VGA彩条信号发生器
VGA接口课程
四川师范大学成都学院电路与电子技术课程设计VGA显示接口设计学生姓名秦谌磊学号2012101315所在学院通信工程学院专业名称通信工程班级2012级移动通信2班指导教师胡迎刚成绩四川师范大学成都学院二○一四年十二月课程设计任务书VGA显示接口设计内容摘要：本文利用现场可编程逻辑器件FPGA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。
FPGA芯片具有可靠性高、编程灵活、体积小等优点，实验经过软硬件调试，最终在显示器上显示彩条正确图像。
利用此原理，可以设计更多的彩色图像，且可将采集的图像进行实时显示，将此作为信号源，应用于显示器电路的开发或某些嵌入式系统中，进行视频设备的调试与性能分析或系统中信号处理模块的调试与性能分析等。
关键词：FPGA VGA 显示接口VGA Interface of display of design Abstract：VGA-timing signals and color strip image were obtained by using FPGA. The signals were used as sources when developing the circuits of color plasma display panel, and it took great convenience to the debugging of the driving and controlling circuit of color plasma display panel. The FPGA chip has the advantages of high reliability, small volume, flexible programming, just because of this, the test could achieve the desired results, display screen displays color bar signals. According to this principle, we can design color image more, and make the image real-time display, such as the signal source, used in display circuit development or some embedded systems, video equipment debugging and performance analysis of the system signal processing module debugging and performance analysis.Keywords：FPGA VGA Interface of display目录前言 (1)1 VGA接口概述 (1)1.1 VGA接口 (1)1.2 VGA显示 (2)1.3 VGA信号时序 (3)1.4 VGA图形编码 (4)2 EDA概述 (5)2.1 EDA技术及其发展 (5)2.2 EDA技术开发流程 (6)2.3 Quartus II软件简介 (6)2.4硬件描述语言VHDL (7)2.5 现场可编程逻辑门阵列FPGA (7)3 设计方案 (8)3.1 总体设计框架图 (8)3.2 主模块设计 (9)3.2.1 分频模块 (9)3.2.2 VGA彩条信号产生模块 (9)4 设计实现 (10)4.1 新建工程项目 (10)4.2 选择芯片 (10)4.3 使用硬件描述语言编程 (11)4.4 锁定引脚 (11)4.5 下载 (11)5 仿真结果 (12)5.1 仿真波形 (12)5.2 下载调试 (12)6 总结 (13)附录 (14)参考文献 (17)VGA显示接口设计前言VGA(Video Graphics Array)是IBM在1987年随PS／2机一起推出的一种视频传输标准，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的应用。
VGA显示器彩色信号发生器电路
EDA课程设计报告—VGA显示器彩色信号发生器电路班级：08通信A班姓名：崔儒学号： 0815231013指导老师：凌朝东摘要：VGA(Video Graphic Array)接口是与显示器进行通信的唯一接口。
通过FPGA器件控制RGB信号、行同步信号、场同步信号等信号，并参照有关标准，最后可以实现对VGA显示器的控制。
本设计与传统的图像显示方法不同，为节省储存空间在设计中采用R、G、B三种基色利用FPGA芯片和EDA设计方法，可以显示8种颜色，设计出针对性强的VGA显示控制器，而且不需要依靠计算机，既能够大大降低成本，又可以满足生产实践中不断变化的需要，同时产品的升级换代也方便迅速。
本设计采用Altera公司的EDA软件0uartus II，并以Cylone 系列FPGA器件为硬件平台进行系统设计。
关键词：VGA；FPGA：VHDL；Ouartus II目录1、系统设计 (4)2、单元电路设计 (6)3、软件设计 (8)4、系统测试 (11)5、小结 (12)6、参考文献 (12)7、附录 (13)一、系统设计1、设计要求：VGA显示器彩色信号发生器电路，能在VGA显示器上显示8种颜色的图形（条型、方块型）。
2、系统设计方案：方案一：采用传统的图像显示方法，将图像数据传回电脑在传输过程中通过CPU对图像数据信号进行控制，通过显示器显示出来。
方案二：采用FPGA和EDA的设计方法，通过FPGA器件控制RGB信号、行同步信号、场同步信号等信号，并参照有关标准，最终可以实现对VGA 的控制。
方案一为传统的图像显示方法，在传输过程中需要CPU不断对图像数据信号进行控制，这样就造成了CPU的浪费，同时系统还需要依赖电脑，降低了系统的灵活性。
方案二是利用可编程器件FPGA和EDA的设计方法，可以根据设计的需要设计出针对性比较强的VGA显示器，而且不需要依靠计算机，大大降低了成本提高了系统的灵活性。
综合上诉分析本设计中采用方案二。
VGA彩色信号发生器
VGA 彩条信号发生器一、设计简要说明：用FPGA 实现VGA 的彩条信号显示，通过按键实现横纹、竖纹、方格图案的变化，并能进一步设计出文字、图像的显示。
显示图像分辩率为640×480，刷新率为60Hz 。
VGA 显示原理见教材《数字系统设计与V erilog HDL 》(第三版)P276，这里只做简单介绍。
当显示屏分辩率为640×480时，整个屏上有640×480=307200个点(也称为像素)，每个点的位置由其所在行和列确定，如图1所示A 点的位置是410行450列。
一幅图像就由这样的点阵来显示，像素点点亮的方式为从左到右，从上到下一行一行地扫描，当一屏扫完也就完成了一帧图像的显示，一秒钟扫60帧图像，其刷新率为60Hz 。
设计的关键在于：1、显示某一颜色的位置；2、如何由二进制代表颜色应当注意，VGA 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 VGA 行扫描时序图同样每扫描完一帧，再扫描下一帧行时也会花一定时间来准备，因此也要满足其时序要求，见图3。
图3 VGA 场扫描时序图显示的颜色用三位二进制表示，共可以显示八种颜色，对应关系见表1：表1颜色编码0 479450410从0计数到639 从0计数到479二、源代码及说明（参考） //VGA 彩条信号发生器源代码 /*引脚定义Clock50MHz ：输入时钟，采用50MHz ；key ：彩条选择信号，为"00"时显示竖彩条，为"01"时显示横彩条，其他情况显示棋盘格；rgb ：输出三基色； hs ：行同步信号； vs ：场同步信号。
*/module color(clock50MHz,key,rgb,hs,vs);input clock50MHz; input[1:0] key; output hs,vs; output[2:0] rgb; reg hs,vs,clock; reg[2:0] rgb,rgbx,rgby; reg[9:0] hcnt,vcnt;parameter h_Ta=96,h_Tb=40,h_Tc=8,h_Td=640,h_Te=8,h_Tf=8,h_Tg=800; parameter v_Ta=2,v_Tb=25,v_Tc=8,v_Td=480,v_Te=8,v_Tf=2,v_Tg=525; always@(posedge clock50MHz) //2分频，得到25MHz 的频率 begin c lock<=~clock; e ndalways@(posedge clock) //行计数800begin if(hcnt==h_Tg-1) hcnt<=0; else hcnt<=hcnt+1;end always@(negedge hs) //场计数525begin if(vcnt==v_Tg-1) vcnt<=0; else vcnt<=vcnt+1;end always@(posedge clock) //时钟clock 为25MHz begin if(hcnt<=h_Ta-1) hs<=0; //产生行同步信号 else hs<=1; end always@(vcnt)begin if(vcnt<=v_Ta-1) vs<=0; //产生场同步信号 else vs<=1; end always@(posedge clock)begin //竖彩条 （说明显示的位置及颜色）if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc-1) rgbx<=3'b000; //黑色else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+80-1) rgbx<=3'b001; //红 else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+160-1) rgbx<=3'b010; //绿 else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+240-1) rgbx<=3'b100; //蓝 else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+320-1) rgbx<=3'b101; //青 else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+400-1) rgbx<=3'b110; //品 else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+480-1) rgbx<=3'b000; //黑 else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+560-1) rgbx<=3'b011; //黄 else if(hcnt<=h_Ta+h_Tb+h_Tc+640-1) rgbx<=3'b111; //白111 01B1 1 0 0 1 1 0 0 G 1 1 1 1 0 0 0 0 R 白 黄 青 红 品 绿 蓝 黑 颜色else rgbx<=3'b000;if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc-1) rgby<=3'b000; /*横彩条（说明显示的位置及颜色）*/else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+60-1) rgby<=3'b001; else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+120-1) rgby<=3'b010; else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+180-1) rgby<=3'b100; else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+240-1) rgby<=3'b101; else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+300-1) rgby<=3'b110; else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+360-1) rgby<=3'b111; else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+420-1) rgby<=3'b011; else if(vcnt<=v_Ta+v_Tb+v_Tc+480-1) rgby<=3'b111; else rgby<=3'b000; endalways @(key)begin if(key==2'b00) rgb<=rgbx; else if(key==2'b01) rgb<=rgby;else if(key==2'b10) rgb<=(rgbx+rgby); else rgb<=(rgbx-rgby); endendmodule 三、仿真结果。
信号发生器使用说明
信号发生器使用说明本文将详细介绍信号发生器的使用说明，包括基本操作、参数设置、信号配置和常见问题解决方法。
一、基本操作：1.连接电源：将信号发生器插入电源插座，并确保电源连接稳定并符合规定电压要求。
2.打开电源：打开信号发生器的电源开关，并等待其启动完成。
3.设置参数：根据需要，使用仪器面板上的旋钮、按钮或触摸屏幕来设置所需的信号参数，如频率、幅度、相位等。
4.开始输出：设置好参数后，按下输出按钮或旋钮，信号发生器将开始输出设置的信号。
二、参数设置：1.频率设置：选择所需的频率范围，并使用仪器面板上的旋钮、按钮或触摸屏幕来设置具体的频率值。
2.幅度设置：选择适当的幅度范围，并使用仪器面板上的旋钮、按钮或触摸屏幕来设置具体的幅度值。
3.相位设置：如果需要，可以设置信号的相位差，通常使用仪器面板上的旋钮来设置相位值。
4.波形设置：信号发生器通常支持多种波形类型，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等，可以在仪器面板上选择所需的波形。
三、信号配置：1.单一信号输出：设置好参数后，按下输出按钮或旋钮，信号发生器将开始输出单一信号，可以通过连接示波器或其他设备来验证信号的频率、幅度等。
2.多信号输出：一些信号发生器支持同时输出多个信号，可以通过设置不同的参数来产生不同频率、相位的信号，并将其用于多通道测试、混合信号产生等应用。
四、常见问题解决方法：1.无输出信号：检查信号发生器的电源是否正常连接，并检查参数设置是否正确，确保信号发生器处于正常工作状态。
2.信号失真：如果输出信号的波形出现失真、畸变等问题，可以尝试调整幅度、频率等参数，或检查仪器的输出电缆和连接是否良好。
3.频率不稳定：如果输出信号的频率出现波动或不稳定的情况，可以将信号发生器接入外部参考源进行校正，或检查仪器的锁相环和频率稳定器的性能。
4.操作困难：如果操作信号发生器时遇到困难，可以参考仪器的用户手册，或向厂家的技术支持人员寻求帮助。
总结：信号发生器是一种强大的工具，能够产生和操控各种信号，提供丰富的配置选项和功能。
VGA彩条信号发生器的设计
VGA彩条信号发生器的设计一、实验目的1．了解普通显示器正确显示的时序。
2．了解VHDL产生VGA显示时序的方法。
3．进一步加强对FPGA的认识。
二、实验原理尽管显示器的新品层出不穷，但CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）的基本工作原理一直沿用了几十年，直到今天也没有太大的变化。
显示器是一种复杂的设备，其扩展性和可靠性也十分惊人，在这一方面，电子控制起了很大的作用，任何机械都会有磨损，唯有用电子才能延长寿命，甚至能适应数千小时的工作。
电子枪是显示像管的核心，安发出的电子束击中光敏材料（荧光屏），刺激荧光粉就能产生图像。
实际上，电子枪和大体积的、功率强劲的二极管没有什么区别，其原理也适用于电视机和示波器。
CRT分为几个部分：Deflection Coil（偏转线圈）用于电子枪发射器的定位，它能够产生一个强磁场，通过改变强度来移动电子枪。
线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，能量会轻微的偏移目标，仅有部分荧光粉被击中，四边的图像会产生弯曲现象。
为了解决这个问题，显示器生产厂把显像管做成球形，让荧光粉充分地接受能量，缺点是屏幕将变得弯曲，电子束射击由左至右，由上至下的过程称为刷新，不断重复的刷新能保持图像的持续性。
显示器屏幕的色彩是由RGB（红、绿、蓝）三色光所合成的，我们可通过调整这三个基色调出其它的颜色，在许多图像处理软件里都有提供色彩调配功能，你可输入三基色的数值来调配颜色，也可直接根据软件提供的调色板来选择颜色。
在这一部分的功能上实验系统采用专用的编解码芯片来完成。
其具体实现、原理我们将在以后的实验中做详细的说明。
在本实验中只用到了RGB三基色来组成八种颜色构成彩条信号。
VGA显示器在显示过程中主要由五个信号来控制，分别是R、G、B、HS和VS。
其中R、G、B分别用来驱动显示器三个基色的显示，即红、绿和篮，HS是行同步信号，VS是场同步信号。
在做本实验时，由于没有任何显示器驱动，所以显示器工作在默认状态，分辨率：640×480，刷新率：60Hz。
基于DSP Builder的VGA时序彩条信号发生器的设计与实现
，
Ｉ ｌ ｓ ｔｓ ｄ － ｏ
ｕｐ ｗｎｍｏ Ｏ０ ｑ ： ｄ０ ｄ￣ ０）
●ｎ ●
成 以及器件适配乃至 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的配置下载 ， 使得 系统 描述 与硬件
实现有机地 融合为一体 ， 充分体现了现代 电子技术 自动化开发
的特点与优势 。
－ｔ Ｉ
ｈ ｃｌ ｎ
收稿 日期 ：０ ７ １－ ５ ２ ０ — ０－ ０
作者简介 ： 石（９２ ， ， 王 １８一）男 硕士研究生 ， 主要从事 Ｄ ＰＦ Ｇ Ｓ 、Ｐ Ａ图像处理研究 ； 峰 （９５ ）男 ， 黄 １５一 ， 教授 ， 硕士生导 师， 主要从事 图像处理研究 ； 金 良（９３ ）男 ， １８一 ， 硕士研究生 ， 主要从事 Ｄ Ｐ图像处理研究。 Ｓ
态 ｖｖ ｅ 。 ＿ ｉ ｏ ｄ
行 、 隐的逻辑与 即为复合消隐信号 ， 场消 连同行 、 同步信 场 号 即产生了 Ｖ Ａ接 口的时序信号 。 Ｇ
２２彩条信号生成 模块 － Ｖ Ａ彩条信 号 生成模 块主 要 由地址 发生器 和 ８４位 的 Ｇ ２
Ｖ Ａ时序信号产生模块包括行点数计数器 （ １、 Ｇ 图 ）场行数 计数器 、 场状态机 （ ２ 、 图 ）行状态机（ ３。其 中行点数计数器 图 ） 是模 ８０ ０ 计数器 ， 场行数计数器是模 ５５ ２ 计数器 。行点数器计
对 电子束进行行 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。
Ｖ Ａ显示器 要严格遵循 “ Ｇ Ｇ Ｖ Ａ工 业标准 ” ，即 ６ ０ ｚ ４Ｈ × ４ ０ ×６ Ｈ 模式 。通常用的显示器都满足工业标准 ， ８Ｈｚ ０ ｚ 因此设
RGB三基色彩色条纹显示控制软件设计报告
综合课程设计题目：设计一种信号发生器使VGA 显示器能显示出彩色条纹。
该发生器产生R 、G 、B 三基色信号（高电平有效），能在VGA 彩色显示器（640×480/60Hz ）上显示出白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑条纹，各种彩色条纹所对应的R 、G 、B 编码如下表所示。
另外需产生行同步HS 和场同步VS 信号。
当VS=0，HS=0时，CRT 显示的内容为亮的过程，即正向扫描过程，约为26us ，当一行扫描完毕，行同步HS=1，约为6us ；其间CRT 扫描产生消隐，电子束回到CRT 左边下一行起始位置（x=0，y=1）；当扫描完480行后，CRT 的场同步VS=1，产生场同步使扫描线回到CRT 的第一行第一列（x=0，y=0），约需两行周期。
已知该发生器的输入时钟为12MHz 。
1. 对选题的理解（题目要求概述）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。
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。
需要一个时钟输入信号，根据输入信号产生水平扫描计数从而产生行同步信号HS ，再根据水平扫描计数的进位产生竖直扫描计数从而产生场同步信号，完成扫描过程。
之后在根据要求将水平或竖直方向的扫描信号的显示时间分为8组，显示出8个彩条。
2. 系统分析（系统原理图，算法框图，设计要点、难点和特色点）行信号扫描时序图：场信号扫描时序图：算法框图： ← 图像显示 →消隐← 26us → 6us64us← 480个行信号 →设计要点、难点和特色点：常见的彩色显示器一般由阴性射线管（CRT）构成，彩色由RGB三基色组成。
信号发生器使用说明书
信号发生器使用说明书一、产品简介信号发生器是一种用于产生不同频率、波形和幅度的电信号的仪器设备。
它广泛应用于电子测试、通信、音频、视频等领域。
本说明书将详细介绍信号发生器的主要功能和使用方法，帮助用户正确使用该设备。
二、产品特点1. 多功能：信号发生器支持产生多种不同波形的信号，包括正弦波、方波、三角波等，满足不同测试需求。
2. 宽频范围：信号发生器具有宽广的频率范围，可根据需要调节频率大小，适应不同的应用场景。
3. 高精度：信号发生器能够提供高精度的信号输出，保证测量结果的准确性。
4. 便携式设计：信号发生器采用便携式设计，方便用户携带和操作。
三、使用方法1. 连接电源：将信号发生器插头插入供电插座，确保电源稳定。
2. 连接信号输出：使用适当的连接线将信号发生器的输出端与被测试设备的输入端连接。
3. 设置参数：根据实际需要，通过仪器面板上的菜单和按钮设置所需的频率、波形和幅度。
4. 信号发生器启动：按下仪器面板上的启动按钮，信号发生器开始工作，并输出指定参数的信号。
5. 测试结果：通过被测试设备接收到的信号，观察和记录测试结果。
四、操作注意事项1. 信号发生器只能在干燥的室内环境中使用，避免与水和潮湿环境接触。
2. 使用前请确保信号发生器和被测试设备的电源都已关闭，避免操作中的电子干扰。
3. 在调节参数或更换连接线时，请先关闭信号发生器，以避免误操作造成损坏。
4. 在使用过程中，应注意信号发生器的工作状态，及时调整参数以满足测试需求。
5. 使用完毕后，请及时关闭信号发生器和被测试设备的电源。
五、故障排除以下是一些常见故障及可能的解决方法：1. 无信号输出：请检查是否正确连接了信号输出和被测试设备，确保所有线缆连接紧密。
2. 信号不稳定：请检查输入电源是否稳定，排除电源波动的可能性。
3. 参数调节不准确：请检查是否正确操作仪器面板上的按钮和菜单，确保参数设置正确。
六、维护保养1. 定期检查仪器面板和连接线是否有损坏，如发现问题请及时更换。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
参考资料：
[1]王庆. Protel 99 SE&DXP电路设计教程.电子工业出版社. 2006
[2]徐惠民,安德宁,延明.数字电路与逻辑设计.人民邮电出版社. 2009
[4]何桥.单片机原理及应用.中国铁道出版社. 2008
[5]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真.电子工业出版社. 2009
②独立撰写字数在5000字以上的实训论文，统一按桂林电子科技大学课程设计论文格式编写，并上交论文及实训资料（包括论文的电子文稿及打印稿，任务书，Protel电子设计文件等）；
地点:EDA实验室
项目验收方式：
1、在实训期间进行作品验收，验收后交实训论文及实训的资料打印稿及电子文稿。
2、设计报告要符合桂林电子科技大学毕业设计论文统一格式。
完成形式：
1.设计与制作可供实际检测的实物样板；
2.每位同学完成一个作品，作品的内容必须和单片机相关。
3.完成实训论文。
项目设计进度要求：
2012年12月14～15日：进行实训动员及实训过程安排，完成查找资料、方案论证、确定方案的过程；
地点: EDA实验室
2012年12月16～18日：完成原理图及PCB图的绘制；地点: EDA实验室
《单片机原理》实训任务书
年级：10应嵌面向专业：计算机科学与技术学时：3周
项目名称：
VGA彩条信号发生器
项目类型
硬件设计与制作
特殊要求
无
承担学生姓名
பைடு நூலகம்学号
专业
联系电话
项目设计要求：
基本功能要求：
1、驱动VGA接口的电脑显示器显示；
2、能显示设定单色信号；
3、能显示彩条信号和棋盘信号；
发挥部分要求：
1、实现显示的灰度设置；
项目开始时间：
2012-12-14
项目结束时间：
2012-12-31
任务下达：
熊太平
2012年12月21～22日：完成电路板的制作及测试；地点:电子制作中心
2012年12月23～25日：软件编程及调试；地点: EDA实验室
2012年12月28～29日：完成软件编程及调试；地点: EDA实验室
2012年12月30～31日：完成论文撰写；地点: EDA实验室
2012年12月31日：①上交作品并通过指导教师的验收；地点：EDA实验室、电子制作中心