VGA图像显示控制器设计
VGA彩条信号显示控制器设计
电子设计自动化课程设计报告学生姓名：学号：课设题目： VGA彩条信号显示控制器设计同组人：电子设计自动化课程设计报告一、课程设计内容1、使用Verilog语言和Modelsim仿真器完成可显示横彩条、竖彩条、棋盘格相间的VGA控制器的设计和验证2、设计并验证可显示英语单词”HIT”的VGA控制器3、使用Quartus II和SOPC实验箱验证设计的正确性4、Verilog代码要符合微电子中心编码标准二、FPGA原理CPLD、FPGA是在PAL、GAL等基础上发展起来的一种具有丰富的可编程I/O 引脚、逻辑宏单元、门电路以及RAM空间的可编程逻辑器件，几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD器件。
CPLD的设计是基于乘积项选择矩阵来实现的，而FPGA基于查找表来设计的。
查找表就是实现将输入信号的各种组合功能以一定的次序写入RAM中，然后在输入信号的作用下，输出特定的函数运算结果。
其结构图如图1所示：图1. FPGA查找表单元一个N输入查找表(LUT，Look Up Table)可以实现N个输入变量的任何逻辑功能，如N输入“与”、N输入“异或”等。
输入多于N个的函数、方程必须分开用几个查找表（LUT）实现（如图2所示）。
图2 FPGA查找表单元内部结构该系统设计中，FPGA芯片用的是ALTERA公司的EP1K30QC208-2，它的系统结构如图3所示。
它由若干个逻辑单元和中央布线池加I/O端口构成图3 EP1K30QC208内部结构三、VGA接口VGA的全称为Video Graphic Array，即显示绘图阵列。
在PC行业发展的初期，VGA以其支持在640X480的较高分辨率下同时显示16种色彩或256种灰度，同时在320X240分辨率下可以同时显示256种颜色的良好特性得到广泛支持。
后来，厂商们纷纷在VGA基础上加以扩充，如将显存提高至1M并使其支持更高分辨率如800X600或1024X768，这些扩充的模式就称之为VESA(Video Electronics Standards Association，视频电子标准协会)的Super VGA模式，简称SVGA，现在的显卡和显示器都支持SVGA模式。
基于FPGA的VGA显示控制器设计 (2)
页眉内容课程设计开课学期：第六学期课程名称：FPGA课程设计学院：专业：班级：学号：姓名：任课教师：2015 年7 月20日基于FPGA的VGA显示控制器设计一、设计方案1.设计的主要内容此设计要求实现某一分辨率下（如640*480@60Hz）的VGA显示驱动，能简单显示彩条和图像等。
能够熟悉VGA接口协议、工作时序及VGA工作原理，并计算出合适的时序，对原始时钟进行分频处理以获取符合时序要求的各率，此外须要显示的图像等可存储于外部存储器，运行时，从外部存储器读取显示数据。
将图像控制模块分为这样几部分；二分频电路、地址发生器、VGA时序控制模块、图像数据存储器读出模块.如图1-1所示:图1-1VGA显示控制系统框图2.设计原理显示控制器是一个较大的数字系统，采用模块化设计原则、借鉴自顶向下的程序设计思想，进行功能分离并按层次设计。
利用VHDL硬件描述语言对每个功能模块进行描述，并逐一对每个功能模块进行编译仿真，使顶层VGA显示控制器的模块实体仿真综合得以顺利通过。
其中二分频把50MHZ实在频率分成25Mhz并提供给其它模块作为时钟；VGA时序控制模块用于产生640X480显示范围，并控制显示范围和消隐范围以及产生水平同步时序信号HS和垂直同步时序信号VS的值；存储器读出模块提供给SRAM地址并按地址读出八位数据（灰度值Y），然后得到R、G、B的值（若Y>中间值，则R=G=B=1;否则R=G=B=0），并把R、G、B的值通过VGA接口传送给VRT显示器[9]。
地址发生器接收所要显示的数据读取控制信号，产生与图像数据ROM模块对应得地址，根据VGA显示的像素分布，确定读取对应数据的地址，由于所显示的图形每行需256个像素，而ROM 中每个地址存储的数据时64位，故每4个地址取出的数据用于一行的显示。
VGA显示控制模块：主要分为时序信号和数据颜色的控制，imgrom模块即图像数据ROM模块，在这一模块中需要解决的是图像数据BMP位图文件的来源及转换成HEX文件，利用Image2lcd 对本次设计图片处理得到BMP文件，最终在QuartusII得到HEX文件，在已设置LPM_ROM 进行加载图像数据。
VGA显示控制器设计..
学院EDA技术课程设计题目VGA显示控制器设计系(部) 信息工程系班级姓名学号指导教师2013 年7 月8 日至7 月12 日共 1 周课程设计成绩评定表1 引言如今人们的生活水平和质量不断提高，对生活设备的智能化程度的要求越来越高。
现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要因素是生产制造技术和电子设计技术的发展。
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，主要能辅助进行三方面的设计工作：IC设计、电子电路设计、PCB设计。
没有EDA技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。
随着电子技术的发展和人们对电子设计开发的难度及周期要求，EDA技术必将广发应用于电子设计的各个领域，因此本设计也采用了EDA的设计方法，其设计的优越性明显高于传统的设计方法。
为了实现VGA彩色显示的原理，我们从本质上去认识了生成图像的原理，从而制造更多更复杂的元器件做铺垫，本设计立足系统可靠性及稳定性等高技术要求，采用FPGA芯片实现VGA显示屏控制电路，通过对接口的认识，我们知道了怎么去设置接口成像参数。
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。
2 应用软件介绍2.1Quartus II软件介绍Quartus II是Altera公司推出的一种针对其公司生产的CPLD/FPGA系列器件的综合性开发软件，是一个集成了编译、布局布线和仿真工具在内的完全集成化的可编程逻辑设计环境，是最先进的EDA工具软件。
VGA显示的控制器
VGA显示的控制器1 VGA显示接口原理计算机显示器的显示有许多接口标准,常见的有 VGA、SVGA等。
VGA接口，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。
VGA 支持在640×480的较高分辨率下同时显示16种色彩或256种灰度，同时在 320 × 240 分辨率下可以同时显示 256种颜色。
VGA显示器的显示是采用逐行扫描的方式解决。
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。
2 VGA显示控制器的设计实现系统硬件框图如图所示通常VGA显示器显示的图像数据量较大，而 FPGA 内置 ROM 很难满足这么大的存储量，FPGA需要外接SDRAM来存储这些数据。
VGA显示器的输入的是模拟信号,所以由 VGA显示控制器产生的 RGB信号在进入VGA 接口之前要经过一个 D/A 转换器。
2.VGA时序控制信号VGA显示器的时序控制要严格遵循“VGA工业标准”，即640×480×60Hz模式，否则会导致VGA显示器无法正常工作。
图2-1所示为行扫描时序，图2-2所示为场扫描时序。
(1)行扫描信号时序：图2-1给出了行视频时序示意图。
在行扫描时序中，包括以下几个时序参数：HSYNC Signal是用来控制“列填充”，而一个HSYNC Signal可以分为4个段，也就是a(同步段)，b(后沿段)，c(激活段)，d(前沿段)。
HSYNC Signal的a是拉低的128个列像素，b是拉高的61个列像素，c是拉高的806个列像素，最后的d是拉高的53个列像素。
VGA图像显示控制器设计报告
摘要本实验报告为VGA显示控制器设计报告。
实验设计了基于VHDL描述的VGA显示控制器，通过FPGA控制CRT显示器显示色彩和图形。
完成的功能包括64种纯色的显示、横向和纵向彩色条幅的显示以及正方形色块的运动与控制。
实验的重心放在了显示控制器的系统层面的设计，采用了自顶向下的思路进行设计，系统的核心为有限状态机。
报告中给出了完整的设计思路和过程，并将系统分模块进行了详细的设计，给出了VHDL语言描述。
完成了状态机和核心模块以及系统整体的仿真验证。
最终下载到实验板上测试通过。
关键词：FPGA；VHDL；VGA显示控制；状态机第一部分任务要求 (1)1.1课题要求 (1)1.2设计目标 (1)第二部分系统设计 (2)2.1设计思路 (2)2.2系统结构设计 (4)2.2.1系统结构框图 (4)2.2.2系统逻辑功能划分 (4)2.2.3层次模块划分 (5)2.2.4模块设计图 (8)2.2.5控制器设计 (8)2.2.6状态机设计 (10)2.2.7基本模式设计 (10)2.2.8用户模式设计 (11)2.3系统硬件语言描述 (14)2.3.1VHDL描述思路 (14)2.3.2总体电路的描述 (14)2.3.3分块电路的描述 (18)2.4系统仿真验证 (31)第三部分结果与分析 (35)3.1实现功能说明 (35)3.2器件资源分析 (36)3.3VHDL设计优化 (38)3.4故障和问题分析 (40)第四部分总结与结论 (41)4.1实验结论 (41)4.2总结体会 (41)第五部分附录部分 (43)5.1元器件和仪表清单 (43)5.2VHDL源代码 (43)5.3电路图 (59)5.4参考文献 (67)第一部分任务要求1.1课题要求设计一个 VGA 图像显示控制器。
1.显示模式为 640×480×60Hz 模式；2.用拨码开关控制 R、G、B（每个2 位），使显示器可以显示64 种纯色；3.在显示器上显示横向彩条信号（至少 6 种颜色）；4.在显示器上显示纵向彩条信号（至少 8 种颜色）；5.在显示器上显示自行设定的图形、图像等。
VGA图象显示控制器设计[1]
![VGA图象显示控制器设计[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/e90e05d17f1922791688e81b.png)
目录一、设计任务----------------------------------------------------------------------- 3二、方案论证----------------------------------------------------------------------- 3三、系统设计详述----------------------------------------------------------------- 43.1 VGA显示其原理-----------------------------------------------------------------------43.2 VGA图象显示控制器的设计原理 ------------------------------------------------43.3 VHDL源程序 ---------------------------------------------------------------------------43.4 VHDL程序在QuartusⅡ编译结果-----------------------------------------------73.5 QuartusⅡ时序仿真波形-------------------------------------------------------------8四、配置到EDA6000实验箱--------------------------------------------------- 8五、系统设计工作进程 ---------------------------------------------------------10六、收获和体会------------------------------------------------------------------- 11七、参考文献---------------------------------------------------------------------- 11一、设计任务1.1课程设计目的通过《EDA与数字系统设计》课程设计，使学生能够掌握FPGA应用系统的开发过程。
EDA课程设计VGA控制器设计
EDA课程设计VGA控制器设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握EDA技术的基本概念，理解VGA控制器的工作原理和设计流程。
2. 使学生了解数字信号处理与模拟信号显示之间的转换关系，掌握VGA时序参数的设置。
3. 引导学生掌握硬件描述语言（如VHDL/Verilog）的基本语法，能利用EDA 工具进行VGA控制器的设计。
技能目标：1. 培养学生运用EDA工具（如Quartus、Vivado等）进行硬件设计的能力。
2. 培养学生独立分析问题、解决问题，具备一定的调试和优化VGA控制器的能力。
3. 提高学生的团队协作能力，学会在项目中进行有效沟通和分工。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子设计自动化技术的兴趣，激发学生的创新意识。
2. 引导学生关注我国EDA领域的发展，增强国家认同感和自豪感。
3. 培养学生严谨、务实的学习态度，养成良好的学术道德。
本课程针对高年级电子信息类专业的学生，结合学科特点，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力。
课程性质为实践性较强的专业课，要求学生在掌握基本理论知识的基础上，能够独立完成VGA控制器的设计与实现。
通过本课程的学习，使学生具备一定的硬件设计能力，为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. EDA技术概述：介绍EDA技术的起源、发展及其在电子设计中的应用。
- 教材章节：第一章 EDA技术简介2. VGA控制器原理：讲解VGA控制器的硬件架构、工作原理及时序要求。
- 教材章节：第二章 VGA显示技术3. 硬件描述语言基础：介绍VHDL/Verilog的基本语法和使用方法。
- 教材章节：第三章 硬件描述语言4. EDA工具使用：学习Quartus、Vivado等EDA工具的安装、使用方法。
- 教材章节：第四章 EDA工具及其使用5. VGA控制器设计：分析VGA控制器的设计流程，包括模块划分、代码编写、仿真与调试。
- 教材章节：第五章 VGA控制器设计实例6. 实践项目：安排学生进行VGA控制器的设计与实现，巩固所学知识。
VGA 图像显示控制器设计报告
O~P：场消隐期即同步，相当于还原扫描坐标吧
P~Q：场消隐后肩相当于准备开始扫描吧
Q~R：场显示期扫描中，数据有效区域
R~S：场消隐前肩完成扫描，相当于准备同步
以下是行扫描，场扫描HS，VS时序图：
图6
如上图所示：VGA一直在扫描，每一场的扫描包括了若干行扫描，反复循环。且在640*480@60Hz的标准下，每秒需要输出25.175M像素，即每秒输出31469行，也即每秒输出60张图。其工业标准如下图所示：
图7
此部分代码见附录。原理图如下：
图8
3、
数据存储模块调用LPM_ROM模块。具体设置如下：
图9
该模块用于存储图像数据。数据位宽为3，地址线为32768.
原理图如下：
图10
存储与该ROM的图像数据原为BMP格式，为使其可以存储于ROM内部，需要使用软件将信息转换。本实验使用3位数据存储颜色信息，因此仅能显示8中颜色，具体对应关系如下表所示：
显示带宽:带宽指的显示器可以处理的频率范围。如果是60Hz刷新频率的VGA,其带宽达640x480x60=18.4MHz,70Hz的刷新频率1024x768分辨率的SVGA,其带宽达1024x768x70=55.1MHz。
时钟频率：以640x480@59.94Hz(60Hz)为例，每场对应525个行周期(525=10+2+480+33),其中480为显示行。每场有场同步信号,该脉冲宽度为2个行周期的负脉冲，每显示行包括800点时钟,其中640点为有效显示区,每一行有一个行同步信号，该脉冲宽度为96个点时钟。由此可知：行频为525*59.94=31469Hz,需要点时钟频率：525*800*59.94约25MHz
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程序设计与硬件实验
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VGA口与FPGA的I/O接口
模式5的电路结构
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模式5的电路结构
VGA口与FPGA的I/O接口
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键1控制VGA显示模式，选择PIO0 pin1
FOR GW48-PK3 引脚锁定
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