VGA彩條信號顯示控制

一、實驗?zāi)康?#xff1a;

1. 熟練掌握 Verilog HDL語言和QuartusII 軟件的使用；

2. 理解狀態(tài)機的工作原理和設(shè)計方法；

3. 熟悉 VGA 接口協(xié)議規(guī)范。

4.通過對VGA接口的顯示控制設(shè)計，理解VGA接口的時序工作原理，掌握通過計數(shù)器產(chǎn)生時序控制信號的方法以及用MEGEFUNCTION制作鎖相環(huán)的方法。

實驗原理

顯示控制原理

常見的彩色顯示器一般由陰極射線管(CRT)構(gòu)成，彩色由GRB(Green Red Blue)基色組成。顯示采用逐行掃描的方式解決，陰極射線槍發(fā)出電子束打在涂有熒光粉的熒光屏上，產(chǎn)生GRB基色，合成一個彩色像素。掃描從屏幕的左上方開始，從左到右，從上到下，逐行掃描，每掃完一行，電子束回到屏幕的左邊下一行的起始位置，在這期間，CRT、對電子束進行消隱，每行結(jié)束時，用行同步信號進行行同步；掃描完所有行，用場同步信號進行場同步，并使掃描回到屏幕的左上方，同時進行場消隱，并預(yù)備進行下一次的掃描。

2、VGA時序信號

計算機內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，被顯卡中的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B 三原色信號和行、場同步信號，信號通過電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。對于模擬顯示設(shè)備，如模擬CRT 顯示器，信號被直接送到相應(yīng)的處理電路，驅(qū)動控制顯像管生成圖像。設(shè)計 VGA 控制器的關(guān)鍵是產(chǎn)生符合VGA 接口協(xié)議規(guī)定的行同步和場同步信號，它們的時序關(guān)系如下圖所示：

h_sync：水平同步信號(負脈沖)，每個水平掃描周期顯示器刷新一行；

v_sync：垂直同步信號(負脈沖)，每個垂直掃描周期顯示器刷新一幀；

行同步信號(HS)場同步信號(VS)時序名稱時鐘數(shù)(像素數(shù))時序名稱行數(shù)前沿16前沿10行同步96場同步2數(shù)據(jù)640數(shù)據(jù)480后沿48后沿33總像素數(shù)800總行數(shù)525

按照每秒60幀的刷新速度來計算，所需要的時鐘頻率為：

頻率＝60Hz(幀數(shù))×525(行)×800(每一行像素數(shù))＝25.2MHz

所以我們通過開發(fā)系統(tǒng)的50MHz時鐘資源，通過時鐘分頻產(chǎn)生25MHz的頻率即可。雖然沒有達到精確的25.2MHz的時鐘頻率(刷新率可能會是59Hz)，但是并不會造成影響。

3、VGA顯示器的工作過程

以屏幕左上角的那個像素作為原點(1,1)。當(dāng)顯示器接收到控制器輸出的v_sync信號，則開始一個新的垂直刷新循環(huán)，同時控制器輸出h_sync信號。當(dāng)經(jīng)過P+Q=1.084ms的時間后，準(zhǔn)備開始水平刷新循環(huán)，當(dāng)h_sync信號的下降沿到來時，即開始刷新第一行(行數(shù)加1)。再經(jīng)過B+C = 5.66?s的時間后，開始刷新第一行的第一個像素(列數(shù)加1)，并按照所需的時鐘頻率，刷新此行中其余像素。直到顯示器接收到下一個h_sync信號，又開始刷新第二行。

重復(fù)此過程，直到刷新到屏幕的底部。當(dāng)刷新了最下面一行的最后一個像素后，顯示器即完成了一幀的刷新，控制器又輸出v_sync信號，顯示器又開始一個新的垂直刷新循環(huán)。

實驗內(nèi)容：

輸入源程序；

2.全程編譯；

3.時序仿真；

引腳鎖定；

5.編譯文件下載；

四、最終硬件測試結(jié)果：

實驗體會：

通過對EDA課程的學(xué)習(xí)，我對電路的軟件和硬件方面的知識有了進一步的了解，至少對于QuartusII經(jīng)歷了由陌生到熟悉應(yīng)用的過程，這次VGA實驗是我本科到現(xiàn)在做過的最有意思的實驗之一。剛開始實驗時，簡單地認為實驗是簡單而愉快的。但在一次上課時老師的一句幽默“我很欣慰，果然沒有一個人理解了狀態(tài)機的設(shè)計”讓我認識到自己的淺薄與無知。狀態(tài)機和系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)時在我的腦海里就是一團亂麻，“剪不斷，理還亂”。這都什么跟什么啊，我突然意識到我是不是跟我的學(xué)科脫節(jié)啦，所以，我決定在本科的有限時間里多動手實驗、學(xué)習(xí)，努力去發(fā)現(xiàn)自己的不足，于是我申請進了學(xué)院的實驗室學(xué)習(xí)，感覺這門課對我的影響還是恨大的，張老師質(zhì)樸的教學(xué)方式和把我們當(dāng)成自己孩子的教誨，讓我很是欣慰。在這次課程以前從來沒有了解過VGA的顯示原理和工作模式，剛開始學(xué)習(xí)的時候覺得非常茫然，不知道從何處下手。在老師的引導(dǎo)下，我按照實驗的整體過程，先看了課本，了解了VGA顯示和時序控制的相關(guān)原理。于是明白這次實驗設(shè)計的重點就是VGA時序控制模塊的設(shè)計。再仔細分析時序關(guān)系，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，同步區(qū)、顯示區(qū)、消隱區(qū)時計數(shù)器的數(shù)值，便可很方便的編出程序。雖然在實驗中也遇到了各種各樣的問題，但最終都一一解決，也更讓我體會到實驗中的樂趣。同時，通過VGA顯示實驗，我加深了對EDA技術(shù)的理解，初步掌握了QuartusII軟件圖形編輯的使用。我接觸了使用VHDL編程的一些基本技術(shù)和方法，初步掌握QuartusII軟件的使用方法、進一步熟悉了數(shù)字系統(tǒng)VHDL設(shè)計

總結(jié)

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