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时间:2018-07-23
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1、基于FPGA的VGA彩条图像显示1.设计的任务及内容在电子电路领域中,设计自动化工具已经被广大电子工程师所接受,它必将取代人工设计方法并成为主要的设计手段。目前,Verilog语言已经成为各家EDA工具和集成电路厂商认同和共同推广的标准化硬件描述语言,随着科学技术的迅猛发展,电子工业界经历了巨大的飞跃。集成电路的设计正朝着速度快、性能高、容量大、体积小和微功耗的方向发展,这种发展必将导致集成电路的设计规模日益增大。该实训的设计是用Verilog语言硬件描述语言设计出一个VGA图象显示控制器,用V
2、erilog硬件描述语言进行编程,把Verilog语言描述的VGA图象显示控制器所需的程序在QuartusⅡ软件环境下进行模拟仿真,以此来验证所设计的结果是否满足设计的要求。在结果符合要求的情况下把Verilog程序下载到FPGA器件上,利用FPGA器件内部存储器存储所需要的数据,再通过VGA接口输出到显示器上,从而达到设计的要求。VGA显示器因为其输出信息量大,输出形式多样等特点已经成为现在大多数设计的常用输出设备,FPGA以其结构的优势可以使用很少的资源产生VGA的各种控制信号。CRT显示器
3、作为一种通用型显示设备,如今已广泛应用于我们的工作和生活中。与嵌入式系统中常用的显示器件相比,它具有显示面积大、色彩丰富、承载信息量大、接口简单等优点,如果将其应用到嵌入式系统中,可以显著提升产品的视觉效果。如今随着液晶显示器的出现,越来越多的数字产品开始使用液晶作为显示终端。但基于VGA标准的显示器仍是目前普及率最高的显示器[1]。若驱动此类显示器,需要很高的扫面频率,以及极短的处理时间,正是由于这些特点,所以可以用FPGA来实现对VGA显示器的驱动。本次专业课程设计即选用FPGA来实现VGA
4、的显示。随着FPGA的不断发展及其价格的不断下降,FPGA的可编程逻辑设计的应用优势逐渐显现出来。现在,越来越多的嵌入式系统选择了基于FPGA的设计方案。在基于FPGA的大规模嵌入式系统设计中,为实现VGA显示功能,既可以使用专用的VGA接口芯片如SPX7111A等,也可以设计和使用基于FPGA的VGA接口软核。虽然使用VGA专用芯片具有更稳定的VGA时序和更多的显示模式可供选择等优点,但设计和使用VGA接口软核更具有以下优势:(1)使用芯片更少,节省板上资源,减小布线难度;(2)当进行高速数据
5、传输时,具有更小的高频噪声干扰;(3)FPGA(现场可编程门阵列)设计VGA接口可以将要显示的数据直接送到显示器,节省了计算机的处理过程,加快了数据的处理速度,节约了硬件成本。1.1FPGA简介FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)这样一个概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)、输出输入模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分[9]。FPGA的基本特点主要有: 1)采用FP
6、GA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。 2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。 4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5)FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。21可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程
7、。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。因此,FPGA的使用非常灵活。FPGA(FiledProgrammableGateA
8、rray),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半订制电路而出现的,既解决了订制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。1.2QuartusII软件概述QuartusII软件是Altera公司最新版本的EDA开发软件,支持APEX系列、Cyclone系列、Stratix系列和Excalibur系列等新型系列器件的开发。含有工作组计算、集成逻辑分析仪、EDA工具集成、多过程支持、增强重编译
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