基于fpga的vga顯示控制設(shè)計

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1、引言基于FPGA的VGA顯示控制設(shè)計1引言1.1選題背景CRT顯示器作為一種通用型顯示設(shè)備，如今已廣泛應(yīng)用于我們的工作和生活中。與嵌入式系統(tǒng)中常用的顯示器件相比，它具有顯示面積大、色彩豐富、承載信息量大、接口簡單等優(yōu)點，如果將其應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，可以顯著提升產(chǎn)品的視覺效果。如今隨著液晶顯示器的出現(xiàn)，越來越多的數(shù)字產(chǎn)品開始使用液晶作為顯示終端。但基于VGA標(biāo)準(zhǔn)的顯示器仍是目前普及率最高的顯示器[1]。若驅(qū)動此類顯示器，需要很高的掃面頻率，以及極短的處理時間，正是由于這些特點，所以可以用FPGA來實現(xiàn)對VGA顯示器的驅(qū)動。本次專業(yè)課程設(shè)計即選用FPGA來實現(xiàn)VGA圖片的顯示。隨著FPGA的不斷

2、發(fā)展及其價格的不斷下降，F(xiàn)PGA的可編程邏輯設(shè)計的應(yīng)用優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來?，F(xiàn)在,越來越多的嵌入式系統(tǒng)選擇了基于FPGA的設(shè)計方案。在基于FPGA的大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，為實現(xiàn)VGA顯示功能,既可以使用專用的VGA接口芯片如SPX7111A等，也可以設(shè)計和使用基于FPGA的VGA接口軟核。雖然使用VGA專用芯片具有更穩(wěn)定的VGA時序和更多的顯示模式可供選擇等優(yōu)點,但設(shè)計和使用VGA接口軟核更具有以下優(yōu)勢：(1)使用芯片更少,節(jié)省板上資源,減小布線難度；(2)當(dāng)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸時，具有更小的高頻噪聲干擾；(3)FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)設(shè)計VGA接口可以將要顯示的數(shù)據(jù)直接送到顯示器，節(jié)省了計算

3、機(jī)的處理過程，加快了數(shù)據(jù)的處理速度，節(jié)約了硬件成本。1.2目的和意義顯示繪圖陣列（videographicarray,VGA）接口,他作為一種標(biāo)準(zhǔn)的顯示接口得到了廣泛的應(yīng)用。VGA接口大多應(yīng)用在顯示器與顯卡之間；同時還可以用用在擦二色等離子電視輸入圖像的模數(shù)轉(zhuǎn)換上；VGA接口同樣也是LCD液晶顯示設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口[2]?？删幊踢壿嬈骷S著微電子制造工藝的發(fā)展取得了長足的進(jìn)步[3]。早期的器件只能存儲少量的數(shù)據(jù)，完成簡單的邏輯功能；發(fā)展到現(xiàn)在，可以完成復(fù)雜的邏輯功能，速度更塊，規(guī)模更大，功耗更低。目前可編程邏輯器件主要有兩大類：復(fù)雜可編程邏輯器件（complexprogrammablelogic

4、device,CPLD）和現(xiàn)場可編程邏輯器件（filed第38頁（共38頁）引言第38頁（共38頁）基于FPGA的VGA顯示控制的設(shè)計programmablegatearray,FPGA）[4]。FPGA的運行速度塊，管腳資源豐富，容易實現(xiàn)大規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計，有大量的軟核可用，便于進(jìn)行二次開發(fā)。另外，由于FPGA具有可重構(gòu)能力、抗看紹興強(qiáng)等特點[5]，因此，F(xiàn)PGA在工業(yè)控制等領(lǐng)域越來越受到重視。利用FPGA完成VGA顯示控制，可以使圖像的顯示脫離PC機(jī)的控制，形成體積小、功耗低的格式嵌入式系統(tǒng)（便攜式設(shè)備或手持設(shè)備），應(yīng)用于地面勘測、性能檢測等方面，具有重要的現(xiàn)實意義。顯示器因為其輸出信息量

5、大，輸出形式多樣等特點已經(jīng)成為現(xiàn)在大多數(shù)設(shè)計的常用輸出設(shè)備。在FPGA的設(shè)計中可以使用很少的資源，就產(chǎn)生VGA各種信號[6]。為了通過VGA端口連接顯示器顯示前端采集到的圖像數(shù)據(jù)，本課題在Xilinx公司的SPARTAN-3E開發(fā)板上使用VGA接口在顯示器上顯示文字及簡單的圖形，可以作為整個采集系統(tǒng)顯示設(shè)計的參考，具有一定的實用價值。1.3技術(shù)要求和設(shè)計范圍開發(fā)板中的VGA顯示控制共分為三個模塊，包括一個二分頻電路，一個VGA時序控制模塊，一個存儲器讀出模塊。二分頻電路要能夠把板載50MHZ的時鐘頻率分成25MHZ并提供給其他模塊作為時鐘；VGA時序控制模塊用于產(chǎn)生640*480顯示范圍，并

6、控制顯示范圍和消隱范圍以及產(chǎn)生水平同步時序信號hs和垂直同步時序信號vs的值；存儲器讀出模塊提供給SRAM地址并按地址從存儲器中讀出八位R、G、B數(shù)據(jù)，并把R、G、B的值通過VGA接口傳到CRT顯示器。在課題中，F(xiàn)PGA要實現(xiàn)控制VGA圖像顯示的功能。這些模塊的功能全部用VHDL語言在開發(fā)軟件ISE中實現(xiàn)，最后下載到SPARTAN-3E開發(fā)板上驗證。1.4發(fā)展現(xiàn)狀自1985年Xilinx公司推出第一片現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA）至今，F(xiàn)PGA歷史已經(jīng)經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展歷史。在這十幾年的發(fā)展過程中，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術(shù)取得了驚人的發(fā)展：現(xiàn)場可編程器件從最初的1200個可利用

7、門，發(fā)展到90年代的25萬個可利用門，乃至當(dāng)新世紀(jì)來臨之即，國際上現(xiàn)場可編程邏輯器件的著名廠商Altera公司、Xilinx公司又陸續(xù)推出了數(shù)百萬門的單片F(xiàn)PGA芯片，將現(xiàn)場可編程器件的集成度提高到一個新的水平?？v觀現(xiàn)場可編程邏輯器件的發(fā)展歷史，其之所以具有巨大的市場吸引力，根本在于：FPGA不僅可以解決電子系統(tǒng)小型化、低功耗、第38頁（共38頁）引言高可靠性等問題，而且其開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少、芯片價格