基于STEP FPGA的8色VGA功能驅動
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硬件說明
VGA（video graphics array）即視頻圖形陣列，是IBM在1987年隨PS/2一起推出的使用模擬信號的一種視頻傳輸標準。VGA接口分公口和母口，如下圖：
VGA接口引腳定義如下：
一個標準的VGA接口應該有以下端口：
三色信號都是模擬信號，行場同步信號都是數(shù)字信號；
對于VGA的接口模擬電壓，為0~0.714V，0代表無色，0.714代表滿色，F(xiàn)PGA輸出3.3V，所以還必須要經(jīng)過DAC的轉換?，F(xiàn)今有兩種比較成熟的方法：電阻分壓方式和DAC轉換方式。
我們的底板上就是采用的電阻分壓的方式，因VGA顯示器端有75歐的下拉電阻，為了得到0.714V的電壓我們給RGB信號線上串入270歐的電阻，3.3V*75/(270+75)=0.717V。如下
VGA驅動顯示器用的是掃描的方式，逐行掃描the HS (Horizontal Synchronization)逐行掃描是掃描從屏幕的左上角一點開始，由左向右逐點掃描，每掃描完一行，電子束回到屏幕的左邊下一行的起始位置，在這期間CRT（陰極射線顯像管）對電子束進行消隱，每行結束時，用行同步信號進行同步；當掃描完所有行之后形成一幀，用場同步信號進行同步，并使掃描回到屏幕左上方，同時進行場消隱，開始下一幀。VGA一直在掃描，每一場的掃描包括了若干行掃描，依次循環(huán)；
VGA顯示時序如下：
VGA顯示區(qū)域和消隱區(qū)域：
常見的VGA顯示模式：
Verilog代碼
// -------------------------------------------------------------------- // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< // -------------------------------------------------------------------- // Module: Param_define // // Author: Step // // Description: Param_define // // -------------------------------------------------------------------- // Code Revision History : // -------------------------------------------------------------------- // Version: |Mod. Date: |Changes Made: // V1.1 |2016/10/30 |Initial ver // -------------------------------------------------------------------- `timescale 1ns / 1ns //VGA顯示器驅動只需要5個信號即可（行同步、場同步、紅色、綠色、藍色信號） //紅綠藍三色信號為模擬信號，輸入電壓范圍為0.0V~0.7V //VGA時序中行同步和場同步都分為四個階段（同步脈沖、后廊、有效線數(shù)、前廊） //VGA顯示有很多模式，每種模式都是有固定的時鐘和時序參數(shù)，需要根據(jù)要求控制 `ifdef VGA_800X600_60Hz //不同VGA顯示模式相應的參數(shù) //--------------------------------------------------------------------------- //-- Horizonal timing information`define HSYNC_A 16'd128 // 128`define HSYNC_B 16'd216 // 128 + 88 `define HSYNC_C 16'd1016 // 128 + 88 + 800`define HSYNC_D 16'd1056 // 128 + 88 + 800 + 40 //行同步脈沖+后廊+有效線數(shù)+前廊 //-- Vertical timing information`define VSYNC_O 16'd4 // 4 `define VSYNC_P 16'd27 // 4 + 23`define VSYNC_Q 16'd627 // 4 + 23 + 600`define VSYNC_R 16'd628 // 4 + 23 + 600 + 1 //場同步脈沖+后廊+有效線數(shù)+前廊 //--------------------------------------------------------------------------- `endif `ifdef VGA_640X480_85Hz //不同VGA顯示模式相應的參數(shù) //--------------------------------------------------------------------------- //-- Horizonal timing information`define HSYNC_A 16'd48 // 48`define HSYNC_B 16'd160 // 48 + 112`define HSYNC_C 16'd800 // 48 + 112 + 640`define HSYNC_D 16'd832 // 48 + 112 + 640 + 32 //行同步脈沖+后廊+有效線數(shù)+前廊 //-- Vertical timing information`define VSYNC_O 16'd3 // 3 `define VSYNC_P 16'd28 // 3 + 25`define VSYNC_Q 16'd508 // 3 + 25 + 480`define VSYNC_R 16'd509 // 3 + 25 + 480 + 1 //場同步脈沖+后廊+有效線數(shù)+前廊 //--------------------------------------------------------------------------- `endif
// --------------------------------------------------------------------
// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
// --------------------------------------------------------------------
// Module: Vga_Module
//
// Author: Step
//
// Description: Vga_Module
//
// --------------------------------------------------------------------
// Code Revision History :
// --------------------------------------------------------------------
// Version: |Mod. Date: |Changes Made:
// V1.1 |2016/10/30 |Initial ver
// --------------------------------------------------------------------
`define VGA_800X600_60Hz
//定義使用的VGA顯示模式
`ifdef VGA_800X600_60Hz //根據(jù)VGA顯示模式的定義調(diào)用相應的參數(shù)
`include "Param_define.v" //調(diào)用Param_define.v文件中的全局定義
`endif
module Vga_Module
(
input clk_in, //40MHz系統(tǒng)時鐘
input rst_n_in, //系統(tǒng)復位，低有效
output reg sync_v, //VGA場同步sync_v
output reg sync_h, //VGA行同步sync_h
output reg [2:0] vga_data //VGA數(shù)據(jù)MSB~LSB = {R,G,B}
);
reg [15:0] x_cnt;
reg [15:0] y_cnt;
reg vga_valid; //對時鐘計數(shù)標識VGA一次行掃描需要的時間
always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(!rst_n_in) x_cnt <= 16'd0; //復位時初始值
else if(x_cnt >= `HSYNC_D) x_cnt <= 16'd0; //一次行掃描需要1056個時鐘(128+88+800+40)
else x_cnt <= x_cnt + 1'b1; //對行掃描計數(shù)標識VGA一次場掃描需要的時間
always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(!rst_n_in) y_cnt <= 16'd0; //復位時初始值
else if(x_cnt == `HSYNC_D) begin //每次行掃描時
if(y_cnt >= `VSYNC_R) y_cnt <= 16'd0; //每次場掃描包含628次行掃描
else y_cnt <= y_cnt + 1'b1;
end else y_cnt <= y_cnt;
//在每次行掃描過程中場掃描計數(shù)器保持不變
//按照顯示模式的參數(shù)產(chǎn)生行同步掃描的脈沖
always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(!rst_n_in) sync_h <= 1'b1;
else if(x_cnt < `HSYNC_A) sync_h <= 1'b0;
else sync_h <= 1'b1; //按照顯示模式的參數(shù)產(chǎn)生場同步掃描的脈沖
always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(!rst_n_in) sync_v <= 1'b1;
else if(y_cnt < `VSYNC_O) sync_v <= 1'b0;
else sync_v <= 1'b1; //根據(jù)行場同步信號的有效線數(shù)確定有效顯示區(qū)域
always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(!rst_n_in)
vga_valid <= 1'b0;
else if((x_cnt > `HSYNC_B) && (x_cnt <`HSYNC_C) && (y_cnt > `VSYNC_P) && (y_cnt < `VSYNC_Q))
vga_valid <= 1'b1; //有效顯示區(qū)域中vga_valid標志為1
else
vga_valid <= 1'b0; //在VGA有效顯示區(qū)域不同的段顯示不同的顏色
always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in)begin
if(!rst_n_in) vga_data = 3'b111;
else if(vga_valid)begin //在有效顯示區(qū)域內(nèi)
if((x_cnt > `HSYNC_B) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd100))
vga_data = 3'b100; //紅色
else if((x_cnt > `HSYNC_B + 10'd100) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd200))
vga_data = 3'b010; //綠色
else if((x_cnt > `HSYNC_B + 10'd200) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd300))
vga_data = 3'b001; //藍色
else if((x_cnt > `HSYNC_B + 10'd300) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd400))
vga_data = 3'b110; //黃色
else if((x_cnt > `HSYNC_B + 10'd400) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd500))
vga_data = 3'b101; //紫色
else if((x_cnt > `HSYNC_B + 10'd500) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd600))
vga_data = 3'b011; //青色
else if((x_cnt > `HSYNC_B + 10'd600) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd700))
vga_data = 3'b111; //白色
else if((x_cnt > `HSYNC_B + 10'd700) && (x_cnt <= `HSYNC_B + 10'd800))
vga_data = 3'b000; //黑色
else
vga_data = 3'b111; //白色
end else
vga_data = 3'b111; //白色end endmodule小結
本節(jié)主要為大家講解了VGA顯示的原理、時序及軟件設計，需要大家掌握的同時自己創(chuàng)建工程，通過整個設計流程，生成FPGA配置文件加載測試。
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