基于FPGA的VGA接口设计
基于FPGA的VGA图像显示
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；（2）汉字图形显示部分，有2种方法可以实现：第1 种是在对像素进行行计数、场计数的时候，就把字库信息直接赋值给颜色信号R、G、B，这种方法虽然简单，但是控制很不灵活，需要对汉字的显示像素一一判定对应的位置，容易出现错误，不易修改，所以本次采用的是第2 种方法，第2 种方法是使用FPGA内部的一种资源来存储汉字的字库信息，然后由程序将其提取出来作为显示信号发送到VGA 接口，以实现汉字图形的显示，这样就克服了第一种方法易出错又不易修改的缺点。
基于FPGA的VGA-DVI视频转换器设计
号送 入数字系统 中。 市面上现在 已经有很 多基于单片机 控制实 等 信号， 按照转换设置 进行模式转 换、 色彩调整 等工作后输 出 现 的Ｖ Ｇ Ａ － Ｄ Ｖ Ｉ 转换器 的设计成品， 考虑到在航天、 军事等一些特 Ｒ ［ ７ ： ０ ］ 、 Ｇ ［ ７ ： ０ ］ 、 Ｂ ［ ７ ： ｏ ］ 、 Ｈ Ｓ 、 ｖ ｓ 、 Ｄ Ｅ 、 Ｐ Ｉ ｘ Ｃ Ｌ Ｋ 等数字信号。 殊 场合 的应用， 本文提 供了一种基于Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 控制实现 的Ｖ Ｇ Ａ 向Ｄ Ｖ Ｉ
Ｔｈｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｏ ｆ ＶＧＡ。 － 。 Ｄ ＶＩ Ｖｉ ｄｅ ｏ Ｃｏ ｎｖｅ ｒ ｔ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＦＰＧＡ
基于FPGA的VGA图像显示系统的设计
基于FPGA的VGA图像显示系统的设计作者：杜宗展王振河冯迎春来源：《现代电子技术》2015年第16期摘要： VGA（视频图形阵列）是一种标准的显示接口，被广泛应用。
根据VGA，FPGA （现场可编程门阵列）的作用原理，设计的基于FPGA的VGA接口可以直接将数据送至显示器，同时增添了关于输出图像灰度等级的设计。
与传统设计相比，该设计没有计算机的处理过程，可节省硬件成本，加快数据处理速度，被广泛应用到视频显示领域。
关键词：现场可编程门阵列；视频图形阵列；显示接口；灰度中图分类号： TN919⁃34； TP391.8 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）16⁃0095⁃05Design of VGA image display system based on FPGADU Zongzhan1， WANG Zhenhe2， FENG Yingchun2（1. School of Electrical Engineering， Shandong University， Jinan 250061， China；2. Maintenance Company， Shandong Electric Power Group Co.， Jinan 250061， China）Abstract： As a standard display interface， VGA （video graphics array） has been widely used. According to the principles of VGA and FPGA （field programmable gate array）， the designed VGA interface based on FPGA can send the data to the display directly， and grayscale of the output image was added to this design. Compared to the traditional design， there is no computer processing procedure in the design， which can save the expense of hardware and enhance the speed of data processing. It is widely used to the domain of video display.Keywords： field programmable gate array； video graphics array； display interface；grayscale在传统的图像处理系统中，要将图像显示出来，采取的方法是先将图像数据传入电脑，然后经过显示器显示。
VGA显示控制
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-11.2 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。
基于FPGA的VGA图像控制器设计与实现
ＶＡ 图像 控制 器 是一 个较 大 的数字 系 统 。采用 模块 化 设计 原 Ｇ 则和 自顶 向 下的设 计思想 ，进 行功 能分 离并按 层 次设 计 。将 Ｖ Ｄ ＨＬ 硬件 描述 语言 设计 与 原理 图设 计相 结合 ，逐 一对 每个 功 能模 块进 行仿 真 ，使顶 层 Ｖ Ａ图像 控制 器 的模块 实 体仿真 综合 得 以顺利 通 Ｇ 过 。Ｖ Ａ 控制 器主 要 由 以下模 块组成 ：消 隐模块 ，显 示模 块 ，分 Ｇ 频模 块 ，网格 生成 模块 ，汉字 显示模 块 ， 图像控 制模 块 ，动 画生 成模 块 ，ＬＭＲ Ｍ 用模 块 ，ＥＰ Ｏ Ｐ— Ｏ 调 Ｅ ＲＭ调用 模块 等 。 三 、模块 设计 （ ）消 隐模块 一 消 隐模 块 是整个 显示 控制 器 的关 键部 分 ，显示 模 块 、汉字 模 块 、彩 条模 块 、 网格 模块 、动画控 制 模块 、Ｌ ＭＲ Ｍ 调用 模块 等 Ｐ－ Ｏ 都 由消 隐模 块控 制 ，并且 行 同步信 号 （ｓ 和场 同步 信 号 （ｓ都 由 Ｈ） ｖ）
Ｈｕ Ｙｉ ａｎａ ｎＱａ
（ ｈ ｎ ｄ ｓｔｔ ｆ ｉ ｕ ｎＮ ｒ ｌ ｎ ｅｓｙＣｈ ｎ ｄ ６ ５ ，ｈｎ ） Ｃ ｅ ｇ ｕＩ ｔｕｅｏ Ｓｃ ａ ｏｍａ Ｕ ｉ ｒｉ， ｅ ｇ ｕ １ ４Ｃ ｉａ ｎｉ ｈ ｖ ｔ １ ７
Ａｂ ｔａ ｔ ＤＡ ｃ ｎ ｌｇ ｓｒ ｃ： Ｅ ｔ ｈ ｏｏ ｙｎ１ｉ ｔｅｃ ｒ ｆｍｏ ｅ ｅｅｔｏ ｉ ｅｉｎｔｃ ｎ ｌｇ ， ｌ ｓｏ ｏ ｒｕ ｏ ｕｅ ｌｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ｈ ｏｅｏ ｄ ｍ ｌｃ ｎｃｄ ｓ ｅｈ ｏｏ ｙｉｒ ｉ ｎｐ ｗｅｆ１ｃ ｍｐ ｔｒｐａｆ ｍ ｒ ｇ ｔｅ ｅ ｏ ｎ
计 算机 光盘 软件 与应 用
毕业设计-基于FPGA的VGA显示
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 Hz×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。
基于FPGA的VGA控制器设计与实现
网２ Ｇ Ｖ Ａ显示模块与 Ｃ Ｔ显示器的控制榧图 Ｒ
的是 Ｖ Ａ显示模块与 Ｃ Ｔ Ｇ Ｒ 显示器 的控制框 图口 。
收 稿 日期 ：２０ —６ ０ ０８ ０— ５
作者简介： 杨杰 （ ９２ ） 女 ， １５一 ， 黑龙江齐齐哈尔人，副编审，本科，主要从事编辑学方而的研究。
将要显示内容转换成对应字模送人 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ，即可实现相应 内容的显示 关键词 ：Ｆ Ｇ Ｐ Ａ；Ｖ Ａ；显示控制 Ｇ 中图分类号 ：Ｔ ２３ Ｐ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ８Ｘ ２０ ）６ ０ ５－ ３ ０ ７ ９ ４ （０ ８０ － ０ ０ ０
随着数字图像处理 的应用领域的不断扩大 ， 其实时处理技术成为研究的热点。 Ｄ 电子设计 自动化 ） Ｅ Ａ（ 技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础 。其中 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的特点适用于进行一些基于像素级 的图像处 ” Ｃ 。Ｌ Ｄ和 Ｃ Ｔ显示器作为一种通用型显示设备 ，如今已经广泛应用于工作和生活中。与嵌入 Ｒ 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 、 口简单等优点，如果将 接 其应用到嵌人式系统中 ， 可以显著提升产品的视觉效果 。 为此 ， 尝试将 Ｖ Ａ显示 的控制转化到 Ｆ Ｇ Ｇ Ｐ Ａ来完
表 １ Ｖ Ａ与ＦＧ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ｇ Ｐ Ａ引 脚连接 表
３ 系统软件设计
采用 Ｐ ｔ Ｃ ２ ０ 软件进行字模转换 ，得到字符／ Ｃｏ Ｄ ０２ Ｌ 图像像素数 据。利用 Ｘｌ ｘＩ ． 、Ｍ ｄｌ ｍ开发 ｉｎ Ｅ ９ ｉ ｏｅ ｉ ｉ Ｓ １ Ｓ
平 台设计 程序 ，根据 Ｖ Ａ 显示 原理 ，产生 时序驱 动信 号 Ｈ 、Ｖ ，同时 在正 确的 时序 控制 下 ， Ｇ Ｓ Ｓ 扫描输出 Ｒ Ｍ 中的像素数据至显示器的 Ｖ Ａ接口，进行图像显示 。程序流程见图 ３ Ｏ Ｇ 。
基于FPGA的VGA显示控制器设计研究
基于FPGA的VGA显示控制器设计研究作者：李德明来源：《电子世界》2012年第23期【摘要】本设计采用了以FPGA为主控器件的设计方法，将VGA控制器分成几个子模块，采用Verilog HDL硬件描述语言对各个模块进行描述设计，并利用EDA软件，完成对局部模块和整体模块的代码编写及仿真验证。
通过分析VGA显示的基本原理和信号要求，设计整个系统的软件、硬件结构，包括VGA时序和显存时序的发生，通过按键控制实现横彩条、竖彩条图案的选择，并进一步设计出实现文字和图像的显示。
【关键词】VGA显示；FPGA；时序控制；控制器VGA（video graphic array）作为一种标准的显示接口得到了广泛的应用，基于VGA接口标准的显示器作为一种通用型显示设备，已经成为很多电子数码产品的常用输出设备。
与嵌入式系统中常用的TFT液晶显示器件相比，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。
驱动VGA接口显示器，需要很高的扫描频率，以及极短的处理时间，实现VGA显示功能，既可以使用专用的VGA接口芯片，也可以用FPGA来实现对VGA显示器的驱动控制。
本设计采用Altera公司的FPGA芯片驱动VGA接口显示器显示彩条及简单的图形，FPGA的运行速度块，管脚资源丰富，容易实现大规模的系统设计，有大量的软核可用，便于进行二次开发。
另外，由于FPGA具有可重构能力、抗干扰性强等特点，因此，FPGA在工业控制等领域越来越受到重视。
利用FPGA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、功耗低的嵌入式便携式系统，应用于地面勘测、性能检测等方面，具有重要的现实意义。
1.VGA显示技术原理VGA显示控制主要有五个信号线，分别为R、G、B、VSYNC（场同步）、HSYNC（行同步）信号。
红（R）、绿（G）、蓝（B）是大家熟知的三原色，R、G、B这三个模拟信号的电平范围是由0.4V到0.7V，由R、G、B的电压差便可以产生出所有的颜色。
基于FPGA的数据采集控制模块设计
基于FPGA的数据采集控制模块设计作者：孙炎辉丁纪峰来源：《现代电子技术》2009年第22期摘要:设计以FPGA为基础的数据采集控制模块,克服传统的以单片机或DSP作为控制器带来的采集速度和效率上的瓶颈,同时显示部分创新性地采用了VGA标准接口,大大提高了显示系统的兼容性。
设计的控制模块主要由四个部分组成:数据采集部分、数据缓存部分、按键控制部分和图形显示部分。
在设计过程中,用VHDL语言来编写程序,利用Max+PlusⅡ软件对各模块进行仿真。
从仿真结果可以看出,该模块能够实现数据的实时采集和采集结果的便捷显示,达到了作为数据采集主控模块对外围电路的良好控制。
关键词:数据采集;FPGA;VGA;状态机中图分类号:TP3320 引言数据采集和控制系统是对生产过程或科学实验中各种物理量进行实时采集、测试和反馈控制的闭环控制,它在工业控制、军事电子设备、医学监护等许多领域发挥着重要作用。
其中,数据采集部分尤为重要,而传统的数据采集系统,通常采用单片机或DSP作为控制器,用以控制ADC、存储器和其他外围电路的工作,使得采集速度和效率降低。
近年来,微电子技术,如:大规模集成电路和超大规模集成电路技术的发展,为数据采集系统的发展提供了良好的物质基础。
从而使器件向模块化和单片化发展,使所用软件均向实时高级语言和软件模块化发展,接口向标准化发展。
由于 FPGA时钟频率高,内部延时小,全部控制逻辑均由硬件完成,速度快,效率高,同时它有非常强大的硬件描述语言和仿真工具,方便检验结果的正确性。
基于以上考虑,在设计中采用FPGA作为控制处理器。
而VGA接口的设计,更突出了该模块的兼容性,更易于采集数据的直观表现。
1 系统总体设计方案完整的数据采集过程通常由数据的通道选择、采样、存储、显示构成,有时也要对数据进行适当的处理。
其中,控制模块起到了核心作用,他作为控制信号产生和处理的中枢对这些外围电路进行着实时的监控和管理。
基于FPGA的VGA图像控制器设计
是用来模拟 Ｄ Ａ转换器 的． 将输入信号 的电压分 成几段 。这样做的原因， 一方 面是考虑到实际应 用中， 很少会用到要显示 ２ ４位真彩色的情况 ； 另
一
方面是出于节约成本 的 目的． 因为要使用专用 的Ｄ Ａ转换器 ， 必定增加成本。其 中． 显示器耍求
Ｉ Ｖ Ａ图像控制器的硬件 电路设计 Ｇ
硬件电路如 图 １使用 ＦＧ ， Ｐ Ａ实现 Ｖ Ａ控制器 ， Ｇ 将产生 的信 号经 Ｄ Ａ转换送往显示 器的 Ｖ Ａ 口。 Ｇ 该电路 的 Ｖ Ａ接 口的 Ｒ Ｇ Ｂ引脚每个 引脚有两个信号线输 入， Ｇ 、、 可知 ． 电路只能显示 ６位色 的图片． 该 即： 可以显示 ６ 总共 ４种颜色。 由于显示器要求 Ｖ Ａ 口输入的必 须是模拟信 号， Ｇ 所以在 ６ 信号进入 个
啊１ ———斗 Ｔ 卜＿＿ｏＩ ｈ・ － ＿２ ——ห้องสมุดไป่ตู้ １
一
幅图片要想在显示器上显示 出来 ．
叫 Ｄ ■ Ｈ ｈｌ ＿ －－ Ｉ
二
它主要 需要 ５个信 号， 同步信 号 行
（ ｏ ｚ ｔ＿ ｙｃ 、 Ｈ ｒｏ ａ Ｓｎ ） 场同步信号 （ ｅ ｉｎ ｌ Ｖｒ －
ｔ ａ Ｓｎ ） ｉ ｌ ｙｃ 和 ｃ
摘
要： 首先介绍了Ｖ Ａ图 Ｇ 像控制器的硬件电 然后分别从时序信号产生、 片数据的 路， 图 存储和图
像显示三个方面对 Ｖ Ａ图像控制器的软件部分进行了介绍． Ｇ 最后给出了该控制器在 Ｍ ｄｌｍ中的仿 ｏｅ ｉ Ｓ 真结果并指出了该设计的可行性及优越性。 关 键 词： 现场可编程门阵列； 视频图形阵列； 行同步信号； 场同步信号
（ ）时序信号产生机制 １
Verilog 编写的基于VGA的动画图像显示
VGA显示动画1 功能概述显示器的像素按照从左到右，从上到下的顺序进行刷新。
从上到下刷新完一遍称为一帧，屏幕刷新频率就是说屏幕一秒钟能够刷新多少帧，当达到一定的帧数，我们的肉眼也就分辨不出来了，这样我们就看到我们的电脑屏幕，我们在操作的时候是连续的了。
运用这些科学原理完成在VGA接口的显示屏上动画功能，是相关技术人员必备的技能之一。
动画的概念不同于一般意义上的动画片，它集合了绘画、漫画、电影、数字媒体、摄影、等众多艺术门类于一身的综合艺术。
可以理解为使用绘画的手法，创造生命运动的艺术。
较规范的定义是采用逐帧拍摄对象并连续播放而形成运动的影像技术。
通过把人物的表情、动作、变化等分解后画成许多动作瞬间的画幅，再连续形成一系列画面，给视觉造成连续变化的图画。
它自19世纪上半叶诞生至今，经过了一个多世纪发展，已经有了较为完善的理论体系和产业体系，电脑科技的高速进步更是使传统动画产业突飞猛进，目前已被广泛应用到商业中。
与幻灯和图片不同的是，计算机动画基本原理与电影、电视一样，都是视觉暂留原理。
即在前一幅画还没有消失前播放下一幅画，给人造成一种流畅的视觉变化效果。
本案例即采用FPGA在VGA接口显示屏上，运用verilog语言在明德扬至简开发板二代实现动画显示效果。
本项目功能要求如下：（1）该VGA接口输出的图像分辨率为下列表格中第一种640*480，即帧长为800*525。
（2）VGA显示要求：复位后，屏幕中央显示直径为10的蓝色圆点；按下按键0，圆点图像逐渐变大，直至直径变为400；再按一下按键0，圆点逐渐变小，直到直径为10。
此过程要有明显的动画效果。
2 设计思路VGA显示中，FPGA需要产生5个信号：R、G、B三基色信号，行同步信号HS和场同步信号VS，接口对应孔如下所示：图1 VGA信号接口对应像素是产生各种颜色的基本单元。
根据物理学中的混色原理，三色发光的亮度比例适当，可呈现白色。
适当的调整发光比例可以出现不同的颜色。
基于fpga的vga显示
——基于FPGA的VGA显示姓名：王青鹏学号：200661175班级：电子0604日期：200910201.实验目的 (3)2.实验要求 (3)3.实验原理 (3)3.1VGA时序信号 (3)3.2VGA显示时序图 (4)3.3关键参数 (5)3.4VGA显示工作过程 (5)3.5整体设计思路及过程 (6)3.6管脚分配及下载 (15)4.实验心得体会 (16)FPGA的VGA显示一．实验目的1.熟悉和掌握时序控制电路的设计方法。
2.了解VGA显示器的工作时序及其控制电路的工作原理。
3.培养分析系统、进行模块设计及独立解决问题的能力。
二．实验要求1.设计VGA显示器的控制电路，使之控制显示器，完成相应的显示功能。
2.使用一个按钮mod（低有效），使VGA显示器在3种（或4种）不同的显示模式间切换。
使用一个按钮reset，将控制器恢复模式00。
模式00：将屏幕均分，从左到右，依次显示八种不同的颜色。
模式01：将屏幕均分，从上到下，依次显示八种不同的颜色。
模式10：将屏幕均分为8*8棋盘格。
模式11：复位模式，屏幕全黑。
3.利用GW48实验开发系统实现设计的编程下载.三．实验原理3.1VGA时序信号H_SYNC：水平同步信号（负脉冲），每个水平扫描周期显示器刷新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；RGB[2..0]：颜色信号，R——红色信号；G——绿色信号；B——蓝色信号。
其对应颜色关系如下表所示。
3.2VGA显示器的时序图垂直刷新循环3.3关键参数1.实验板上的晶振提供全局时钟信号（50MHz），通过分频得到时钟信号clk25M（fclk=25MHz）作为输入时钟。
2.刷新1个像素所需时间Tpixel=1/fclk=40ns；3.刷新一行所需时间Trow=Tpixel*640+guard bands=25.6us+B +C+E=32.2us；4.一个垂直扫描周期内包含480个水平扫描周期，完成一帧的刷新。
基于FPGA的VGA显示控制器IP核研究
摘要IP (Intellectual Property)[1][2]是集成电路知识产权的主体。
随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，在未来的EDA技术和集成电路设计中使用IP核是一个发展趋势。
设计依据VGA显示的原理，“抛弃”VGA显示专用芯片，研究了一种基于FPGA 的VGA显示控制器IP核，软件上完全由VHDL硬件描述语言编写，相比较以前使用的由小规模集成电路设计的视频采集卡而言，本系统具有可靠性高、性能稳定、开发灵活、调试简单、可以现场编程、可移植、设计成本降低、开发周期较短、屏幕显示质量高等特点，必将有着广泛的应用价值。
关键字IP核FPGA VHDL 仿真综合VGA控制器AbstractIP (Intellectual Property) is the abbreviation of integrated circuit intellectual propert. Along with the scale of the CPLD/ FPGA more and more big, design more and more complicated, use the IP core in future technique of EDA and the integrated circuit designs is a development trend.The design rests on the VGA demonstration the principle, "gets rid of" VGA to demonstrate the special-purpose chip, study one kind based on FPGA VGA the display control switch IP core, on software by the VHDL hardware description language compilation, compared before used says by the small scale integration circuit design video frequency gathering card, This system has the reliability high, the performance stable, the development nimble, the debugging simple, may the scene programming, be possible to transplant, design cost reduction, the development cycle is shorter, the screen demonstration quality higher characteristic, will certainly to have the widespread application value.Key words IP core FPGA VHDL Simulator&Synthesize VGA controller目录第1章前言 (1)1.1 论文背景 (1)1.2 研究内容 (1)第2章IP综述 (2)2.1 IP定义 (2)2.2 发展IP技术的目的意义 (3)2.3 国内外IP产业发展状况 (3)2.3.1 国际IP产业的发展状况 (3)2.3.2 国内IP产业的发展状况 (4)2.4 IP核的市场前景分析 (5)第3章VGA系统工作原理 (6)3.1 VGA技术组成 (6)3.2 VGA工作模式 (7)3.3 VGA数据到颜色的转换 (8)第4章VGA控制器IP核设计与实现 (9)4.1 VGA控制器 IP核设计 (9)4.1.1 VGA接口及设计参数 (9)4.1.2 VGA图像控制器的设计方案 (9)4.2 VGA控制器IP核软件平台实现 (13)4.2.1 QuartusII开发环境 (13)4.2.1.1 QuartusII设计流程 (14)4.2.1.2 Quartus II设计输入 (14)4.2.1.3 Quartus II综合 (15)4.2.1.4 Quartus II仿真 (15)4.2.2 VHDL语言实现 (16)4.2.3 仿真与验证 (20)4.2.4 Modelsim 仿真工具简介 (22)4.2.4.1 ModelSim的代码仿真 (23)4.2.4.2 门级仿真和时序仿真 (23)4.2.5 VGA控制器IP核的封装与打包 (23)4.3 VGA控制器IP核硬件平台实现 (25)第5章实验结果及性能分析 (28)5.1 实现方案 (28)5.2 性能分析 (29)总结 ....................................................................................... 错误!未定义书签。
VGA控制显示实验说明文档
VGA控制显示实验本实验是在VGA基本控制之上的更进一步的对VGA显示进行控制的。
1．VGA显示原理常见的彩色显示器一般由CRT（阴极射线管）构成，彩色是由R（红），G（绿），B（蓝）3基色组成。
显示采用逐行扫描的方式，阴极射线枪发出的电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生RGB三色基，最后合成一个彩色图像。
从屏幕的左上方开始自左向右的扫描，每扫完一行电子束回到下一行的最左端，每行结束后电子枪回扫的过程中进行消隐。
然后从新开始行扫描，消隐，直到扫描到屏幕的右下方，电子书回到屏幕的左上方重新开始新的图像扫描，并且在回到屏幕的左上方过程中进行消隐，在消隐的过程中不发射电子束。
每一行扫描结束时，用HS（行同步）信号进行同步；扫描完所有的行后用VS（场同步）信号进行同步。
2．VGA实验功能说明本实验设计是基于FPGA的VGA接口控制器，通过对FPGA硬件编程实现显示驱动，通过VGA接口在显示器上显示彩条，圆环和动态方块信号。
实现显示驱动需要5个信号：R，G，B，hsyncb,vsyncb,其中R，G，B分别为红，绿，蓝颜色的强度信号，hsyncb和vsyncb 为行同步和场同步信号，均为模拟信号。
由实验板将FPGA输出直接与VGA接口相连，中间没有D/A转换电路，因此这五个信号实际上均为数字信号。
hsyncb和vsyncb可用数字信号等效；R，G，B分别用3位数字信号表示。
用于显示驱动的行，场同步信号利用实验板的50MHz系统时钟产生。
VGA接口控制器由三个模块组成，即产生行场同步信号和消隐信号的VGASig模块，产生内容和位置信息的ColorMap模块，产生动态时序信号的count16以及顶层模块VGACore，模块之间的信号连接如图：本设计的整体思想是：首先由系统时钟二分频后作为VGASig模块的时钟输入信号；VGASig 模块的hsyncb信号和vsyncb信号形成顶层模块的hsyncb（行同步）和vsyncb（场同步）信号；VGASig模块的hcnt和vcnt信号作为ColorMap模块的地址控制输入，ColorMap模块根据该信号的值输出相应的RGB颜色信息rgbx，rgby，rgbz和rgbw。
基于FPGA／CPLD的VGA驱动电路设计
口统 一 为 ６根 信 号 ， 别 是 Ｒ（ 、 绿 ）Ｂ（ ） 分 红）Ｇ（ 、 蓝 、 ａ （ 同步 信 号 ） Ｖ （ 同步 信号 ）Ｄ Ｌ 点 像 素 ｓ行 、 ｓ场 ， Ｃ Ｋ（
时钟信号 ） Ｒ 。Ｃ Ｔ可 看作一 个 ６０４ ０点构 成 的大 ４ ＊８
型点阵屏 ． 一行 ６ ０个点 ， ４ ０行 。 Ｒ ４ 共 ８ Ｃ Ｔ的显示 方 式 为逐 行 “ 打点 ” 描 ， 扫 即先从 左 到 右 扫描 一 行 ， 扫 描 完一行 后 扫描下 一行 。 全部 扫 面完后 又 回到第 一 行 重新 扫描 ， 这一 过程称 为 一帧或 一场 。 Ｃ Ｔ显示 器一 秒钟 扫描 ６ Ｒ Ｏ帧左 右 ． Ｖ Ａ在 但 Ｇ 实 际工作 的时 候并 不 是 每行 扫 描 ６ ０个 点 ，每 场 ４
第 １ 卷 第 ５期 ２
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｎ ｏ ｇ ＥｌｃｒｃＰ ｗｅ ｏｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＳ ａ ｄ ｎ ｅ ｔｉ ｏ ｒＣ ｌｅ ｅ
自由的使用 。
６ ３
１１ Ｖ Ａ驱 动时 序软件 的设 计 ．１ Ｇ ．
软件 设计 有两 个状 态机 构成 ， 别 负责行 信 号 分
当 ｃ ｕ ｔｙ ６ ３ ｏ ｎ＿ ＝ ６ ，进 人行 同步 信 号 期 ， Ｇ Ｒ Ｂ输
人为 ０ Ｈ ＝ ； ， ｓ ０
当 ｃ ｕ ｔｙ ７ ９ ｏ ｎ＿ ＝ ５ ，进 入行 消 隐后 肩 ， Ｇ Ｒ Ｂ输 人
为 ０ Ｈｓ １ ， ＝ ；
当 ｃ ｕ ｔｙ ７ ９，一 行 扫描 结 束 ， Ｇ ｏ ｎ＿ ＝ ９ Ｒ Ｂ输 入 为
／
因此 必 须 严 格 按 按 照 Ｖ Ａ 的信 号 时 序来 驱 Ｇ
动 Ｃ Ｔ或者液 晶显示 器 。下 图为 Ｖ Ａ信 号时序 ： Ｒ Ｇ
VGA控制器IP核的FPGA实现
摘要： 随着高速图像处理的发展， ＶＧＡ 控制器 ＩＰ 核已成为 ＳｏＣ 芯片中的一个重要部件。这里介绍一种使用 ＦＰＧＡ 芯片实现对 ＶＧＡ 控制器的 Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ 设计方案。该方案采用 ＦＰＧＡ 设计 ＶＧＡ 接口以将要显示的数据直接送到显示器上， 加快了数据的处理速度， 提高 了系统的兼容性， 比同类控制器有着占用资源少、时钟延迟小等特点。
２ 标准 ＶＧＡ 显示原理概述
随 着 ＰＣ 机 的 不 断 更 新 换 代 ， 显 示 控 制 卡 （ 即 显 示 适 配 器 ） 的 标准也不断发展。从最初的 ＭＤＡ（ 单色显示适配器） →ＣＧＡ（ 彩色 图 形 显 示 适 配 器 ） →ＥＧＡ（ 增 强 型 图 形 适 配 器 ） →ＶＧＡ（ 视 频 图 形 阵列适配器） 。ＶＧＡ 是 ＩＢＭ 公司于 １９８７ 年推出的 ＰＣ 机第三代的 显示标准， 它的体系结构由显示存储器、图形控制器、ＣＲＴ 控制 器 、属 性 控 制 器 、定 序 器 、及 视 频 输 出 数 字 模 拟 转 换 器（ＤＡＣ）几 大 部分组成。ＶＧＡ 一改以前显示卡采用的数字视频信号输出， 而用 模拟视频信号输出， ＶＧＡ 卡内的 Ｄ／Ａ 转换器将数字信号转换为控 制 Ｒ、Ｇ、Ｂ 三原色的模拟信号， 使像素色 彩 变 化 非 常 平 滑 ， 更 适 合 人的视觉感受。
本设计采用altera公司生产的ep1c6q240c8芯片作为视频驱动电路的核心部分利用其含有的丰富的逻辑单元将需要用多个分立逻辑芯片实现的功能集成在一块芯片上简化了pcb设计使系统的成本大大降低也减少了故障发生的概率使整个系统变得更加简洁实用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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，STM32VGA display interface design based on FPGAAbstractAs 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,OLED1 绪论1.1 选题背景目前市场上应用最多的是液晶显示器，也即LCD显示器，这种显示器体积小，辐射低，它已经完全取代了过去体积笨重的CRT显示器。
现在LCD显示器已经应用到各个领域，如液晶电视，平板电脑等，尺寸也做的越来越大。
现在市面上比较常见的是40-60寸，能显示1920×1080的超高清画质，给人极致体验。
然而，在移动时代，人们也开始寻求体积小、重量轻、功耗低、能够显示高清晰度图像的便携式显示设备。
OLED 显示技术与传统的LCD 显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。
因而OLED可以做的很薄，能达到欧小于1毫米的厚度，而尺寸只有LCD的三分之一，并且重量更轻。
OLED 可以在很小的器件上显示密度很大，信息量极高的显示内容。
例如：在不足1平方英寸的面积上可以显示1024×768的像素密度。
OLED通过光学系统可以将图片放大成任意尺寸供人们观看。
可以放大成大屏幕的实象，也可以作成头戴式显示系统，将显示内容放大成虚象。
目前在OLED 的二大技术体系中，低分子OLED 技术为日本掌握，而高分子的PLEDLG 手机的所谓OEL 就是这个体系，技术及专利则由英国的科技公司CDT 掌握，两者相比PLED 产品的彩色化上仍有困难。
而低分子OLED则较易彩色化，不久前三星就发布了65530 色的手机用OLED。
不过，虽然将来技术更优秀的OLED 会取代TFT 等LCD，但有机发光显示技术还存在使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。
目前采用OLED 的主要是三星如新上市的SCH-X339 就采用了256 色的OLED，至于OEL 则主要被LG采用在其CU8180 8280 上我们都有见到。
OLED采用的是固态机构，与采用液态晶体的LCD相比，具有更好的抗震性，不怕摔。
在头戴式设备越来越广泛的今天，OLED得到广泛应用，它能显示清晰鲜亮的全彩显示，具有超低的功耗等。
美国的eMagin率先将OLED应用于视频眼镜，随之，欧洲也推出超微OLED 显示屏的视频眼镜。
在国内，iTheater（爱现代）凭借优厚的研发实力率先推出了全球首款高分子超微OLED显示屏的视频眼镜。
1.2 目的和意义随着娱乐行业的发展，真人CS游戏越来越流行，各大娱乐场所、公园都有真人CS游戏的项目。
为了获得更高的游戏体验和感官享受，在真人CS游戏中，队员需要了解到战场的实时变化，清楚队员和自己的位置以达到更好的配合。
基于以上考虑，我们设计一种头戴式微型显示器系统，该系统选用带VGA接口的微型显示器OLED来显示这些信息。
OLED具有体积小，分辨率高、功耗低、颜色丰富等特点，非常适合随身佩戴。
而且OLED采用固体材质，不怕摔，能很好地应用于这种游戏。
1.3 研究现状目前VGA显示接口主要有两种设计方案，一种是用采用ARM9或者更高级别的平台，芯片上带有LCD控制器。
VGA接口的行场同步信号和LCD扫描式接口的同步信号相同。
因此通过设置LCD控制器的寄存器就能产生VGA接口所需要的行场同步信号。
再通过D/A数模转换器将数字信号转化成模拟信号。
下面以三星公司的S3C2410为例进行说明。
行场同步脉冲由LCD-CON2/3寄存器的HOZVAL和LINEVAL域产生，HOZVAL和LINEVAL的设置方式如公式（1）、（2）：HOZVAL=水平分辨率-1；（1）LINEVAL=垂直分辨率-1；（2）VCLK信号的频率由LCONCON1寄存器中的CLKVAL域决定。
VCLK和CLKVAL 的设置如下：VCLK（Hz）=HCLK/[(CLKVAL+1)×2] （3）场频率是VSYNC信号的频率，它与LCON-CON1和LCD-CON2/3/4寄存器的VSYNC、VB-PD、VFPD、LINEVAL、HSYNC、HBPD、HFPD、HOZVAL和CLKVAL 都有关系。
根据时序要求设置VM/VDEN信号作为VGA的VSYNC信号，VCLK信号作VGA 的HSYNC信号。
为得到合适的VM和VCLK波形，就要正确设置寄存器的值。
根据寄存器的值与VM和VCLK波形的关系，主要寄存器的值设置如下：HSPW=10，HBPD=100，HFPD=47，VSPW=1，VBPD=37，VFPD=4。
第二种方法是使用一些低端CPU，利用它们控制数字信号的输出，经过FPGA转化成模拟VGA信号，并由FPGA基于CPU上的定时器来产生精确的定时，满足VGA接口对时序的严格要求。
在以上方法中，第二种方法使用基于FPGA的VGA显示接口有着高度灵活性的优点，可以根据产品要求做一些不同的设计，用最小的成本达到系统的要求。
这是两种主流的VGA接口设计方案。
第一种方案仍然被大量采用，这种结构简单，易于实现，但是显示效果欠佳。
第二种方案采用FPGA使得电路比较复杂，这种方案在国外研究较早，国内才刚起步，市场上已经出现相关的产品，不过资料相对较少。
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。
虽然使用第一种方案具有更稳定的VGA 时序等优点，但设计和使用FPGA设计更具有以下优势:(1) 系统成本下降，产品更有价格优势；(2) FPGA 的灵活可编程性，利用其高达上百兆的工作频率来完成像素级的图像处理，丰富的I/O 资源可以外接大容量存储器等优点。
1.4 设计方案该系统采用的OLED+VGA+FPGA+STM32结构，见图1。
OLED显示技术是光电化学及材料科学领域内一个热门的研究课题，以其诸多优点被认为是下一代主流显示器件。
图1 系统框图VGA（video graphic array，显示绘图阵列）接口，作为一种标准显示接口被广泛采用。
一般的微型显示器也大多采用VGA接口。
随着工艺制造技术的发展，这种接口做的越来越小，能很好地满足微型显示器对于尺寸的要求。
FPGA能解决电子系统在小型化、低功耗、高可靠性上的问题，而且其具有开发周期短、芯片价格低廉等优势，使得FPGA越来越多地占有了ASIC（一种面向特定用户的需求的集成芯片）的市场，特别是在小批量、多品种的产品市场，FPGA往往成为首选。
使用FPGA设计有如下优势：（1）节约板上资源，使用芯片更少，布线难度降低；(2)在高速数据传输时，高频噪声干扰更小；(3) 利用FPGA(现场可编程门阵列)设计的VGA接口能将要显示的数据直接送至显示器，省去了计算机的处理步骤，加快了数据的处理速度，从而节约了硬件成本。
STM32系列是意法半导体公司基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核的处理器。
它提供了低成本的平台，拥有更少的引脚数目、降低的系统功耗等特点，同时提供优秀的计算性能和卓越的中断系统响应。
STM32系列产品在Cortex-M3架构上进行了改进，在提升性能的同时采用更高代码密度的Thumb-2指令集，STM32F103的时钟频率能达到70MHz，是同类产品中性能最高的产品，性能较一般的单片机有很大的提升。
拥有从256k到512k的闪存程序存储器，高达64k字节的SRAM。
1.5论文的工作和安排在撰文之前大量阅读了FPGA和VGA显示的有关资料，学习了相关的硬件知识和原理知识。