内容摘要：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。
关键词：可编程逻辑器件 VGA 图像控制器
前言
现在社会，以计算机技术为核心的信息技术飞速发展，以及信息的爆炸式增长，人们获得很大一部分的视觉信息是从各种电子显示设备上获得的,为此对电子显示设备的要求也越来越高,在这些因素影响下,显示技术也取得了快速发展。1987年IBM推出了一种高分辨率的视频传输标准即VGA（视频图形阵列），其具备显示速度快，分辨率高，和丰富的颜等特点。被广泛应用于彩显示领域。使用VGA显示控制器的FPGA设计有着高度的灵活性，并能够根据不同类型，规模，和不同的适用场合，尤其是工业产品，做一些特殊的设计，用最低的价格，满足系统的要求，并能解决一般显示控制器本身固有的一些点。
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将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，在图像数据中的芯片需要不断的信号控制，所以造成芯片的资源浪费，系统还需要依靠计算机，从而减少了系统的灵活性。采用FPGA芯片和EDA设计方法，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。
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。
中小企业erp
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。
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。
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，比较重要的是闽北红菇3根RGB彩分量信号和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:
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(R)、红基(B)、绿基(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。
1.3 VGA显示原理
VGA显示的图像原理：常见之彩显示器，一般由CRT(即：阴极射线管)构成。彩则由R，G，B(红：RED，绿：GREEN，蓝：BLUE这三基够成。显示则采取逐行扫描得方式解决，使得从阴极射线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，三基的彩像素。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、阿基米德螺线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中国领土争端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(尤里西斯约为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]。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议