vga图像显示控制

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

2、VGA时序信号

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，驱动控制显像管生成图像。设计VGA 控制器的关键是产生符合VGA 接口协议规定的行同步和场同步信号，它们的时序关系如下图所示：

h_sync：水平同步信号（负脉冲），每个水平扫描周期显示器刷新一行；

v_sync：垂直同步信号（负脉冲），每个垂直扫描周期显示器刷新一帧；

行同步信号（HS ） 场同步信号（VS ） 时序名称 时钟数（像素数）

时序名称 行数 前沿 16 前沿 10 行同步 96 场同步 2 数据 640 数据 480 后沿 48 后沿 33 总像素数

800

总行数

525

按照每秒60帧的刷新速度来计算，所需要的时钟频率为： 频率＝60H z(帧数)×525(行)×800(每一行像素数)＝25.2MHz 所以我们通过开发系统的50MHz 时钟资源，通过时钟分频产生25MHz 的频率即可。虽然没有达到精确的25.2MHz 的时钟频率(刷新率可能会是59Hz)，但是并不会造成影响。

3、VGA 显示器的工作过程

以屏幕左上角的那个像素作为原点（1,1）。当显示器接收到控制器输出的v_sync 信号，则开始一个新的垂直刷新循环，同时控制器输出h_sync 信号。当经过P+Q=1.084ms 的时间后，准备开始水平刷新循环，当h_sync 信号的下降沿到来时，即开始刷新第一行（行数加1）。再经过B+C = 5.66s 的时间后，开始刷新第一行的第一个像素（列数加1），并按照所需的时钟频率，刷新此行中其余像素。直到显示器接收到下一个h_sync 信号，又开始刷新第二行。

重复此过程，直到刷新到屏幕的底部。当刷新了最下面一行的最后一个像素后，显示器即完成了一帧的刷新，控制器又输出v_sync 信号，显示器又开始一个新的垂直刷新循环。

四、系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计）

总体设计思路：

VGA 显示器的控制器可划分为3个子模块： I .时钟分频子模块；

II .时序控制子模块 ，提供同步信号（h_sync 和v_sync ）及像素位置信息； III .生成图形子模块，接收像素位置信息，并输出颜色信息；

由于系统时钟为50MHZ ，实验所需频率为25MHZ,故时钟分频模块只需在程序中通过分频语句完成；生成图形子模块由系统提供；所以重点设计的模块就是时序控制模块。

总体系统框图如下：

HS

系统时

VS 钟 R G

B

分频模块 时 序 控 制 模 块 生 成 图 形 模 块 VGA 显

示

器

拨码输入

时序控制模块设计

Hcnt=639 Hcnt=799

Hcnt=655 Hcnt=751

行同步状态机状态转移图

Vcnt=479 Vcnt=524

Vcnt=489

Vcnt=491

列同步状态机状态转移图

时序控制模块流程图：

显示

前沿 后沿 同步 显示

后沿 同步 前沿

时钟触发

时钟二分频

当前坐标是否在显示范围内？

否

根据拨码开关选择像素输出模式/颜色

是

行坐标加1

是否超过行边

界？

列坐标加1，行坐标

归0

是

是否超过列边

界？

列坐标归0

是否

否

五、源程序（含注释）

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity vgacode is port( sw0 : in std_logic; --拨码开关输入 sw1 : in std_logic; sw2 : in std_logic; sw3 : in std_logic; sw4 : in std_logic; sw5 : in std_logic;