FPGA控制VGA

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。

用FPGA控制VGA显示图形和响应PS/2键盘摘要：本设计实现了FPGA对VGA和PS/2键盘的控制。

可以响应键盘的按键控制VGA显示字符和图片，并具有简单的文本编辑功能，包括光标移动、删除、换行、背景颜色变换等，借助片内rom存储器存储图片像素信息。

本设计的硬件平台为实验室已有的Cyclone II开发板， FPGA的器件全称为EP2C35F672C6。

设计采用Verilog HDL语言进行基本模块的编写，采用原理图输入方式进行顶层模块和ROM存储器的设计，开发环境为Quartus II8.1。

一设计原理(1) 用FPGA进行VGA时序控制的基本原理VGA显示器因为其输出信息量大，输出形式多样等特点已经成为现在大多数设计的常用输出设备，FPGA以其结构的优势可以使用很少的资源产生VGA的各种控制信号。

VGA显示器总共需要五根信号线，分别为R\G\Ｂ三原色信号和行同步(HSYNC)、场同步(VSYNC)信号。

在通用的标准中，VGA的像素输出频率为25.175 MHz，行频率是31.496 KHz，场频率是59.94 Hz。

分辨率为640*480，即每行显示640个像素，每场显示480行。

这640*480是显示器的有效显示区(Visible area)，除此之外，还有行、场消隐区(Back Porch)，以及行、场同步区（Sync Pulse）以实现行列的同步操作。

[1]如果利用实验室的液晶屏，可以增加分辨率至800*600，在这个标准下屏幕的刷新频率设为72Hz，行频率是48.08KHz。

FPGA需实现的扫描时序如下图：用FPGA实现VGA时序的原理：本设计的硬件平台为Altera公司的Cyclone II系列NIOS开发板(The Nios Development Board, Cyclone II Edition)，所用的FPGA是Altera Cyclone II系列器件中的EP2C35F672C6，它具有483,840bit的嵌入式存储器;33216个逻辑单元(LE); 105个M4K RAM Block。

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。

VGA一、设计目的1、利用VHDL语言的描述方法进行设计完成VGA显示的系统设计；2、自行选择VGA显示模式；3、通过FPGA产生VGA Monitor的控制时序；4、通过FPGA产生彩条图形，在VGA显示器上显示；5、扩展要求：可以在拨动开关控制下，通过FPGA+VGA接口的系统在屏幕上显示不同图像。

二、设计原理1、VGA简要介绍显示绘图阵列（video graphic array，VGA）接口是LCD液晶显示设备的标准接口，大多应用在显示器与显卡之间，同时还可以用在等离子电视输入图像的模数转换上。

VGA显示输出RGB三原色信号，RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色，目前在图像显示领域中应用非常广泛。

2、VGA的显示特点（1）扫描格式繁多，分辨率从320×200一直延伸到1280×102，行频15.8~70Hz，场频50~100Hz。

常见的行频有31.4Hz，37.8Hz，57.9Hz，62.5Hz 等，常见场频有50Hz，60Hz，70Hz，100Hz，16700K之分。

（2）显示器的显示方式有两种：A/N显示方式和APA显示方式，即文本显示方式和图形显示方式。

A/N方式已淘汰不用，目前微机都采用APA图形方式。

（3）VGA接口为显示器提供两类信号，一类是数据信号，一类是控制信号。

数据信号包括红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）信号，简称RGB信号，控制信号包括水平同步信号和垂直同步信号。

输出不同分辨率时，水平同步信号和垂直同步信号的频率也不相同。

3、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)三种基色组成。

显示是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。

用verilog编写fpga的vga显示（ｚ）VGA工业标准是640x480x60Hz，主要有5个信号，即三个颜色信号R/G/B、行同步信号HS和场同步信号VS。

它是从左上角开始一行接一行的扫描，扫描完一屏后又回到左上角扫描。

标准要求是场频59.94Hz，行频31469Hz，时钟频率25.175MHz这是Altera的DE2开发板上自带的演示程序。

可以先搜一下VGA工业标准的时序图，再看这个代码就会很简单，就不注释了。

弄清楚行同步、场同步、前肩、后肩，一切都easymodule VGA_Controller( // Host SideiRed,iGreen,iBlue,oRequest,// VGA SideoVGA_R,oVGA_G,oVGA_B,oVGA_H_SYNC,oVGA_V_SYNC,oVGA_SYNC,oVGA_BLANK,oVGA_CLOCK,// Control SignaliCLK,iRST_N );`include "VGA_Param.h"// Host Sideinput [9:0] iRed;input [9:0] iGreen;input [9:0] iBlue;output reg oRequest;// VGA Sideoutput [9:0] oVGA_R;output [9:0] oVGA_G;output [9:0] oVGA_B;output reg oVGA_H_SYNC;output reg oVGA_V_SYNC;output oVGA_SYNC;output oVGA_BLANK;output oVGA_CLOCK;// Control Signalinput iCLK;input iRST_N;// Internal Registers and Wiresreg [9:0] H_Cont;reg [9:0] V_Cont;reg [9:0] Cur_Color_R;reg [9:0] Cur_Color_G;reg [9:0] Cur_Color_B;wire mCursor_EN;wire mRed_EN;wire mGreen_EN;wire mBlue_EN;assign oVGA_BLANK = oVGA_H_SYNC & oVGA_V_SYNC;assign oVGA_SYNC = 1'b0;assign oVGA_CLOCK = iCLK;assign oVGA_R = ( H_Cont>=X_START && H_Cont<X_START+H_SYNC_ACT && V_Cont>=Y_START && V_Cont<Y_START+V_SYNC_ACT )? iRed : 0;assign oVGA_G = ( H_Cont>=X_START && H_Cont<X_START+H_SYNC_ACT && V_Cont>=Y_START && V_Cont<Y_START+V_SYNC_ACT )? iGreen : 0;assign oVGA_B = ( H_Cont>=X_START && H_Cont<X_START+H_SYNC_ACT && V_Cont>=Y_START && V_Cont<Y_START+V_SYNC_ACT )? iBlue : 0;// Pixel LUT Address Generatoralways@(posedge iCLK or negedge iRST_N)beginif(!iRST_N)oRequest <= 0;elsebeginif( H_Cont>=X_START-2 && H_Cont<X_START+H_SYNC_ACT-2 &&V_Cont>=Y_START && V_Cont<Y_START+V_SYNC_ACT )oRequest <= 1;elseoRequest <= 0;endend// H_Sync Generator, Ref. 25.175 MHz Clockalways@(posedge iCLK or negedge iRST_N)if(!iRST_N)beginH_Cont <= 0;oVGA_H_SYNC <= 0;endelsebegin// H_Sync Counterif( H_Cont < H_SYNC_TOTAL )H_Cont <= H_Cont+1;elseH_Cont <= 0;// H_Sync Generatorif( H_Cont < H_SYNC_CYC )oVGA_H_SYNC <= 0;elseoVGA_H_SYNC <= 1;endend// V_Sync Generator, Ref. H_Sync always@(posedge iCLK or negedge iRST_N) beginif(!iRST_N)beginV_Cont <= 0;oVGA_V_SYNC <= 0;endelsebegin// When H_Sync Re-startif(H_Cont==0)begin// V_Sync Counterif( V_Cont < V_SYNC_TOTAL )V_Cont <= V_Cont+1;elseV_Cont <= 0;// V_Sync Generatorif( V_Cont < V_SYNC_CYC )oVGA_V_SYNC <= 0;elseoVGA_V_SYNC <= 1;endend endmodule显示器因为其输出信息量大，输出形式多样等特点已经成为现在大多数设计的常用输出设备。

FPGA（现场可编程门阵列）中的行同步信号和场同步信号是用于控制图像数据传输的信号。

行同步信号表示一行像素数据的起始和结束，而场同步信号表示一幅完整图像的开始和结束。

这些同步信号通常由图像采集设备生成，并作为输入信号传输到FPGA中。

在FPGA中，行同步信号和场同步信号可用于控制图像数据的读取和处理，以确保数据传输的正确性和完整性。

通过使用这些同步信号，FPGA可以准确地识别图像数据的起始和结束位置，以及处理每一行和整个图像的像素数据。

此外，FPGA还可以生成行场同步信号，以控制图像的显示或输出。

例如，VGA（视频图形阵列）接口中的行同步信号、场同步信号和像素时钟信号就是由FPGA生成的，用于控制VGA显示器的显示。

总而言之，行同步信号和场同步信号在FPGA图像处理中发挥着至关重要的作用，它们是确保图像数据正确传输和处理的关键因素。