1、0 引言VGA 作为一种标准的显示接口，现已得到了广泛的应用。传统的 VGA 显示控制主要以专门的芯片电路和通用处理器来实现，体积大且不灵活。随着 EDA 技术的发展，可编程逻辑器件有了长足的发展。FPGA 是现场可编程逻辑阵列器件，简化的 FPGA 基本由可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式 RAM 模块、丰富的布线资源、底层嵌入式功能单元和内嵌专用硬核等 6 部分组成。基于 FPGA 的产品设计具有开发过程简单，投资小，可反复修改，周期短，易于产品升级等优点，故其应用越来越广泛。本文介绍了一种用FPGA 实现 VGA 显示的控制器，从而实现简易彩色条纹显示，并在此基础上通过外加存
2、储器模块来完成图像的实时处理与显示的实现方法，该方法也可方便地应用于各种嵌入式便携系统中。1 VGA 的显示原理VGA 是 IBM 在 1987 年随 PS2 机一起推出的一种视频传输标准。这个标准具有分辨率高、显示速度快、颜色丰富等优点。根据分辨率不同，VGA 又可分为 VGA(640x480)、SVGA(800x600)、XGA(1024x768) 等。VGA 显示采用逐行扫描方式。扫描是从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下。每扫完一行，电子束回到左边下一行的开始位置，期间对电子束进行行消隐。并在每行结束时，用行同步信号对行进行同步，扫描完所有行后，再用场同步信号对场进行同步，并使电子束
3、回到屏幕的左上方，同时对场进行消隐，并预备下一次扫描。该方法的关键是对时序的控制。1 1 VGA 时序确定 VGA 显示接口时序主要应考虑行同步信号(HSYNC)、场同步信号(VSYNC)、蓝基色(B) 、红基色(R)、绿基色(G)这 5 个信号，如果能从 FPGA 中按其时的需要求准确发送这些信号到VGA 接口，就可以实现对 VGA 的控制。VGA 的信号时序如图 1 所示，它分为行数据时序和场数据时序两部分。所谓行时序，就是显示一行数据的时序。从图 1(a)可以看出，显示一行数据需要的时序分四部分。产生行同步脉冲信号 HSYNC 的周期 e=a+ b+c+d。其中 a 为同步信号时间。b
4、为行消隐后肩时间，c 为数据有效时间，d 为行消隐前肩。从图(b)可以看出，场同步时序与行同步时序类似，也是显示一屏数据的时序，这里以行为单位。场同步脉冲信号 VSYNC 的周期 L=h+i+j+k，其中 h 为同步信号时间，i 为场消隐后肩时间，j 为数据有效时间，k 为场消隐前肩时间。不同的分辨率下，行同步和场同步信号的周期是不同的，时序上的时间也不一样。表 1 列出了 VGA 的常用分辨率参数。本设计以 640x480 且刷新频率为 60Hz 为例，其显示器每秒扫描 60 场，VGA 在实际工作时并不是每行扫描 640 个点，每场扫 480 行，由图及表 1 可知，由于行消隐和场消隐的存
5、在，实际是每行 800 个像素，每场 525 行。每行 800 个像素中包括行消隐前肩 d(16 个点)、行同步信号 a(96 个点)、行消隐后肩 b(48 个点)和有效点数 c(640 个) 。每场 525 行中包括场消隐前肩 k(10 行) 、场同步信号 h(2 行) 、场消隐后肩 i(33 行)和有效行数 j(480 行)。所以，点像素的时钟频率为 800x525x60=25175MHz 。1 2 VGA 时序控制信号的产生VGA 时序控制信号的产生包括行点计数器 h_cnter、场行计数器 v_enter、行同步状态机和场同步状态机。h_enter 是 800 进制计数器，v_ cnt
6、er 是 525 进制计数器。行同步状态机有 a(行同步 )状态、b(行消隐后肩)状态、c(数据有效)状态和 d(行消隐前肩)状态，4 种状态可根据 h_ enter 的值进行状态翻转。场同步状态包括 h(场同步)状态、i(场消隐后肩)状态、j(数据有效) 状态和 k(场消隐前肩) 状态，4 种状态也可根据 v_enter 的值进行状态转换。其状态转移图如图 2 所示。当状态机上电复位后，行状态机进入 a 状态，此时 HSYNC 输出为低，行计数器 h_enter 开始对 25MHz 的点时钟计数，当计数到 95 时，转移到 b 状态，而当计数到 143 时，从 b 状态转移到 c 状态，当计数到 783 时，从 c 状态转移到 d 状态。在 b、c、d 三状态时，HYNC输出为高。当状态机上电复位后，场同步状态机进入 h 状态，每当行计数器 h_cater=7991时场行计数器 v_enter 加 1，当 v_enter=1 时，状态机从 h 状态转移到 i 状态，当v_enter=34 时，状态机转移到 j 状态，当 v_enter=514 时，状态机转移到 h 状态，此时场同步信号 VSYNCS 输出为低，其他状态输出为高。只有当行同步状态机在 c 状态且场同步状态机在 j 状态时，才能向 RGB 输入数据。
