從每一行的左邊開始， 采用的掃描時鐘為 ，每一個時鐘周期，對應(yīng)該行上的一個像素點。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。行掃描時序如圖 所示。 圖 行掃描時序 Fig. Line scan timing 行掃描過程中，每個時隙，對應(yīng)的時鐘間隔（像素數(shù)量），如表 所示。 表 行掃描的時序（單位：像素） Lline scan timing (unit: pixels) Ta(行同步頭 ) Tb Tc Td(行圖像 ) Tf Tg(行周期 ) 96 40 8 640 8 800 場掃描從屏幕最上端一行開始，從上到下進行。當行掃描完成一次時，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。場掃描的過程，包括場消隱、場圖像輸出兩個過程，每完成一次從上到下的場掃描過程，則完成一幀圖像的輸出，場掃描時序如圖 所示。 行消隱圖像 下一行圖像行消隱R G BHS Ta TbTc TdTg TeTf基于 VGA顯示的邏輯分析儀 20 圖 場掃描時序 Fig. Field scanning timing 場掃描過程中，每一個時隙間隔，如表 所示 表 場掃描時序（ 單位：像素） Field scanning sequence (unit: pixels) Ta(場同步頭 ) Tb Tc Td(場圖像 ) Tf Tg(場周期 ) 2 25 8 480 2 525 （ 2）掃描的范圍 由行掃描和場掃描時序可知， VGA 工作時，行掃描一次是一行上的 800 個像素點，場掃描是 525 行。除去消隱部分，實際有效的掃描點有 640 480 個像素點，在此范圍內(nèi)顯示圖像。其他的區(qū)域，是顯示消隱期間。 VGA 圖像整體掃描范圍及方式如圖 圖 VGA 圖像顯示掃描示意圖 Fig. VGA image display scanning diagram 圖 像顯示區(qū)行消隱場消隱行消隱場消隱行掃描計數(shù)器場掃描計數(shù)器6 40 像素5 155 250 96 1 442場同步357 84 8 00480像素場消隱圖像 下一場圖像場消隱R G BVS Ta TbTc TdTg TeTf九江學院學士學位論文 21 （ 3） RGB 數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu) 行場掃描確定屏幕上每個像素點的位置，像素點的顏色則由 VGA 接口輸入的色彩數(shù)據(jù)決定。 256 色 VGA 接口，提供 8 位數(shù)據(jù)輸入，包含三基色信號 R、 G、 B 信號，分別為 R： 3 位； G： 3 位； B： 2 位，總共可以顯示 28=256 種顏色。 RGB 數(shù)據(jù)的格式如表 所示。 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 。 表 常見顏色編碼表 Tabl Common colorcoded table 顏色 黑 藍 紅 紫 綠 青 黃 白 R 0 0 1 1 0 0 1 1 G 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 1 0 1 0 1 0 1 數(shù)據(jù)編碼 0x00 0x03 0xE0 0xE3 0x1C 0x1F 0xFC 0xFF 行場掃描在消隱區(qū)間時，輸出的消隱信號值為“ 0x00” ,即對應(yīng)黑色的編碼。 波形顯示控制模塊 波形數(shù)據(jù)存儲格式 采集的波形數(shù)據(jù)存放在 FPGA 內(nèi)部定義的雙口 RAM 中，存儲深度為 1024，數(shù)據(jù)寬度為 10bits，這樣數(shù)據(jù)的每一位就對應(yīng)于每一通道的波形數(shù)據(jù)，采樣到高電平就存“ 1”，低電平就存“ 0”。例如其中一個波形數(shù)據(jù)為 10’b10_0011_1110，則表示第 1~ 9 通道采樣為高電平，第 0、 6~8 通道采樣為低電平。 波形圖像顯示 （ 1）波形顯示 在 VGA 顯示驅(qū)模塊中有兩個計數(shù)器，行掃描計數(shù)器 hcount 和場掃描計數(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0~639 和垂直像素點 0~479。假設(shè)有如表 所列的一組波形數(shù)據(jù)，其對應(yīng)的波形圖如圖 所示。現(xiàn)以 CH0 通道（ D0）數(shù)據(jù)分析其顯示原理。 基于 VGA顯示的邏輯分析儀 22 表 示例波形數(shù)據(jù) Sample waveform data 地址 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 ? 波形數(shù)據(jù) D0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 ? ｜ ｜ | | | | | | | | | | | | | | | | | ? D9 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 ? 0 1 1 1 0 1 0 10 1 01 0 10 1 0 1 圖 CH0 通道波形 Fig. CH0 channel waveform 行掃描計數(shù)器和雙口 RAM 的地址是同步的，也即每掃描一個像素點，雙口 RAM 地址也加一。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)，當場掃描計數(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