基于FPGA的VGA接口显示的设计与实现

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

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

第一章引言 (4)

第二章VGA显示接口的方案设计和原理 (5)

2.1 VGA接口 (5)

2.2 VGA显示原理 (5)

2.3 VGA信号时序 (6)

2.4 VGA显示方案实现 (7)

第三章系统模块设计 (8)

3.1系统模块原理图 (8)

3.2 分频模块 (8)

3.3 VGA彩条信号产生模块 (8)

3.4 实验结果 (12)

第四章结论 (13)

致谢 (14)

参考文献 (15)

第一章引言

视频图形阵列（VGA）作为一种标准的显示接口已经得到广泛的应用。利用现场可编程逻辑器件产生VGA时序信号和彩条图像信号，并将其作为信号源，应用于电视机或计算机等彩色显示器的电路开发，方便彩色显示器驱动控制电路的调试。计算机显示器的显示有许多标准，常见的有VGA，SVGA等。在这里尝试用FPGA实现VGA图像显示控制器，这一过程通过编程实现，之后通过软件的测试和仿真，当软件验证无误后完成硬件的下载验证，最终在CRT显示器上实现输出，基本原理就是利用FPGA的可编程原理和VGA的时序控制原理，这在产品开发设计中有许多实际应用。

第二章VGA显示接口的方案设计和原理

2.1 VGA接口

VGA（Video Graphics Array）作为一种标准的显示接口已经得到非常广泛的应用。VGA在任何时刻都必须工作在某一显示模式下，其显示模式分为字符显示模式和图形显示模式，而在应用中讨论的是图形显示模式。VGA显示卡端的接口为 15 针母插座,接口如图2-1所示。该端口通过标准的监视电缆直接连接到PC 监视器或平板 LCD 上。图2-1为VGA接口。

图2-1 VGA接口

2.2 VGA显示原理

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显示原理图如图2-2所示。

在本文中，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_GREEN，VGA_BLUE。每个电阻与终端的 75 欧电缆电阻相结合，确保颜色信号保持在VGA规定的0V～0.7V之间。VGA_HSYNC 和VGA_VSYNC 信号使用 LVTTL 或 LVCMOS3I/O 标驱动电平。通过VGA_RED，VGA_GREEN，VGA_BLUE 置高或低来产生 8 种颜色。实际应用中，VGA_RED，VGA_GREEN 和 VGA_BLUE 可以接到 DAC 的输出，每个 DAC 用 8 bit 或更多的比特控制，3 条色彩控制线根据DAC 输出的电压大小配合实现更多种颜色的显示。VGA 显示的原理是利用水平扫描信号和竖直信号实现二维平面的像素扫描显示，以640×480 像素的扫描显示示意图为例，当水平扫描信号VGA_HSYNC 信号为高时，VGA 显示器从左向右依次扫描当前行的 640 个像素点。每扫描完一行，VGA_HSYNC 信号电平拉低，水平扫描位置回到最左端。