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基于DE2-115平台的VGA显示
2022-06-13 04:05:00 【可小阿木】
一：VGA介绍
VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。VGA接口即电脑采用VGA标准输出数据的专用接口。VGA接口共有15针，分成3排，每排5个孔，显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。
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3根RGB彩色分量信号和2根扫描同步信号HSYNC和VSYNC针。VGA接口中彩色分量采用RS343电平标准。RS343电平标准的峰值电压为1V。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。有些不带VGA接口而带有DVI(Digital Visual Interface数字视频接口）接口的显卡，也可以通过一个简单的转接头将DVI接口转成VGA接口，通常没有VGA接口的显卡会附赠这样的转接头。
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/D两次转换后，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。
二：VGA显示彩色条纹
该部分使用的是EP4CE115F29C7
代码实现
module VGA_colorbar_test(
OSC_50, //原CLK2_50时钟信号
VGA_CLK, //VGA自时钟
VGA_HS, //行同步信号
VGA_VS, //场同步信号
VGA_BLANK, //复合空白信号控制信号 当BLANK为低电平时模拟视频输出消隐电平，此时从R9~R0,G9~G0,B9~B0输入的所有数据被忽略
VGA_SYNC, //符合同步控制信号 行时序和场时序都要产生同步脉冲
VGA_R, //VGA绿色
VGA_B, //VGA蓝色
VGA_G); //VGA绿色
input OSC_50; //外部时钟信号CLK2_50
output VGA_CLK,VGA_HS,VGA_VS,VGA_BLANK,VGA_SYNC;
output [7:0] VGA_R,VGA_B,VGA_G;
parameter H_FRONT = 16; //行同步前沿信号周期长
parameter H_SYNC = 96; //行同步信号周期长
parameter H_BACK = 48; //行同步后沿信号周期长
parameter H_ACT = 640; //行显示周期长
parameter H_BLANK = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK; //行空白信号总周期长
parameter H_TOTAL = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK+H_ACT; //行总周期长耗时
parameter V_FRONT = 11; //场同步前沿信号周期长
parameter V_SYNC = 2; //场同步信号周期长
parameter V_BACK = 31; //场同步后沿信号周期长
parameter V_ACT = 480; //场显示周期长
parameter V_BLANK = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK; //场空白信号总周期长
parameter V_TOTAL = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK+V_ACT; //场总周期长耗时
reg [10:0] H_Cont; //行周期计数器
reg [10:0] V_Cont; //场周期计数器
wire [7:0] VGA_R; //VGA红色控制线
wire [7:0] VGA_G; //VGA绿色控制线
wire [7:0] VGA_B; //VGA蓝色控制线
reg VGA_HS;
reg VGA_VS;
reg [10:0] X; //当前行第几个像素点
reg [10:0] Y; //当前场第几行
reg CLK_25;
[email protected](posedge OSC_50)begin
CLK_25=~CLK_25; //时钟
end
assign VGA_SYNC = 1'b0; //同步信号低电平
assign VGA_BLANK = ~((H_Cont<H_BLANK)||(V_Cont<V_BLANK)); //当行计数器小于行空白总长或场计数器小于场空白总长时，空白信号低电平
assign VGA_CLK = ~CLK_to_DAC; //VGA时钟等于CLK_25取反
assign CLK_to_DAC = CLK_25;
[email protected](posedge CLK_to_DAC)begin
if(H_Cont<H_TOTAL) //如果行计数器小于行总时长
H_Cont<=H_Cont+1'b1; //行计数器+1
else H_Cont<=0; //否则行计数器清零
if(H_Cont==H_FRONT-1) //如果行计数器等于行前沿空白时间-1
VGA_HS<=1'b0; //行同步信号置0
if(H_Cont==H_FRONT+H_SYNC-1) //如果行计数器等于行前沿+行同步-1
VGA_HS<=1'b1; //行同步信号置1
if(H_Cont>=H_BLANK) //如果行计数器大于等于行空白总时长
X<=H_Cont-H_BLANK; //X等于行计数器-行空白总时长 （X为当前行第几个像素点）
else X<=0; //否则X为0
end
[email protected](posedge VGA_HS)begin
if(V_Cont<V_TOTAL) //如果场计数器小于行总时长
V_Cont<=V_Cont+1'b1; //场计数器+1
else V_Cont<=0; //否则场计数器清零
if(V_Cont==V_FRONT-1) //如果场计数器等于场前沿空白时间-1
VGA_VS<=1'b0; //场同步信号置0
if(V_Cont==V_FRONT+V_SYNC-1) //如果场计数器等于行前沿+场同步-1
VGA_VS<=1'b1; //场同步信号置1
if(V_Cont>=V_BLANK) //如果场计数器大于等于场空白总时长
Y<=V_Cont-V_BLANK; //Y等于场计数器-场空白总时长 （Y为当前场第几行）
else Y<=0; //否则Y为0
end
reg valid_yr;
[email protected](posedge CLK_to_DAC)begin
if(V_Cont == 10'd32) //场计数器=32时
valid_yr<=1'b1; //行输入激活
else if(V_Cont==10'd512) //场计数器=512时
valid_yr<=1'b0; //行输入冻结
end
wire valid_y=valid_yr; //连线
reg valid_r;
[email protected](posedge CLK_to_DAC)begin
if((H_Cont == 10'd32)&&valid_y) //行计数器=32时
valid_r<=1'b1; //像素输入激活
else if((H_Cont==10'd512)&&valid_y) //行计数器=512时
valid_r<=1'b0; //像素输入冻结
end
wire valid = valid_r; //连线
assign x_dis=X; //连线X
assign y_dis=Y; //连线Y
// reg[7:0] char_bit;
// [email protected](posedge CLK_to_DAC)
// if(X==10'd144)char_bit<=9'd240; //当显示到144像素时准备开始输出图像数据
// else if(X>10'd144&&X<10'd384) //左边距屏幕144像素到416像素时 416=144+272（图像宽度）
// char_bit<=char_bit-1'b1; //倒着输出图像信息
reg[29:0] vga_rgb; //定义颜色缓存
[email protected](posedge CLK_to_DAC) begin
if(X>=0&&X<200)begin //X控制图像的横向显示边界：左边距屏幕左边144像素 右边界距屏幕左边界416像素
vga_rgb<=30'hffffffffff; //白色
end
else if(X>=200&&X<400)begin
vga_rgb<=30'hf00ff65f1f;
end
else if(X>=400&&X<600)begin
vga_rgb<=30'h9563486251;
end
else begin
vga_rgb<=30'h5864928654;
end
end
assign VGA_R=vga_rgb[23:16];
assign VGA_G=vga_rgb[15:8];
assign VGA_B=vga_rgb[7:0];
endmodule
另一种写法(该部分使用了EP4CE6F17C8)：
使用不同的分辨率可以定义一个文件保存
`define vga_640_480
`define vga_1920_1080
`define vga_1024_768
`ifdef vga_640_480
//执行操作A
`define H_Right_Border 8
`define H_Front_Porch 8
`define H_Sync_Time 96
`define H_Back_Porch 40
`define H_Left_Border 8
`define H_Data_Time 640
`define H_Total_Time 800
`define V_Bottom_Border 8
`define V_Front_Porch 2
`define V_Sync_Time 2
`define V_Back_Porch 25
`define V_Top_Border 8
`define V_Data_Time 480
`define V_Total_Time 525
`elsif vga_1920_1080
//执行操作B
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 88
`define H_Sync_Time 44
`define H_Back_Porch 148
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 1920
`define H_Total_Time 2200
`define V_Bottom_Border 0
`define V_Front_Porch 4
`define V_Sync_Time 5
`define V_Back_Porch 36
`define V_Top_Border 0
`define V_Data_Time 1080
`define V_Total_Time 1125
`elsif vga_1024_768
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 24
`define H_Sync_Time 136
`define H_Back_Porch 160
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 1024
`define H_Total_Time 1344
`define V_Bottom_Border 0
`define V_Front_Porch 3
`define V_Sync_Time 6
`define V_Back_Porch 29
`define V_Top_Border 0
`define V_Data_Time 768
`define V_Total_Time 806
`else
`endif
VAG驱动
`define vga_640_480
`include "vga_para.v"
module vga_ctrl(
input clk ,//时钟信号 //25.2MHZ
input rst_n ,//复位信号
input [23:0] data_disp ,
output reg [10:0] h_addr ,//数据有效显示区域行地址
output reg [10:0] v_addr ,//数据有效显示区域场地址
output reg vsync ,
output reg hsync ,
output reg [7 :0] vga_r ,
output reg [7 :0] vga_b ,
output reg [7 :0] vga_g ,
output wire vga_blk ,
output wire vga_sync ,
output reg vga_clk //25.2MHZ
);
//参数定义
parameter H_SYNC_START = 1,
H_SYNC_STOP = `H_Sync_Time ,
H_DATA_START = `H_Sync_Time + `H_Back_Porch + `H_Left_Border,
H_DATA_STOP = `H_Sync_Time + `H_Back_Porch + `H_Left_Border + `H_Data_Time,
V_SYNC_START = 1,
V_SYNC_STOP = `V_Sync_Time,
V_DATA_START = `V_Sync_Time + `V_Back_Porch + `V_Top_Border,
V_DATA_STOP = `V_Sync_Time + `V_Back_Porch + `V_Top_Border + `V_Data_Time;
//信号定义
reg [11:0] cnt_h_addr ;//行地址计数器
wire add_h_addr ;
wire end_h_addr ;
reg [11:0] cnt_v_addr ;//长地址计数器
wire add_v_addr ;
wire end_v_addr ;
assign vga_sync = 1'b0;
assign vga_blk = ~((cnt_h_addr<`H_Front_Porch + `H_Sync_Time + `H_Back_Porch)||(cnt_v_addr<`V_Front_Porch + `V_Sync_Time + `V_Back_Porch));
[email protected](posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
cnt_h_addr <= 12'd0;
end
else if(add_h_addr)begin
if(end_h_addr)begin
cnt_h_addr <= 12'd0;
end
else begin
cnt_h_addr <= cnt_h_addr + 12'd1;
end
end
else begin
cnt_h_addr <= 12'd0;
end
end
assign add_h_addr = 1'b1;
assign end_h_addr = add_h_addr && cnt_h_addr == `H_Total_Time - 1;
[email protected](posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
cnt_v_addr <= 12'd0;
end
else if(add_v_addr)begin
if(end_v_addr)begin
cnt_v_addr <= 12'd0;
end
else begin
cnt_v_addr <= cnt_v_addr + 12'd1;
end
end
else begin
cnt_v_addr <= cnt_v_addr;
end
end
assign add_v_addr = end_h_addr;
assign end_v_addr = add_v_addr && cnt_v_addr == `V_Total_Time - 1;
//行场同步信号
[email protected](posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
hsync <= 1'b1;
end
else if(cnt_h_addr == H_SYNC_START - 1)begin
hsync <= 1'b0;
end
else if(cnt_h_addr == H_SYNC_STOP - 1)begin
hsync <= 1'b1;
end
else begin
hsync <= hsync;
end
end
[email protected](posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
vsync <= 1'b1;
end
else if(cnt_v_addr == V_SYNC_START - 1)begin
vsync <= 1'b0;
end
else if(cnt_v_addr == V_SYNC_STOP - 1)begin
vsync <= 1'b1;
end
else begin
vsync <= vsync;
end
end
[email protected](posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
vga_clk =0;
end
else begin
vga_clk = ~vga_clk;
end
end
//数据有效显示区域定义
[email protected](posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
h_addr <= 11'd0;
end
else if((cnt_h_addr >= H_DATA_START - 1) &&( cnt_h_addr <= H_DATA_STOP - 1))begin
h_addr <= cnt_h_addr - H_DATA_START - 1;
end
else begin
h_addr <= 11'd0;
end
end
[email protected](posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
v_addr <= 11'd0;
end
else if((cnt_v_addr >= V_DATA_START - 1) && (cnt_v_addr <= V_DATA_STOP - 1))begin
v_addr <= cnt_v_addr - V_DATA_START -1;
end
else begin
v_addr <= 11'd0;
end
end
//显示数据
[email protected](posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
vga_r <= 8'b0;
vga_g <= 8'b0;
vga_b <= 8'b0;
end
else if((cnt_h_addr >= H_DATA_START - 1) &&( cnt_h_addr <= H_DATA_STOP - 1)
&& (cnt_v_addr >= V_DATA_START - 1) && (cnt_v_addr <= V_DATA_STOP - 1))begin
vga_r <= data_disp[23:16];
vga_g <= data_disp[15: 8];
vga_b <= data_disp[7 : 0];
end
else begin
vga_r <= 8'b0;
vga_g <= 8'b0;
vga_b <= 8'b0;
end
end
endmodule
生成数据
module data_gen(
input clk ,//时钟信号
input rst_n ,//复位信号
input [10:0] h_addr ,//数据有效显示区域地址
input [10:0] v_addr ,//数据有效显示区域地址
output reg [23:0] data_disp
);
//参数定义
parameter BLACK = 24'h000000,
RED = 24'hFF0000,
GREEN = 24'h00FF00,
BLUE = 24'h0000FF,
YELLOW = 24'hFFFF00,
SKY_BULE = 24'h00FFFF,
PURPLE = 24'hFF00FF,
GREY = 24'hC0C0C0,
WIGHT = 24'hFFFFFF;
[email protected](posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
data_disp <= BLACK;
end
else begin
case(h_addr)
0 : data_disp <= RED;
80 : data_disp <= GREEN;
160: data_disp <= BLUE;
240: data_disp <= YELLOW;
320: data_disp <= SKY_BULE;
400: data_disp <= PURPLE;
480: data_disp <= GREY;
560: data_disp <= WIGHT;
default:data_disp <= data_disp;
endcase
end
end
endmodule
顶层文件
module vga_top(
input clk ,//时钟信号
input rst_n ,//复位信号
output wire vsync ,
output wire hsync ,
output wire [7 :0] vga_r ,
output wire [7 :0] vga_b ,
output wire [7 :0] vga_g ,
output vga_blk ,
output wire vga_sync ,
output vga_clk
);
wire [23:0] data_disp ;
wire [10:0] h_addr ;
wire [10:0] v_addr ;
data_gen u_data_gen(
.clk (vga_clk ),//时钟信号
.rst_n (rst_n ),//复位信号
.h_addr (h_addr ),//数据有效显示区域地址
.v_addr (v_addr ),//数据有效显示区域地址
.data_disp (data_disp )
);
vga_ctrl u_vga_ctrl(
.clk (clk ),//时钟信号 25.2MHZ
.rst_n (rst_n ),//复位信号
.data_disp (data_disp ),
.h_addr (h_addr ),//数据有效显示区域行地址
.v_addr (v_addr ),//数据有效显示区域场地址
.vsync (vsync ),
.hsync (hsync ),
.vga_r (vga_r ),
.vga_b (vga_b ),
.vga_g (vga_g ),
.vga_blk (vga_blk ),
.vga_sync (vga_sync ),
.vga_clk (vga_clk )
);
endmodule
显示效果：
三：总结
FPGA对于学习很深入的人来说很简单，对于我们这种没有参加培训的人来说还是有难度的，不过看着代码慢慢一步一步来慢慢做的话还是可以做出来的
四：参考
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/117441000
https://blog.csdn.net/qq_40147893/article/details/108342484
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