基于FPGA的VGA图像显示控制器设计
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一．实验简介
本实验介绍了一种利用可编程逻辑器件实现VGA图像显示控制的方法，阐述了VGA 图像显示控制器中VGA显像的基本原理以及功能演示，利用可编程器件FPGA设计VGA 图像显示控制的VHDL设计方案，并在Altera公司的QuartusII软件环境下完成VGA 模块的设计。而且给出了VGA模块的设计思路和顶层逻辑框图。最终实现VGA图像显示控制器，VGA图像控制器是一个较大的数字系统，传统的图像显示的方法是在图像数据传输到计算机，并通过显示屏显示出在传输过程中，将图像数据的CPU需要不断的信号控制，所以造成CPU的资源浪费，系统还需要依靠计算机，从而减少了系统的灵活性。FPGA芯片和EDA设计方法的使用，可根据用户的需求，为设计提供了有针对性的VGA显示控制器，不需要依靠计算机，它可以大大降低成本，并可以满足生产实践中不断改变的需要，产品的升级换代和方便迅速。
二．任务要求
2.1课题要求
设计一个VGA 图像显示控制器。
1.显示模式为640×480×60Hz 模式；
2.用拨码开关控制R、G、B（每个2 位），使显示器可以显示64 种纯色；
3.在显示器上显示横向彩条信号（至少6 种颜色）；
4.在显示器上显示纵向彩条信号（至少8 种颜色）；
5.在显示器上显示自行设定的图形、图像等。
2.2设计目标
根据课题要求，实验中将目标进行了细化，叙述如下：
1.设定4种显示模式：横彩模式、纵彩模式、纯色模式、用户模式；
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2.拨码开关最低两位SW1～SW0控制4种模式的切换；
3.拨码开关高6位SW7～SW2每两位分别控制RGB显示64种纯色；
4.横向和纵向彩条均设置为8种内置的颜色；
5.用户模式中分3种子模式：
1)子模式1是沿固定轨迹运动模式，固定图形沿水平方向运动，行运动到边界后折回到下一行继续水平
运动；
2)子模式2是反弹球模式，固定图形在矩形屏幕做内直线运动，到边界后沿反射角方向反弹，周而复始；
3)子模式3是受控运动模式，使用上下左右4个按键控制固定图形在屏幕内的运动方向；
4)子模式间的切换由一个单独的按键进行控制，按键按下后顺序切换子模式。
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三．实验内容
3.1 VGA概述
伴随着市场上液晶显示器的出现，越来越多的数字产品开始使用液晶作为显示终端，不过基于VGA标准的显示器仍是目前普及率最高的显示器。如果想要驱动此类显示器，必须得有很高的扫描频率，以及极短的处理时间，综合诸多特点需要，所以选用FPGA来实现对VGA显示器的驱动。本次毕业设计即选用FPGA来实现VGA的显示。
现在，基于FPGA的设计方案越来越被用于更多的嵌入式系统，在基于FPGA 的大规模嵌入式系统设计中，为了更好的实现VGA显示功能，既能使用专用的VGA 接口芯SPX7111A等，又可以设计和使用基于FPGA的VGA接口软核，其优点在于能使用VGA专用芯片具有更稳定的VGA时序和更多的显示模式可供选择。此外设计和使用VGA接口软核更具有以下几点优势：
◆使用芯片更少，节省板上资源，布线难度大大减少。
◆当高速数据进行传输时，减少高频噪声干扰。
◆采用FPGA（现场可编程门阵列）设计的VGA接口可以将要显示的数据直接
传送到显示器，跳过计算机的处理过程，加快了数据的处理速度，从而
有利的节约硬件成本。
◆整体设计费用降低，产品更具有价格优势。现代EDA软件发展迅速，设计、
仿真更容易实现，量化设计中各个环节，使得设计周期日益缩短。
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3.1.1 VGA显示技术的发展概况
VGA接口，它是一种被广泛应用的标准显示接口，大多数的显卡和显示器之间，以及二色等离子的电视输入图像模数的转换上使用了VGA接口。它同样还被用于LCD的液晶显示设备，随着微电子制造工艺的发展，可编程逻辑器件也取得了长久的进步，早期的元器件只可以存储很少的数据，逻辑功能实现更为简单，然而发展至今，其完成的逻辑功能相对复杂，规模更大，速度更快，功耗更低！现阶段可编程逻辑器件主要有两大类，现场可编程逻辑器件（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。
FPGA的运行速度快，管脚资源更加丰富，大规模的系统设计的实现相对简单，大量软核可供使用用，有利于二次开发使用，不仅如此，而且FPGA具备可重构的能力，抗看等特点。因此，工业控制及其他领域也更加重视使用FPGA，利用FPG完成VGA显示控制，可以使图像的显示脱离PC机的控制，形成体积小、功耗低的格式嵌入式系统（便携式设备或手持设备），应用地面勘测，性能检测等方面，具有重要的现实意义[1]。本设计在FPGA开发板上使用VGA接口的显示器显示彩条及简单的图形，可以成为整个采集系统的参考设计，实用价值良好。
3.1.2 VGA显示接口
VGA接口是一种D型接口，上面共有15针孔，分成三排，每排五个。其中，除了2根NC（Not Connect)信号、3根显示数据总线和5个GND信号，比较重要的是3根RGB彩色分量信号和2根扫描同步信号HSYNC和VSYNC针[2]。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，多数的显卡都带有此种接口。其排列及接口定义如图1.2-1所示:
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图1.2-1 VGA接口图
在基于FPGA的VGA控制中，只需要考虑行场同步信号(Vs)、同步信号(Hs)、蓝基色(R)、红基色(B)、绿基色(G)这5个信号。一旦能够从FPGA发出这5个信号到VGA接口，就表示可以实现对VGA的控制。
3.1.3 VGA显示原理
VGA显示的图像原理：常见之彩色显示器，一般由CRT(即：阴极射线管)构成。彩色则由R，G，B(红：RED，绿：GREEN，蓝：BLUE这三基色够成。显示则采取逐行扫描得方式解决，使得从阴极射线枪中发出的电子束得以打在具有荧光粉得荧光屏上，产生R，G，三基色的彩色像素。扫描随即开始从屏幕的左上方进行，从左到右，从上到下，进行扫描，每扫完了一行，电子束则返回于屏幕左边下面一行的初始位置，在这期间，CRT把电子束消隐了，每行完成结束时，行同步则采用行同步信号进行，扫描完所有行;场同步则采用场同步信号进行，并使扫描回到屏幕的左上方，同时场消隐进行，准备下一场的扫描。它的行、场扫
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描时序示意图如图1.3-1所示。现拿正极性分析，说明CRT的全工作过程：R，G，B呈现正极性的信号，即视为高电平是有效的。当VS=O、HS=O时，CRT的内容被显示为亮的过程，即是正向扫描的过程大致为26s，当一行被扫描完成后，行同步HS=I，约需6s；其间，CRT的扫描会产生消隐，电子束即回到CRT的左边的下一行得起始位置(X=O，Y=I)，当扫描完成了480行以后，场同步VS=I，场同步的产生使扫描线回到CRT得第一行第一列(X=O，Y=O处，大约两个行周期)。Hs和Vs的时序图。行同步的消隐时间T1(约为6S)；行显示的时间T2(约为26s)；场同步的消隐时间T3(两行周期)；场显示的时间T4(480行周期)[3]。
图1.3-1 行、场扫描时序示意图
VGA得图形模式可以分成三类：CGA、EGA兼容的图形模式，标准的VGA图形模式及VGA扩展图形模式。后两种图形模式统称为VGA图形模式。本设计基于标准VGA 模式来实现。通常我们接触的彩色显示器绝大多数是由CRT（阴极射线管）组成的，每个像素得色彩均由红、绿、蓝三基色组成。采用逐行扫描得方式进行显示。
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阴极射线管中的电子枪在VGA显示模块产生的水平同步信号和垂直同步信号同时控制下产生电子束，使含有荧光粉得屏幕遭到轰击，产生红、绿、蓝三基色，合成一个新的彩色像素点在显示屏上。图1.3-2表示的是VGA显示模块与CRT显示器的控制框图。
图1.3-2 VGA显示模块与CRT显示器的控制框图
屏幕扫描即是电子束扫描一幅屏幕图像上的各个点的过程。当今的显示器都采用光栅扫描这一方式来进行它的屏幕扫描。电子束在光栅扫描下按照固定的路径扫过整个屏幕，在整个扫描中，电子束所通过的每一个点是否显示或已经显示得颜色是通过判断电子束的通断强弱来进行控制的，电子枪在VGA显示模块产生的行同步和场同步等控制信号的作用下能够进行包括水平扫描，水平回扫，垂直扫描和垂直回扫等过程[4]。这种光栅扫描一般具备以下路径：在每一行从上到下并从左到右进行扫描。它具有如下过程：电子束首从屏幕的左上角开始向右扫，
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当达到屏幕得右边缘时，电子束（水平消隐）被关闭，并迅速回到屏幕的左边缘（水平回扫）。如果所有的水平扫描都以完成，电子束被结束并关闭在屏幕的右下角，随即及时回到屏幕得左上角（垂直回扫），启动下一次的光栅扫描。硬件进行编程之后，会输出标准VGA信号（红，绿，蓝三色信号和行、帧同步信号），链接15针VGA接口后输出至显示器，方能具备显示驱动程序的能力，驱动显示器显示各种图像信号。板上的VGA接口只需使用其中的五个引脚，其中行、帧同步信号直接由FGPA输出；红、绿、蓝三色信号使用FPGA上8个引脚，8位数据，其中红色两位，绿色及蓝色各三位，通过电阻网络D/A变换后在显示器显示输出值，DA转换器在这个电阻网络上被模拟，输入信号的电压被分成几段。这样执行的原因，一方面是由于显示24位真彩色很少在实际应用被用到。此外考虑节约成本得想法，由于要用到专用DA转换器,成本必会增加。硬件电路如下图1.3-3所示:
图1.3-3 VGA接口与FPGA的硬件电路图
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3.1.4 VGA时序
VGA图像显示控制的设计需要注意两个问题：其中之一便是是时序的驱动，此乃完成设计的关键，时序若有不同，便不正常显示，甚者会损害彩色显示器；最后是VGA信号的电平驱动。
针对开发板的条件，若想得到25MHz的像素频率输出，则必须采用50MHz的系统时钟进行分频。FPGA通过串联电阻直接驱动5个VGA信号。每个颜色信号串一个电阻，每位的颜色信号分别是VGA_RED，VGA_BLUE，VGA_GREEN。每个电阻与终端的75欧电缆电阻相结合，保证颜色信号维持在VGA规定的0V～0.7V之间。
VGA_HSYNC和VGA_VSYNC信号使用LVTTL或LVCMOS3I/O标准驱动电平。通过
VGA_RED、VGA_BLUE、VGA_GREEN置高或低来产生8中颜色，如表1.4-1所示:
表1.4-1 颜色对照
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VGA信号的时序由视频电气标准委员会（VESA）规定。以下提供的VGA系统和时序信息作为例子来说明FPGA在640×480模式下是如何驱动VGA监视器的。
VGA显示器基于CRT，使用调幅模式，移动电子束（或阴极射线）在荧光屏上显示信息。LCD使用矩阵开关给液晶加压，在每个像素点上通过液晶来改变光的
介电常数。尽管下面的描述仅限于CRT，LCD已经发展到可以同CRT使用同样的时序信号了。因此，下面的讨论均适合CRT和LCD。在CRT显示器中，电流的波形通过蹄形磁铁产生磁场，使得电子束偏转，光栅在显示屏上横向显示，水平方向从左至右，垂直方向从上至下。当电子束向正方向移动时，信息才显示，即从左至右、从上至下。如果电子束从后返回左或顶边，显示屏并不显示任何信息。在消隐周期——电子束重新分配和稳定于新的水平或垂直位时，丢失了许多信息。显示协议定义了电子束的大小以及通过显示屏的频率，该频率是可调的。现在的VGA显示屏支持多种显示协议，VGA控制器通过协议产生时序信号来控制光栅。控制器产生同步脉冲TTL电平来设置电流通过偏转磁铁的频率，以确保像素或视频数据在适当的时间送给电子枪。
视频数据一般来自重复显示存储器中一个或多个字节——它们被分配到每个像素单元。入门实验板使用每个像素中的3位，产生图8中可能的一种颜色。控制器指定视频数据缓冲器以备电子束通过显示屏。然后，控制器接收并利用视频数据在适当的时间显示，电子束移动到指定的像素点。
VGA控制器产生水平同步时序信号（HS）和垂直同步时序信号(VS)，调节在每个像素时钟视频数据的传送。像素时钟定义了显示像素信息的有效时间段。VS
信号定义显示的更新频率，或刷新屏幕信息的频率。最小的刷新频率是取决于显
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示器的亮度和电子束的强度，实际频率一般在60～120Hz之间。给定的刷新频率的水平线的数量定义了水平折回频率。
下表1.4-2的时序信号是640×480，像素时钟25Mhz，刷新频率60Hz±1。图1.4-2说明了每个时序的联系。
表1.4-2 640X480时序信号
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图1.4-2 各时序之间的联系
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3.2．FPGA简介及设计流程
3.2.1 FPGA简介
目前以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，经过简单的综合与布局，可以很快的烧录到FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的主流技术。这些可编辑的元件可以用来获得一些基本的逻辑门电路
(如,AND,XOR,NOT),或更复杂的组合功能,如解码器或数学方程。在大部分的FPGA内,这些可以编辑部件包括记忆元件,如触发器(Flip-flop)或其他更完整的记忆块。系统设计者可以根据需要,通过编辑的逻辑连接FPGA内部链接,就像一个电路测试板是放在一个芯片。他们离开后成品砖和FPGA逻辑连接可以改变根据设计师的设计,可以完成需要的FPGA逻辑功能。FPGA在总体来说比ASIC(专用集成芯片)速度将会放缓,无法完成复杂的设计,消耗更多的能量。但是他们也有许多优势,例如可以很快的成品,可以修改,以纠正错误的程序和便宜的成本。FPGA是在PAL(Programmable Array Log2ic)，GAL(Generic PAL)等基础上发展起来，是一种具有丰富的可编程I/O引脚、逻辑宏单元、门电路以及RAM 空间的可编程逻辑器件,大概所有应用了门阵列、PLD与中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA 和CPLD器件。CPLD得设计基于E2CMOS工艺,它的基本逻辑单元则是由一些与、或阵列外加触发器构成的，但FPGA则选择SRAM工艺进行设计，基本逻辑单元依据查找表而进行设计。查找表(Look-Up-Table)即LUT,LUT 实际上是个RAM，使输入信号的各种组合功能得以一定的次序写入RAM中，然后特定的函数运算结果被输出于输入信号的作用下。目前FPGA中多使用4输入的LUT,为此每一个LUT都被看成一个有4位地址线的16×1的RAM。一旦用户采用
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表2.1-1 4输入与门对应的查找表
因为进行静态存储器LUT是主要生产过程,截止目前,绝大多数的FPGA是基于静态存储器的过程,在这个过程中静态存储器芯片电源开启和关闭后信息将被丢失,必须需要额外的一个特殊的配置芯片,在通电的时候,通过特殊的配置芯片把数据加载在FPGA,然后FPGA能够正常工作,由于配置一个很短的一段时间里,不会影响到系统正常工作。
3.2.2 FPGA设计流程
一般来讲, FPGA的完整设计过程,包括电路设计与输入、功能仿真、全面、综合仿真,实现和布局布线、布局仿真与验证,配线板级仿真与验证、调试和加载
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配置。在系统设计之前，首先要进行方案论证，系统设计，器件选择等一些准备工作。图2.2-1显示一个完整的FPGA设计过程。
图2.2-1 完整的FPGA设计流程
QuartusII软件是Altera公司近年来提供的FPGA设计综合集成开发环境，以下以QuartusII软件为例分析FPGA设计过程。
电路设计：将电路系统以一定的表达方式输入到计算机里面，即将设计人员的电路构想输入到EDA等工具上，原理图设计输入方法和硬件描述语言(HDL)的电路设计文本是常用的设计输入方法。现阶段进行一项大型工程的设计时，通常采用得设计方法是HDL设计输人法，它利于自顶向下设计以及模块的划分及复
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用，可移植性和通用性好，设计不会因为芯片的工艺和结构得不同而变化，便于向ASIC移植。
功能仿真：其又被称作综合前仿真,它的主要目的在于验证设计的电路结构和功能与设计意图是否相配对。在QuartusII软件中提供了两种工具（Simulator 和Waveform Editor）便于进行仿真。此外在使用QuartusII时也可以采取第三方工具(如ModelSim)来导入源程序和testbench进行仿真。经过仿真能迅速发现设计上存在的错误，设计进度得于加快，设计的可靠性得到大幅提高。
综合优化：是指将设计输入(HDL语言、原理图)翻译成由基本逻辑单元（与、或、非门,RAM,触发器等）组成的逻辑连接(网表),依照其目标与要求(约束条件)，将生成的逻辑连接优化,同时输出edf和edn等格式标准的网表文件,能为
FPGA/CPLD厂家的实现布局布线器。此外QuartusII中也能够使用[Analysis
&Synthesis] 命令进行综合,也可采用第三方的综合工具。
综合后的仿真：其目的在于检查综合器的综合结果是否与设计输入一致，作综合后的仿真时，要在综合仿真模型中反标注综合生成的标准延时格式
SDF(Standard Dela Format)文件，可以估计出门延时所带来的影响。即便综合后仿真虽然比功能仿真更为精确，却也只能估计门延时，达不到估计线延时的效果，仿真结果相对于布线后的实际情况存在着相当的差距。现阶段主流的综合工具越来越趋近于成熟，相比而言，一般简单的设计，假如设计者认定自己表述明朗，不存在综合歧义，如此便可省略此步骤。
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实现布局及布线：在具体的FPGA/CPLD 器件上适配综合生成的逻辑网表,这么一个个过程呗称之为实现过程。布局布线为此过程中最重要的步骤。布局(Place)即指将在FPGA 内部的固有硬件结构上合理的适配逻辑网表中的硬件源语或者底层单元。布线即指FPGA内部里的各种连线资源被利用，并根据布局的拓扑结构能符合要求正确连接每个元件的过程。
布局布线后仿真及验证：又被称为时序仿真或者后仿真。常被用于发现不符合时序的约束条件或者器件的固有时序规则(建立、保持时间等)的时序违规状况。一般来说，布局布线后仿真步骤必须进行，静态时序分析被QuartusII自带的时序分析工具分析完成，此外它也可被第三方工具进行时序分析与验证[6]。
板级仿真及验证：主要选取第三方的板级验证工具进行仿真和验证，这些工具通过对设计的IBIS,HSPICE等模型的仿真，能有效的分析信号在高速设计中是否完整性，电磁是否受干扰，等其他电路特性。
加载配置及在线调试：在FPGA/CPLD芯片中进行生产配置文件的测试。在QuartusII 中主要是通过Assemble(生成编程文件)、Programmer(建立包含设计所有器件名称和选项的链式文件)、转换编程文件等功能来支持这一步骤的。
3.2.3 VHDL简介
VHDL语言是一种被用于电路设计中的高级语言。出现于80年代的后期。它是由美国国防部开发出来的，起初它只供美军用来提高设计的可靠性和减少开发周期的一种小范围使用的设计语言。
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VHDL主要是被用来描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了拥有的语句绝大多数具备硬件特征外，它得语言形式、描述风格以及语法于普通的计算机高级语言基本无异。VHDL的程序结构中最大的特点就是将一项工程设计，或称设计实体（可是单个元件，单一电路模块或一整个系统）分成外部（即可视部分及端口)和内部（即也视为不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。若设计实体被定义了外部界面后，其内部开发也以完成，那么这个实体就可被之后的设计直接调用。VHDL
系统设计的基本点便来源于这种将设计实体分成内外部分的概念。相比与其他硬件描述语言，VHDL具有功能性强大、设计简单；支持面广、修改方便；超强的系统硬件描述能力；设计可以独立于器件并与工艺无关；移植能力强；容易共享与复用等诸多特点，于此VHDL于其他描述性硬件语言更具备如下优势：
◆相比于其他描述性硬件语言，VHDL拥有更为强大的行为描述能力，因此
也使得它成为了系统设计领域最适合的硬件描述语言。强大的行为描述
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能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统
的重要保证。
◆ VHDL拥有多元化的仿真语句及库函数，因此任何规模的大系统得设计在
其早期就能检验设计系统的功能是否可行，并无限制的对设计进行仿真
模拟。
◆ VHDL具有将大规模设计进行分解和再次利用已有的设计功能得益于其语
句的行为描述能力和程序结构。符合市场的需求，使得规模大的系统高
效，高速的完成由有多人或者多个研发组同时并行工作才得以实现。
◆任何确定性的设计若使用VHDL，其逻辑综合和优化等过程都可用EDA工具
进行，优点于EDA工具能自动把VHDL描述设计转变成门级网表。
◆ VHDL可以独立性描述一个设计，即便设计者不懂硬件的结构，也不知
道最终设计实现的目标器件是什么，也可以进行独立的设计。
3.2.4 Quartus II简介
Max+plus II作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Altera已经停止了对Max+plus II 的更新支持。Quartus II 是Altera公司继Max+plus II之后开发的一种针对其公司生产的系列CPLD/PGFA 器件的综合性开发软件，它的版本不断升级，从4.0版到10.0版，这里介绍的是QuartusII8.0版，该软件有如下几个显著的特点：
此软件拥有友好的界面，使用便捷，功能强大，当中可编程逻辑设计环境采
用完成集成化，是先进的EDA工具软件。该软件具备诸多特点（例如：开放性，
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VGA图像显示控制器 一、摘要和关键词 摘要：VGA显示屏显示采用逐行扫描的方式解决，阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生GRB基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。通过控制扫描计数器不同值时对RGB三原色信号的控制，来完成显示设计。 关键词：行列扫描行列同步RGB三原色控制 二、设计任务要求 实验目的 1. 熟练掌握VHDL 语言和QuartusII 软件的使用； 2. 理解状态机的工作原理和设计方法； 3. 掌握利用EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法； 4. 熟悉VGA 接口协议规范。 实验要求： 设计一个VGA 图像显示控制器，达到如下功能： 显示模式为640×480×60HZ 模式； 用拨码开关控制R、G、B（每个2 位），使显示器可以显示64种纯色； 在显示器上显示横向彩条信号（至少6 种颜色）； 在显示器上显示纵向彩条信号（至少8 种颜色）； 在显示器上显示自行设定的图形、图像等。 选做：自拟其它功能。 三、实验原理 1、显示控制原理 常见的彩色显示器一般由阴极射线管(CRT)构成，彩色由GRB(Green Red Blue)基色组成。显示采用逐行扫描的方式解决，阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生GRB基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT、对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。VGA显示控制器控制CRT显示图象的过程如图1所示
编号 基于FPGA的VGA接口显示的设计与实现Design and implementation of VGA interface based on FPGA display 学生姓名王雪 专业控制科学与工程 学号S120400520 指导教师杨晓慧 学院电子信息工程学院 二〇一三年六月
摘要 利用现场可编程逻辑器件FPGA产生VGA时序信号和彩条图像信号,并将其作为信号源,应用于彩色等离子显示器的电路开发,方便彩色等离子显示器驱动控制电路的调试。FPGA芯片具有可靠性高、编程灵活、体积小等优点，实验经过软硬件调试，最终在显示器上显示彩条正确图像。利用此原理，可以设计更多的彩色图像，且可将采集的图像进行实时显示，将此作为信号源，应用于显示器电路的开发或某些嵌入式系统中，进行视频设备的调试与性能分析或系统中信号处理模块的调试与性能分析等。 关键词：FPGA VGA接口时序控制彩条信号
Abstract VGA-timing signals and color strip image were obtained by using FPGA.The signals were used as sources when developing the circuits of color plasma display panel, and it took great convenience to the debugging of the driving and controlling circuit of color plasma display panel.The FPGA chip has the advantages of high reliability, small volume, flexible programming,just because of this,the test could achieve the desired results,display scree displays color bar signals.According to this principle, we can design color image more, and make the image real-time display, such as the signal source, used in display circuit development or some embedded systems, video equipment debugging and performance analysis of the system signal processing module debugging and performance analysis. Keywords:FPGA, VGA interface,timing control, color bar signals
编号: 版本: LCD-VGA微型显示驱动电路 软件详细设计说明书 编写: 2015年05月18日 校对: 2015年06月12日 审核: 2015年06月15日 批准: 2015年06月20日 目录 一、项目背景 (2) 二、软件功能介绍 (2) 三、软件特性介绍 (2) 四、软件的运行环境介绍 (2) 五、系统的物理结构 (2) 六、系统总结构 (3) 七、系统各个模块介绍 (5) 七、算法设计 ............................................................ 错误!未定义书签。 八、接口设计 ............................................................ 错误!未定义书签。 九、需求规定 (10) 十、测试计划 (10)
一、项目背景 随着便携式多媒体终端需求量迅速增加,在视频解码等方面对芯片低功耗的要求也越来越高。因此,只有将模拟视频信号转换成为符合ITU-R BT、656标准的数字信号,才可方便地利用FPGA或者DSP甚至PC机来进行信号处理。本模块就就是利用TI公司的超低功耗视频解码芯片TVP5150对视频信号A／D解码,由单片机通过I2C总线控制,实现驱动VGA级别(640X480)的微型显示模组,并预留地址数据等接口,作为模块验证以及后续数字信号处理之用。 二、软件功能介绍 本系统主要由视频转换模块TVP5150、按键模块、8051内核单片机与液晶图形缩放引擎(A912)组成,系统框图6、1所示。STC单片机通过I2C接口控制其余三部分模块的工作,视频解码IC把复合视频转换成标准8位的ITU-RBI、656格式的数字信号传输到A912,A912通过解码矩阵电路把解调后的信号转换成三基色RGB信号,最后通过增益／偏移控制、伽马校正、抖动处理与图形缩放变RGB信号输出到液晶屏、 三、软件特性介绍 以STC单片机 MCU为控制中心,以视频转换芯片TVP5150为硬件核心。电路将模拟视频信号编码为ITU-R BT.656类型的数据流。单片机管理整个工作流程,缩放引擎芯片进行图像处理,把数据流转换为RGB信号,最终在液晶屏上获得显示图像。该显示器结构轻薄,电路简单,性能可靠,图像显示清晰稳定。 四、软件的运行环境介绍 软件应在以下环境中运行: 硬件环境:选用256字节 RAM+1K AUX-RAM、4KB ROM、S0P 型号为STC11F04E 单片机 计算机软件:采用C语言进行编译并生成相应执行文件格式,在STC11F04E 单片机上运行。 五、系统的物理结构 微型显示嵌入式软件中的硬件就是由主控、显示驱动模块、按键输入模块、视频解码器模块TVP5150组成,其物理结构图如下图所示
基于FPGA的VGA图像显示 1、VGA显示原理 VGA标准是一种计算机显示标准，最初是由IBM公司在1987 年提出的，分辨率是640*480。VGA 接口也叫做D_Sub 接口，是显卡上输出模拟信号的接口。目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的D/A 转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。 常见的彩色显示器一般由阴极射线管(CRT) 构成，彩色由GRB(Green Red Blue) 基色组成。显示采用逐行扫描的方式解决,阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上,产生 GRB 基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始,从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT 对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。 要实现VGA显示就要解决数据来源、数据存储、时序实现等问题，其中关键还是如何实现VGA时序。VGA的标准参考显示时序如图1所示。行时序和帧时序都需要产生同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)、显示时序段(Display interval c)和显示前沿(Front porch d)四个部分。 2、方案设计 由VGA的显示原理可知，该任务的关键是VGA时序控制部分和汉字图形显示部分： （1）VGA时序控制部分，采用FPGA本地50MHz时钟，根据所需时序要求，经Verilog 语言编写的计数模块分频而得到，该部分十分重要，如果产生的时序有偏差，那么就会使汉字图形无法显示或显示结果混乱；
实验五 VGA图像显示控制 一实验目的 1．进一步掌握VGA显示控制的设计原理。 2．了解图像的存储和读取方法。 3．进一步掌握4×4键盘或PS/2键盘接口电路设计方法。 4．掌握状态机设计复杂控制电路的基本方法。 二硬件需求 1．EDA/SOPC实验箱一台。 三实验原理 VGA图像显示控制利用实验三中学习的《VGA显示控制模块》显示存储于ROM中的图像数据。 要显示的图像是四块64*64像素大小的彩色图片，通过键盘控制可以选择不同的图片显示。图像可以在屏幕上移动（水平和垂直方向每帧分别移动“H_Step”点和“V_Step”点），通过键盘改变“H_Step”和“V_Step”的值即可改变其移动速度和方向。图像碰到屏幕边沿会反弹回去。如图5.1所示 H_Step V_Step 图5.1 VGA图像显示控制示意图 实验中要用到4×4键盘、VGA显示控制、ROM等模块，在《实验三常用模块电路的设计》中已经讲述，可以直接使用已做好的模块（可能需要修改部分代码）。键盘也可以使用PS/2接口键盘，这样可以输入更多的字符。 四实验内容 1、图5.2是整个设计的顶层电路。
图5.2 VGA图像显示控制顶层电路图 2、实验三中学习的几个模块 ①“Read_Keyboard”模块与实验三中的4×4键盘模块一致； ②四个ROM模块使用宏功能模块实现，并设置其内存初始化文件分别为“FBB.mif”、“dog.mif”、“cat.mif”、“flower.mif”，如图5.3所示。当然也可以用其他图片（大小为64*64）使用“BmpToMif”软件生成对应的“mif”文件，如图5.4所示。
正文 一，VGA时序标准 VGA是一种常用的显示输出接口，采用行场扫描控制结合RGB三色合成原理，输出 显示信号。每个VGA接口为15针接口，分三行排布，每行5针。如图所示： 图1.1 VGA接口 15针并未全部使用，有效的信号线共5根，即红绿蓝三基色信号线：R,G,B，每线电压从0V到0.71V变化，表示无色到饱和，依据电平高低，显示颜色的饱和程度。行同步控制信号，Hsync,控制每行扫描像素的有效和失效。场同步：Vsync,控制场方向，即整个图像显示过程的时间长度，场同步中的显示部分的时间长度，等于每行扫描时间的总和。 在不同刷新频率下，显示每个像素的时间是不同的，相同刷新频率下，每个像素显示时间是固定的，所以，不同的每个像素写入时间，导致了分辨率的不同。因为VGA的显示是逐行扫描，每行从左到右扫描，到了行尾，回归到下一行的行头，继续向尾部扫描。所以，显示原理是逐次写入每行的像素数据，直到整幅图像显示成功为止。 VGA显示的数据是不能锁存的，所以必须一次又一次的连续输入数据，72Hz的刷新率下，一秒钟显示72幅图像，所以，需要连续写入72幅图像，才能达到一秒的显示效果。所以，VGA显示图像，要反反复复写入图像数据，才能得到持续的显示效果。 图1.2 VGA接口线序 VGA显示，无法做到类似于TFT液晶屏的定点写入，VGA是扫描式暂时显示，所以时序显得尤为重要，时序出现失误，图像会出现走形，无法达到准确效果。而显示的时序控制主要依靠两条数据通道：行同步和场同步，即Hsync和Vsync，其控制了扫描显示的起点和终点，同时控制扫描起点的时间，通过时间的控制，达到确定的显示效果。 具体的控制时序图如下：
基于FPGA 的VGA显示控制 摘要 VGA（Video Graphics Array）即视频图形阵列，是IBM公司1987年推出的一种传输标准，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛应用。 本次课程设计是基于FPGA和主芯片为 EP4CE30F23C8N的ALTER公司的开发板Cyclone IV来实现的。数字图像信息在VGA接口显示器正确、完整地显示,涉及到时序的构建和数字图像信息的模拟化两方面,提出一种能够广泛应用的VGA显示接口方案,详细阐述了数字图像数据DA转化并输出到VGA接口显示器显示的方法,其中包括接口的硬件设计、视频DA转换器的使用方法、通过FPGA构造VGA时序信号的方法等等。方案可以应用于各种仪器,数字视频系统、高分辨率的彩色图片图像处理、视频信号再现等。 课设主要用到的芯片是ADV7123，它是一款高速、高精度数模转换芯片。拥有三路十位D/A转换器，能够将代表颜色的数据锁存到数据寄存器中，然后通过D/A 转换器转换成模拟信号输出，得到我们要的色彩。
VGA显示的硬件设计和原理 1.1 FPGA主芯片 课程设计所用开发板的主芯片是EP4CE30F23C8N——Cyclone IV，其由Altera公司开发，值得注意的是该开发板所支持的QUARTUS II的版本较高，并且11.0的版本较12.0的版本编译好的程序更好下载。 图-1 1.2 ADV7123 实现VGA的控制显示主要用到的芯片就是ADV7123，ADV7123由完全独立的三个I0位高速D/A转换器组成,RGB（红绿蓝）视频数据分别从R9~R0、G9~G0、B9~B0输入，在时钟CLOCK的上升沿锁存到数据寄存器中，然后经告诉D/A转换器转换成模拟信号。三个独立的视频D/A转换器都是电流型输出，可以接成差分输出，也可以接成单端输出。DE2-115上按单端输出，在模拟输出端用75欧姆电阻接地，以满足工业标准。低电平有效的BLANK信号为复合消隐信号，当BLANK为低电平时，模拟视频输出消隐电平，此时从R9~R0,G9~G0,B9~B0输入的所有数据被忽略。BLANK和SYNC都是在CLOCK 的上升沿被锁存的。 图-2是ADV7123的功能原理图：
VGA显示器控制电路 论文
前言 VGA(视频图形阵列)作为一种标准的显示接口得到广泛的应用。利用FPGA 芯片和EDA设计方法，可以因地制宜，根据用户的特定需要，设计出针对性强的VGA显示控制器，不仅能够大大的降低成本，还可以满足生产实践中不断变化的用户需要，产品升级换代方便迅速。 在本设计中采用Altera公司的EDA软件工具Quartus II,并以Cyclone II系列的FPGA的器件作为主实现硬件平台的设计。
一、FPGA的原理 FPGA 是Filed Progranmmable Gate Array的缩写，即现场可编程逻辑阵列。FPGA是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件它一般采用SRAM工艺，也有一些专用器件采用Flash工艺或反熔丝（Anti_Fuse）工艺等。FPGA的集成度很高，其器件密度从数万系统门到数千万系统门不等，可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能，适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。FPGA的基本组成部分有可编程输入/输出单元，基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用硬核等。FPGA 的主要器件供应商有Xilinx、 Altera、 Lattice、 Actel和 Atmel 等。 二、 VGA转换接口的简单描述 本设计另外自制VGA接口电路。 VGA时序控制模块是整个显示控制器的关键部分，最终的输出信号行、场同步信号必须严格按照VGA时序标准产生相应的脉冲信号。对于普通的VGA 显示器，其引出线的共含5个信号：G,R,B（三基色信号），HS（行同步信号），VS（场同步信号）。在五个信号时序驱动时，VGA显示器要严格遵循“VGA工业标准”，即640Hz×480 H z×60Hz模式。 下图（1）为VGA显示控制器控制CRT显示器 VGA（Video Graphic Array）接口，即视频图形阵列，也叫做D-Sub接口，是15针的梯形插头，分3排，每排5个，传输模拟信号。VGA接口采用非对称分布的15针连接方式，其工作原理：是将显存内以数字格式存储的图像（帧）信号在RAMEAC里经过模拟调制成模拟高频信号，然后再输出到显示设备成像。目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像生成图像。而对于LCD、DLP扥数字显示设备，显示设备中需配置相应的A/D （模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。在经过D/A和A/D2次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。VGA接口应用于CRT显示器无可厚非，但用于连接液晶之类的显示设备，则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。VGA接口的引脚分配如下图（1）所示
数字电路综合实验 报告 学校：北京邮电大学 学院：信息与通信工程学院 专业：通信工程 班级：2008211115 学号：08210460 班内序号：30 姓名：唐秋月 2011年1月5日
VGA图像显示控制器 一、摘要和关键词 摘要：VGA显示屏显示采用逐行扫描的方式解决，阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生GRB基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。通过控制扫描计数器不同值时对RGB三原色信号的控制，来完成显示设计。 关键词：行列扫描行列同步RGB三原色控制 二、设计任务要求 实验目的 1. 熟练掌握VHDL 语言和QuartusII 软件的使用； 2. 理解状态机的工作原理和设计方法； 3. 掌握利用EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法； 4. 熟悉VGA 接口协议规范。 实验要求： 设计一个VGA 图像显示控制器，达到如下功能： 显示模式为640×480×60HZ 模式； 用拨码开关控制R、G、B（每个2 位），使显示器可以显示64种纯色； 在显示器上显示横向彩条信号（至少6 种颜色）； 在显示器上显示纵向彩条信号（至少8 种颜色）； 在显示器上显示自行设定的图形、图像等。 选做：自拟其它功能。 三、实验原理 1、显示控制原理 常见的彩色显示器一般由阴极射线管(CRT)构成，彩色由GRB(Green Red Blue)基色组成。显示采用逐行扫描的方式解决，阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生GRB基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT、对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。VGA显示控制器控制CRT显示图象的过程如图1所示
基于FPGA的VGA图像显示与控制 课程要求：采用verilog语言，基于FPGA的VGA图像显示，即能够在显示器上实现动态彩色图像的显示。 VGA显示接口的理论分析：硬件采用CycloneII系列的EP2C20Q240C8N,它含有240个引脚。对于VGA的显示器遵循800*600@75模式，其中800是指每行中显示的像素的个数，而600是指屏幕每一列所包含的像素的个数。 VGA工业标准规定了具体地，在扫描过程中的时序图如下: 行扫描时序图 场扫描时序图 每场信号对应625个行周期，其中600行为图像显示行，每场有场同步信号，该脉冲宽度为3个行周期的负脉冲；每行显示行包括1056个点时钟，其中800点为有效显示区，每行有一个行同步信号的负脉冲，该脉冲宽度为80个点时钟。这样我们可以知道，行频为625*75=46857Hz。需要的点时钟的频率为：625*1056*75=49.5MHz约为50MHz。由上图可知，实际上在真正的实现过程中，每一行扫描所花的时间实际上比显示一行的像素所花的时间多了1056-800=256个像素点。同理，每一场的扫描时间多了625-600=25个行时间。 设计思路： 我们采用BmpToMif工具把BMP格式的图像转换为.mif文件。利用QuartusII7.2自带的MegaWizard Plug-In Manager产生一个ROM存储器，并用其来初始时.mif 文件。即将图像文件写入到存储器里面。然后利用编程来控制图像的显示。 设计步骤： 1、工程创建：创建一个Project取名字为vga,在创建工程的向导中选着CycloneII 系列的EP2C20Q240C8。 2、代码书写：新建一个Verilog HDL File编写程序代码如下: `timescale 1ns/1ps module tupian (clk,rst_n,hsync,vsync,vga_r,vga_g,vga_b,addr); input clk,rst_n;
毕业设计（论文） 基于FPGA的VGA显示接口设计 摘要 本文基于FPGA芯片设计实现了一个用于stm32单片机外围的VGA接口模块，该模块以VGA接口的工业标准作为设计规范，使VGA显示器成为了stm32单片机的显示输出设备，适合所有的液晶显示器和CRT显示器。本系统采用带VGA接口的OLED显示器，OLED显示器具有体积小、分辨率高、功耗低、色彩丰富等特点，非常适合穿戴。模块与STM32单片机的接口使用Intel8080总线方式，非常适合STM32的FSMC读写模式，能方便地对屏幕任意像素进行读写操作。 关键字FPGA，VGA，OLED，STM32
VGA display interface design based on FPGA Abstract As people pursuit for more fun from games and the progress of science and technology, in the wargame , in order to make the team have a clear understanding of the battlefield situation, we use the OLED which is a kind of micro display to show all the information. The micro display generally use the VGA interface. With the development of manufacturing technology, VGA interface has become more compact, it has advantages of low cost, high resolution rich color etc. FPGA with high flexibility can be designed differently according to the needs, achieve the lowest cost. This paper designed a VGA display interface based on FPGA. Useful signal of the VGA interface is the horizontal synchronization signal, vertical synchronization signal and R,G,B signals. In this paper, we use FPGA to produce the horizontal synchronization signal and vertical synchronization signal, and the data from memory is converted into analog R,G,B signal by FPGA. The design use ISSI 25616 SRAM as the memory connectted by STM32F103VCT6. Key words ：FPGA,VGA interface,OLED
《电子设计自动化》 课程设计 题目：VGA 图像显示控制器 院(系)： 年级： 班级： 姓名： 学号： 指导老师：
摘要：本文介绍了一种利用可编程逻辑器件实现VGA图像显示控制的方法，阐述了VGA图像显示控制器中VGA显像的基本原理以及功能演示，利用可编程器件FPGA设计VGA图像显示控制的VHDL设计方案，并在Altera公司的QuartusII 软件环境下完成VGA模块的设计。而且给出了VGA模块的设计思路和顶层逻辑框图。最终实现VGA图像显示控制器，VGA图像控制器是一个较大的数字系统，传统的图像显示的方法是在图像数据传输到计算机，并通过显示屏显示出在传输过程中，将图像数据的CPU需要不断的信号控制，所以造成CPU的资源浪费，系统还需要依靠计算机，从而减少了系统的灵活性。FPGA芯片和EDA设计方法的使用，可根据用户的需求，为设计提供了有针对性的VGA显示控制器，不需要依靠计算机，它可以大大降低成本，并可以满足生产实践中不断改变的需要，产品的升级换代和方便迅速。
目录 设计思路 ............................................................................................. - 1 - 一、系统设计 ........................................................................... - 1 - 1.设计要求 ........................................................................... - 1 - 2.设计方案 ........................................................................... - 1 - 二、单元电路设计.................................................................... - 2 - 1.VGA显示控制模块............................................................ - 3 - 2.数据存储模块.................................................................... - 7 - 3.锁相环模块........................................................................ - 8 - 三、软件设计 ......................................................................... - 10 - 1.VHDL语言........................................................................ - 10 - 2.Quartus II简介................................................................. - 11 - 3.硬件开发工具.................................................................. - 12 - 四、硬件验证 ......................................................................... - 14 -附录................................................................................................... - 15 - 1.程序 ................................................................................. - 15 - 2.仪器设备名称型号.......................................................... - 17 - 3.系统的性能指标.............................................................. - 18 -
基于FPFA的VGA显示控制器设计 摘要 目前，数码产品逐渐进入了人们生活的每一个领域，而此类产品大多都带有显示屏，可见对显示屏的控制电路进行研究具有很大的市场需求。VGA作为一种标准的显示接口得到了广泛的应用，同时基于VGA技术的显示控制器也拥有广泛的使用领域。 本文所设计的VGA控制器就是通过利用超大规模可编程逻辑器件FPGA和Altera公司开发的EDA设计软件Quartus II 8.0，并采用自顶向下的VHDL设计方法，将该控制器分成用VHDL语言进行描述的五个子模块来实现的。在Quartus II 8.0软件平台上，完成了对该控制器的设计输入、综合、仿真和下载。在实验开发板上，也进行了硬件调试。调试结果表明，设计的VGA控制器能够正确地输出RGB颜色信号和时序控制信号，可以显示符合VGA工业标准的测试彩条信号，内置ROM信息,实时RAM信息，还能够分屏显示三路RGB图像信息，并在这几种模式之间灵活切换和通断。它工作稳定，达到了设计要求。 本设计利用了不同于以往传统的电子设计方法，具有修改灵活，高移植性，维护简单，可靠性好等优点。大大地缩短了设计周期，降低了生产成本。 关键词现场可编程门阵列；硬件描述语言；视频图像阵列 -
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The VGA Display Controller Design Based on FPFA Abstract The currently, the digital products which most of them have a display screen entered in every area of people's lives gradually, so we can see the great market demand of the study on the control circuit .As a standard display interface has been widely used, the VGA display controller based on this VGA norm also has a broad field of use at the same time. In this paper, designed through the use of ultra-large-scale programmable logic device-FPGA and Altera developed EDA design software Quartus II of version 8.0, and the VHDL top-down design methodology,the VGA controller was divided into five sub-modules which described with VHDL language. It has finished the design of the controller input, integrated, simulation, and download on Quartus II 8.0 software platform,and it has carried out hardware debugging on the experimental development board. The results from debugging showed that the design of the VGA controller can output the color signals of RGB and the control signals correctly. It can show the images that compliance with industry standard of VGA ,such as the color bar test signal, a built-ROM image, and a real-time RAM image, but also to show the three-way RGB image information on one screen separately,and it can make a choice between these types of models and control the output connect or disconnector.It -
题目基于FPGA的VGA图像汉字显示及PS/2键盘控制设计与应用 1．方案设计及工作原理 1.1 VGA模块方案设计 采用模块化设计方法，我们对VGA 图形控制器按功能进行层次划分。本设计的VGA控制器主要由以下模块组成：VGA 时序控制模块、ROM 内存地址控制模块、ROM内存模块、按键扫描控制模块。如图 1 所示。 图1.方案模块框图 1.2工作原理 VGA时序控制模块ROM内存地址控制模块ROM 按键扫描控制模块50MHz 5Hz addr data 首坐标xx、yy VGA 接口RGB HS、VS D/A CRT 根据VGA的显示协议，可以选择不同的显示分辨率。本设计选择的是800*600的分辨率。根据相应协议，在“VGA时序控制模块”对行扫描信号HS和场扫描信号VS进行相应的时序控制（具体控制详细信息见“VGA驱动原理”资料文档）。“ROM内存地址控制模块”根据“按键扫描控制模块”获得的图片显示首坐标xx、yy信息和“VGA时序控制模块”传送过来的ht(列计数器值)、vt(行计数器值)及相关控制信号计算出正确的内存地址，从rom中取出所需要的像素点的三基色数据。
1.3 PS/2接口电路的工作原理 PS/2协议和接口最初是IBM公司开发并推广使用的一种应用于键盘/鼠标的协议和接口，PS/2键盘按键接口是6芯的插头与PC机的键盘相连接，插头、插座定义如图所示。 键盘/鼠标接口的数据线和时钟线采用集电极开路结构，平时都是高电平当这些设备等待发送数据时，它首先检查clock是否为高。如果为低，则认为PC抑制了通讯，此时它缓冲数据直到获得总线的控制权。如果clock为高电平，设备则开始向PC发送数据。一般都是由ps2设备产生时钟信号。发送按帧格式。数据位在clock为高电平时准备好，在clock下降沿被PC读入。图3所示是按下Q 键的时序图“Q”键的扫描码从键盘发送到计算机（通道A是时钟信号，通道B 是数据信号）。因本设计只需进行控制，所以PS/2模块并未设计转码功能。 2．模块设计及仿真 2.1 VGA显示模块 图片想要在显示器上显示出来，它主要需要5个信号，行同步信号（HS）、场同步信号（VS）和RGB三基色信号。 VGA时序控制模块是须严格按照VGA
引言 基于FPGA的VGA显示控制设计 1 引言 1.1 选题背景 CRT显示器作为一种通用型显示设备，如今已广泛应用于我们的工作和生活中。与嵌入式系统中常用的显示器件相比，它具有显示面积大、色彩丰富、承载信息量大、接口简单等优点，如果将其应用到嵌入式系统中，可以显著提升产品的视觉效果。如今随着液晶显示器的出现，越来越多的数字产品开始使用液晶作为显示终端。但基于VGA标准的显示器仍是目前普及率最高的显示器[1]。若驱动此类显示器，需要很高的扫面频率，以及极短的处理时间，正是由于这些特点，所以可以用FPGA来实现对VGA 显示器的驱动。本次专业课程设计即选用FPGA来实现VGA图片的显示。 随着FPGA的不断发展及其价格的不断下降，FPGA的可编程逻辑设计的应用优势逐渐显现出来。现在,越来越多的嵌入式系统选择了基于FPGA的设计方案。在基于FPGA的大规模嵌入式系统设计中，为实现VGA显示功能,既可以使用专用的VGA接口芯片如SPX7111A等，也可以设计和使用基于FPGA的VGA接口软核。虽然使用VGA 专用芯片具有更稳定的VGA时序和更多的显示模式可供选择等优点,但设计和使用VGA接口软核更具有以下优势：(1)使用芯片更少,节省板上资源,减小布线难度；(2)当进行高速数据传输时，具有更小的高频噪声干扰；(3)FPGA(现场可编程门阵列)设计VGA接口可以将要显示的数据直接送到显示器，节省了计算机的处理过程，加快了数据的处理速度，节约了硬件成本。 1.2 目的和意义 显示绘图阵列（video graphic array,VGA）接口,他作为一种标准的显示接口得到了广泛的应用。VGA接口大多应用在显示器与显卡之间；同时还可以用用在擦二色等离子电视输入图像的模数转换上；VGA接口同样也是LCD液晶显示设备的标准接口[2]。可编程逻辑器件随着微电子制造工艺的发展取得了长足的进步[3]。早期的器件只能存储少量的数据，完成简单的逻辑功能；发展到现在，可以完成复杂的逻辑功能，速度更块，规模更大，功耗更低。目前可编程逻辑器件主要有两大类：复杂可编程逻辑器件（complex programmable logic device,CPLD）和现场可编程逻辑器件（filed
基于FPGA的VGA彩条图像显示 1. 设计的任务及内容 在电子电路领域中，设计自动化工具已经被广大电子工程师所接受，它必将取代人工设计方法并成为主要的设计手段。目前，Verilog语言已经成为各家EDA工具和集成电路厂商认同和共同推广的标准化硬件描述语言，随着科学技术的迅猛发展，电子工业界经历了巨大的飞跃。集成电路的设计正朝着速度快、性能高、容量大、体积小和微功耗的方向发展，这种发展必将导致集成电路的设计规模日益增大。 该实训的设计是用Verilog语言硬件描述语言设计出一个VGA图象显示控制器，用Verilog 硬件描述语言进行编程，把Verilog语言描述的VGA图象显示控制器所需的程序在QuartusⅡ软件环境下进行模拟仿真，以此来验证所设计的结果是否满足设计的要求。在结果符合要求的情况下把Verilog程序下载到FPGA器件上，利用FPGA器件内部存储器存储所需要的数据，再通过VGA接口输出到显示器上，从而达到设计的要求。 VGA显示器因为其输出信息量大，输出形式多样等特点已经成为现在大多数设计的常用输出设备，FPGA以其结构的优势可以使用很少的资源产生VGA的各种控制信号。 CRT显示器作为一种通用型显示设备，如今已广泛应用于我们的工作和生活中。与嵌入式系统中常用的显示器件相比，它具有显示面积大、色彩丰富、承载信息量大、接口简单等优点，如果将其应用到嵌入式系统中，可以显著提升产品的视觉效果。如今随着液晶显示器的出现，越来越多的数字产品开始使用液晶作为显示终端。但基于VGA标准的显示器仍是目前普及率最高的显示器[1]。若驱动此类显示器，需要很高的扫面频率，以及极短的处理时间，正是由于这些特点，所以可以用FPGA来实现对VGA显示器的驱动。本次专业课程设计即选用FPGA 来实现VGA的显示。 随着FPGA的不断发展及其价格的不断下降，FPGA的可编程逻辑设计的应用优势逐渐显现出来。现在,越来越多的嵌入式系统选择了基于FPGA的设计方案。在基于FPGA的大规模嵌入式系统设计中，为实现VGA显示功能,既可以使用专用的VGA接口芯片如SPX7111A等，也可以设计和使用基于FPGA的VGA接口软核。虽然使用VGA专用芯片具有更稳定的VGA时序和更多的显示模式可供选择等优点,但设计和使用VGA接口软核更具有以下优势：(1)使用芯片更少,节省板上资源,减小布线难度；(2)当进行高速数据传输时，具有更小的高频噪声干扰；(3) FPGA(现场可编程门阵列)设计VGA接口可以将要显示的数据直接送到显示器，节省了计算机的处理过程，加快了数据的处理速度，节约了硬件成本。 1.1 FPGA简介 FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分[9]。FPGA的基本特点主要有： 1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。 4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5) FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 1