VGA横竖彩条发生器课程设计总结报告.doc

专业 课程设计报告学 院 理学院 班 级 光电0611 姓 名 学 号 2006531025 成 绩 指导老师 2012年 3 月 20 日 集美大学课程设计总结报告 理 学院（系） 08 级 光电 专业 2012 年 3 月 20 日设计题目基于FPGA的VGA横竖彩条信号显示控制器学生姓名学号2008536014指导教师一、 选题目的和意义：利用FPGA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。VGA彩条信号发生器既可以用于调试彩色PDP电路,也可以用来作为PDP显示器的检测信号源。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。二、 主要研究内容：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。 三、 实验设计（相关原理框图）：1 VGA显示原理    VGA(Video Graphics Array)作为一种标准的显示接口得到了广泛的应用。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，而在应用中讨论的都是图形显示模式。    VGA的图形模式分为三类：CGA，EGA兼容的图形模式；标准VGA图形模式；VGA扩展图形模式，后两种图形模式统称为VGA图形模式。文中基于标准VGA模式来实现。工业标准的VGA显示模式为：640×480×16×60。    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信号时序    图2所示是计算机VGA(640×480，60 Hz)图像格式的信号时序图。图2中，V_sync为场同步信号，场周期TVSYNC=16683 ms，每场有525行，其中480行为有效显示行，45行为场消隐期。场同步信号Vs中每场有1个脉冲，该脉冲的低电平宽度tWV=63s(2行)。场消隐期包括场同步时间tWH、场消隐前肩tHV(13行)、场消隐后肩tVH(30行)，共45行。行周期THSYNC=3178s，每显示行包括 800点。其中，640点为有效显示区，160点为行消隐期(非显示区)。行同步信号Hs中每行有一个脉冲，该脉冲的低电平宽度tWV=381 s(即96个DCK)；行消隐期包括行同步时间tWH，行消隐前肩tHC(19个DCLK)和行消隐后肩tCH(45个DCLK)，共160个点时钟。复合消隐信号是行消隐信号和场消隐信号的逻辑与，在有效显示期复合消隐信号为高电平，在非显示区域它是低电平。3 VGA时序信号及彩条信号产生模块设计31 VGA时序信号产生模块     VGA时序信号产生模块包括行点数计数器h_cnt、场行数计数器v_cnt、行同步产生状态机h_state和场同步产生状态机v_state等。其中，行点数计数器是800进制计数器，场行数计数器是525进制计数器。行同步状态机h_state有h_video，h_front，h_sync， h_back四种状态，它根据行点数计数器的计数值来进行状态转换；场同步状态机v_state有v_video，v_Front，v_sync， v_Back四种状态，它根据场行数计数器的计数值来进行状态翻转。这两个状态机的状态转移图分别如图3和图4所示。    当行状态机h_state复位时，即进入h_video状态，它对应每行的有效显示区域。行计数器h_cnt对25 MHz的点时钟进行计数，当行计数器h_cnt的计数值到达639时，行同步状态机即进入行消隐前肩h_front状态；当h_cnt的计数值为663 时，行同步状态机进入行同步状态h_sync，此时，行同步信号Hs输出低电平。当h_cnt的计数值为759时，状态机即进入行消隐后肩h_back状态；当行状态机为h_front，h_sync，h_back状态时，行消隐信号输出低电平。当h_cnt的计数值为799时，行同步状态机进人 h_video状态，同时，行计数器的同步复位信号为高电平，使行计数器复位。    场状态机v_state开始时进入v_video状态，对应每场的有效显示行，场计数器v_cnt的计数值每行加1。当场计数器的计数值到达479时，场状态机翻转，进入场消隐前肩v_ront状态；当v_cnt的值为497时，状态机v_state进入场同步状态v_sync，场同步信号Vs此时输出低电平；当v_cnt的值为499时，状态机v_state进入场消隐后肩v_back状态；当v_cnt的值为524时，状态机v_state又翻转进入 v_video状态，同时输出高电平到场计数器v_cnt的同步清零端使其清零。当场状态机v_state的状态为v_Front，v_sync， v_Back三种状态时，场消隐信号输出低电平，其余时刻为高电平。行、场消隐信号的逻辑与即为复合消隐信号。32 VGA彩条信号产生模块    彩条信号产生模块包括了彩条模式控制、竖彩条发生和横彩条发生等三个模块。竖彩条发生模块根据行点数器h_cnt的计数值来产生彩条，其流程图如图5所示。它对行点数计数器的数值进行判断，每80条竖线生成一种竖彩条，共8种竖彩条横彩条发生模块与竖彩条发生模块相似。它根据场行数计数器v_cnt的计数值来产生横彩条，流程图如图6所示。每60条扫描线为一个彩条宽度，共8种横彩条模式。计数器mode的值又决定着输出彩条信号的类型，当mode为0 时，输出的彩条为竖彩条；当mode为1时，输出的彩条横彩条。四、设计的方法及步骤：设计程序框架，确定信号走向图，确定输入输出口命名规则。2. 编写程序。3. 调试并编译程序。4. 设置输入输出的硬件端口。5. 设置好芯片板的选项，然后将程序写入芯片，并运行。6观察并记录运行情况，做进一步调整。五、结果及讨论：( 程序主要部分清单独一页附上 )对上述分析的两个模块，已经用Quartus软件进行仿真验证，并得到正确的仿真图形。通过了软件的测试，设计进入了最终阶段硬件的调试与通过，本设计采取的是FPGA开发板，图7就是FPGA开发板的实物图，将程序写入PC机经过FPGA芯片在VGA接口处输出数据，并显示在CRT显示器中。图 8，图9就是设计出的8种彩色条纹输出显示控制器设计的最终输出结果。六、指导教师的意见： 签名：年 月 日成绩评定 (优、良、中、及格、不及格)：