FPGA入门系列实验教程——VGA彩色信号显示

FPGA入门系列实验教程——VGA彩色信号显示艾米电子工作室—让开发变得更简单 http://www.amy-studio.com FPGA 入门系列实验教程——VGA 彩色信号显示 1. 实验任务本实验是用 FPGA 来实现 VGA 图像控制器，控制显示器显示彩条信号，分别通过拨码开关选择显示横彩条、竖彩条和棋盘格。学习并掌握 VGA 图像显示控制器的设计。 2. 实验环境硬件实验环境为艾米电子工作室型号 EP2C8Q208C8 增强版开发套件。软件实验环境为 Quartus II 8.1 开发软件。 3. 实验原理 VGA（Vid...

艾米电子工作室—让开发变得更简单 http://www.amy-studio.com FPGA 入门系列实验教程——VGA 彩色信号显示 1. 实验任务本实验是用 FPGA 来实现 VGA 图像控制器，控制显示器显示彩条信号，分别通过拨码开关选择显示横彩条、竖彩条和棋盘格。学习并掌握 VGA 图像显示控制器的设计。 2. 实验环境硬件实验环境为艾米电子工作室型号 EP2C8Q208C8 增强版开发套件。软件实验环境为 Quartus II 8.1 开发软件。 3. 实验原理 VGA（Video Graphic Array）接口，即视频图形阵列，也叫 D-Sub 接口，是 15 针的梯形插头，分成 3 排，每排 5 个，传输模拟信号。VGA 接口采用非对称分布的 15 针连接方式，其工作原理：是将显存内以数字格式存储的图像（帧）信号在 RAMDAC 里经过模拟调制成模拟高频信号，然后再输出到显示设备成像。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，被显卡中的数字/模拟转换器转变为 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。对于模拟显示设备，如模拟 CRT 显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于 LCD、DLP 等数字显示设备，显示设备中需配置相应的Ａ/Ｄ（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。在经过Ｄ/Ａ和Ａ/Ｄ2 次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。VGA 接口应用于 CRT 显示器无可厚非，但用于连接液晶之类的显示设备，则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。VGA 接口的引脚分配如下图所示。艾米电子工作室—让开发变得更简单 http://www.amy-studio.com 按照 VGA 接头（15HD）的标准，各引脚的定义如下（按倒梯形来看，从上到下，从右到左分别是 1－5脚，6－10 脚，11—15 脚）： 1 ——Red——模拟信号“红” 2 ——Green——模拟信号“绿” 3 ——Blue——模拟信号“蓝” 4 ——ID Bit——地址码 5 ——N/C——自测试（各家定义不同） 6 ——R.GND——模拟信号“红”的接地端 7 ——G.GND——模拟信号“绿”的接地端 8 ——B.GND ——模拟信号“蓝”的接地端 9 ——No.——保留（各家定义不同） 10——GND ——数子信号的接地端 11——ID Bit——屏幕与主机之间的控制或地址码 12——ID Bit ——屏幕与主机之间的控制或地址码（用于一个主机多个显示屏） 13——H Sync—— 数字的水平行场信号 14——V Sync ——数字的垂直行场信号 15——N/C——地址码（各家定义不同）艾米电子工作室—让开发变得更简单 http://www.amy-studio.com 对于普通的 VGA 显示器，共有 5 个信号：R、G、B 三基色信号，行同步信号 HS 场同步信号 VS。对于时序驱动，VGA 显示器要严格遵循“VGA 工业标准”，即 600*480*60HZ 模式，否则可能会损害 VGA 显示器。VGA 的时序根据不同的显示分辨率和刷新频率会有变化，具体各种类型的时序信息可以参考下面的网站，这里非常详细的说明的每一种显示模式的 VGA 时序信息。http:// www.tinyvga.com/vga-timing。 4. 实验程序由于试验程序较长，为了节省篇幅，实验程序在本实验的工程中提供。 5. 实验步骤（1）建立新工程项目：打开 Quartus II 软件，进入集成开发环境，点击 File→New project wizard 建立一个工程项目 VGA。（2）建立文本编辑文件：点击 File→New..在该项目下新建 Verilog HDL 源程序文件 VGA.v，输入试验程序中的源程序代码保存后选择工具栏中的按钮启动编译，若在编译中发现错误，则找出并更正错误，直到编译成功为止。（3）选择器件型号及引脚的其他设置：选择所用的 FPGA 器件----EP2C8Q208C8，以及进行一些配置。选择配置器件 EPCS4，设置不需要使用的 IO 功能为 As inputs，tri-stated。点击两次 ok，回到主界面。（4）配置 FPGA 引脚：在 Quartus II 软件主页面下，选择 Assignments→Assignment Editor 或选择工具栏上按钮，配置 clk 及相关引脚。艾米电子工作室—让开发变得更简单 http://www.amy-studio.com （5）编译工程项目：在 Quartus II 主页面下，选择 Processing→Start Compilation 或点击工具栏上的按钮启动编译，直到出现“Full Compilation Report”对话框，点击 OK 即可。（6）波形仿真：由于本次试验比较简单，波形仿真将在后面实验详细讲解。（7）下载设计程序.sof 文件到目标 FPGA，下载采用 JTAG 方式（由于配置芯片擦写次数有限，实验均采用 JTAG 下载方式）。 6. 实验现象下载代码之后，直接可以驱动 VGA 显示，通过接口板上的拨码开关 8和 7 可以控制四种模式横条竖条棋盘格 A 棋盘格 B，例程参考了周立功的试验，这里表示感谢！艾米电子工作室—让开发变得更简单 http://www.amy-studio.com 实验教程配套开发板一览：了解详情登陆淘宝店铺: 艾米电子淘宝店：http://shop33537127.taobao.com/

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