VGA彩条信号显示控制器设计

桂林电子科技大学实训专用纸编号：EDA技术实训实训(论文)说明书题目：VGA彩条信号显示控制器设计院（系）：信息与通信学院专业：电子信息工程学生姓名：邱俊凯学号：1001130126指导教师：付强、陈小毛、归发第2013年1月4日桂林电子科技大学实训专用纸摘要本设计采用EDA技术，通过FPGA芯片实现了实现VGA彩条信号的显示的设计，本文采用VHDL硬件描述语言描述VGA彩条信号的显示电路，完成对电路的功能仿真。通过按键来实现横彩条、竖彩条、棋盘式方格图案的选择。显示图像分辨率为640×480，刷新率为60Hz。与传统的设计方式相比，本设计由于采用了FPGA芯片来实现，它将大量的电路功能集成到一个芯片中，并且可以由用户自行设计逻辑功能，提高了系统的集成度和可靠性。关键词：电子设计自动化、可编程门阵列、硬件描述语言、状态机桂林电子科技大学实训专用纸AbstractThisdesignusedtheEDAtechnology,throughtheFPGAchiprealizedtherealizationofthesignalthatstripedVGAisadoptedinthispaper,thedesignoftheVHDLhardwaredescriptionlanguagedescribeVGAstripedsignaldisplaycircuitandthecompletionofthefunctionofthecircuitsimulation.Bypressingbuttonshorizontalstriped,perpendicularstriped,chessboardtypepanedesignchoice.Displayimageresolutionfor640x480,refreshrateof60Hzac.Comparedwiththetraditionaldesignmethods,thedesignwithFPGAchiptoachieve,itwillbealotofcircuitfunctionintegrationtoachip,andcanbebytheusertodesignlogicalfunction,improvethesystemintegrityandreliability.Keywords:ElectronicDesignAutomatictechnology,FliedProgrammable,GateArray,HardwareDescriptionLanguage,StateMachine桂林电子科技大学实训专用纸1.绪论......................................................................................................11.1EDA技术的发展..............................................................................................11.2课程设计的任务.............................................................................................12.系统设计..............................................................................................22.1系统的工作原理.............................................................................................22.2VGA显示原理..................................................................................................22.3键盘驱动.........................................................................................................43系统设计................................................................................................43.1图像信号产生模块的设计..............................................................................43.2视频输出接口电路部分设计.........................................................................53.3模式控制与显示部分设计.............................................................................63.4VGA显示模块..................................................................................................64课程设计心得........................................................................................95致谢......................................................................................................10参考文献..................................................................................................11附录..........................................................................................................12附录A总原理图..................................................................................................12附录B实验现象..................................................................................................12附录C引脚分布图..............................................................................................14附录D实验程序..................................................................................................14桂林电子科技大学实训专用纸11.绪论1.1EDA技术的发展我们已经进入数字化和信息化的时代，其特点就是各种数字产品的广泛应用。现代数字产品在性能提高复杂度增大的同时，更新换代的速度也越来越快，实现这种进步的因素在于芯片制造技术和设计技术的进步。前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管。后者的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包。在现代数字系统的设计中，EDA技术已成为一种普遍的工具。对设计者而言，熟练的掌握EDA技术，可以极大的提高工作效率，起到事半功倍的效果。无论是设计集成电路还是普通设计的电子线路，没有EDA工具的支持是难以完成的。EDA技术的使用包括电子工程师进行电子系统的开发的全过程，以及进行开发设计涉及的各个方面。VGA图像信号发生器的设计涉及到图像数据的处理，对电路的工作速度和性能要求较高，VGA工业标准要求的时钟频率高达25MHz,使用传统的电子电路设计方法是难以实现的。采用专用的视频处理芯片，其设计技术难度大、开发成本高。本文采用CPLD方案，利用了MAX系列的CPLD高达上百兆的工作频率特性为图像数据处理提供了良好的实时性，其内部集成的数字锁相环为系统的工作时钟提供的良好的稳定性，其内部嵌入的存储器可以存储一定容量的图像信息，丰富的I/O资源可以随即扩展外接大容量存储器的特性，因此由CPLD完成对图像数据的处理及产生行场扫描时序信号。很好地实现了图象数据处理的实时性和稳定性，达到了性能与价格的完美统一。此外，CPLD的电路可重构性，为系统功能更改和升级以及功能扩展提供了很大的设计空间。由微控制器完成功能设置与控制，如键盘扫描，模式选择与显示控制等。本设计立足系统可靠性及稳定性等高技术要求，采用CPLD芯片实现VGA彩色显示电路，其电路设计比较简单，外围电路少，易于控制和检查，较传统的分离元件实现方式有着明显的优势，尤其是其设计电路实现周期，其抗干扰及调试过程都很简单。1.2课程设计的任务通过一周的时间，小组成员进行学习和讨论，来设计一个VHDL/Verilog程序来实现以下功能：1.利用FPGA实现VGA彩条信号发生器。2.可以产生彩色横条,彩色竖条信号,彩色棋盘格信号。3.由一个按键按照顺序选择不同模式的信号输出。4.选用GW48-PK2系统,编写程序在FPGA上实现并加以验证。桂林电子科技大学实训专用纸2.系统设计2.1系统的工作原理FPGA是EDA课程设计的整个系统的核心，通过对其编程可输出RGB三基色信号和HS、VS行场扫描同步信号。当FPGA接受单片机输出的控制信号后，内部的数据选择器模块根据控制信号选通相应的图像生成模块，输出图像信号，与行场扫描时序信号一起通过15帧D型接口电路送入VGA显示器，在VGA显示器上便可以看到对应的彩色图像。FPGA所需的工作时钟由外部高精度有源晶振提供，系统原理框图如图1.1。图1.12.2VGA显示原理工业标准的VGA显示模式为：640×468×16色×60Hz。常见的彩色显示器，一般由CRT(阴极射线管)构成，彩色是由R、G、B（红、绿、蓝）三基色组成，CRT用逐行扫描或隔行扫描的方式实现图像显示，由VGA控制模块产生的水平同步信号和垂直同步信号控制阴极射线枪产生的电子束，打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生R、G、B三基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始，由左至右，由上到下，逐行进行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕下一行的起始位置，在回扫期间，CRT对电子束进行消隐，每行结束是用行同步信号HS进行行同步；扫描完所有行，再由场同步信号VS进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，预备下一场的扫描。桂林电子科技大学实训专用纸行同步信号HS和场同步信号VS是两个重要的信号。显示过程中，HS和VS的极性可正可负，显示器内可自动转换为正极性逻辑。VGA行同步信号HS和场同步信号VS的时序图如图2.1和图2.2所示，T1为行同步消隐（约为6μs）；T2为行显示时间（约为26μs）；T3为场同步消隐（两个行周期）；T4为场显示时间（480个行周期）。显示器每扫描完一行，再扫描一下行时会花一定时间来准备，因此要满足时序要求，见图2。图2.1VGA行扫描时序图同样每扫描完一帧