基于FPGA的VGA控制器设计与实现

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1、万方数据第24卷第6期2008年11月齐齐哈尔大学学报JournalofQiqiharUniversityV01．24．No．6Nov．，2008基于FPGA的VGA控制器设计与实现杨杰1，穆伟斌2，沈焕泉2(1．齐齐哈尔大学学报编辑部，黑龙江齐齐哈尔161006；2．齐齐哈尔医学院医学技术学院，黑龙江齐齐哈尔161006)摘要：利用FPGA设计一个类似点阵LCD显示的VGA显示控制器，可实现文字及简单的图表显示。工作时只需将要显示内容转换成对应字模送人FPGA，即可实现相应内容的显示。关键词：FPGA；VGA；屁示控制中图分类号

2、：TP273文献标识码：A文章编号：1007—984X(2008)06-0050-03随着数字图像处理的应用领域的不断扩大，其实时处理技术成为研究的热点。EDA(电子设计自动化)技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA的特点适用于进行一些基于像素级的图像处型¨。LCD和CRT显示器作为一种通用型显示设备，如今已经广泛应用于工作和生活中。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。为此，尝试将VGA显示的控

3、制转化到FPGA来完成实现。1系统设计方案FPGA是整个系统的核心，通过对其编程可输出红、绿、蓝三基色信号和HS、VS行场扫描同步信号。当FPGA接受输出的控制信号后，内部的数据选择器模块根据控制信号选择相应的图像生成模块，输出图像信号，与行场扫描时序信号一起通过VGA接口电路送入显示器，在VGA显示器上便可看到对应的彩色图像。主芯片时钟由外部提供，由一片晶振提供50MHz频率的时钟源，接人芯片全局时钟引脚GCU(1。系统模块如图1。2硬件电路设计VGA的图形模式分为3类：CGA、EGA兼容的图形模式；标准的VGA图形模式；VGA

4、扩展图形模式。后2种图形模式统称为VGA图形模式。本研究基于标准VGA模式来实现。常见的彩色显示器一般都是由CRT(阴极射线管)构成，每—个像素的色彩由红、绿、蓝三基色构成。显示时采用的是逐行扫描的方式。由VGA显示模块产生的水平同步信号和垂直同步信号控制阴极射线管中的电子枪产生电子束，轰击涂有荧光粉的屏幕，产生红、绿、蓝j基色，于显示屏上合成一个彩色像素点。图2表示的是VGA显示模块与CRT显示器的控制框剧创。图1系统构成模块图圈2VGA显示模块与CRT显示器的挖制框图收稿日期：2008．-06--05作者简介：杨杰(1952一

5、)，女，黑龙江齐齐哈尔人，副编审，本科，主要从事编辑学方丽的研究。万方数据第6期基于FPGA的VGA控制器设计与实现·51·电子束扫描一幅屏幕图像上的各个点的过程称为屏幕扫描。现在显示器都是通过光栅扫描方式来进行屏幕扫描。在光栅扫描方式下，电子束按照同定的路径扫过整个屏幕，在扫描过程中通过电子束的通断强弱来控制电子束所经过的每个点是否显示或显示的颜色。电子枪在VGA显示模块产生的行同步、场同步等控制信号的作用下进行包括水平扫描、水平回扫、垂直扫描、垂直回扫等过程。光栅扫描的路径通常为：从上到下扫过每一行，在每一行中从左到右地进行扫

6、描。其过程如下：电子束从屏幕左上角开始向右扫，当到达屏幕的右边缘时，电子束关闭(水平消隐)，并快速返回屏幕左边缘(水平回扫)，然后在下一条扫描线上开始新的一次水平扫描。一旦所有的水平扫描均告完成，电子束在屏幕的右下角结束并关闭(垂直消隐)，然后迅速返回到屏幕的左上角(垂直回扫)，开始下一次光栅扫描。通过对硬件进行编程，输出标准的VGA信号(红、绿、蓝三色信号和行、帧同步信号)，通过15针VGA接口输出至显示器，可具有显示驱动程序的能力，驱动显示器显示图像信号。板上的VGA接口只需使用其中的5个引脚，其中行、帧同步信号直接由FGPA

7、输出；红、绿、蓝-_色信号使用FPGA上8个引脚，8位数据，其中红色2位，绿色和蓝色各3位，经由电阻网络D／A变换后输出值显示器，具有256种颜色。VGA与FPGA引脚连接见表l。表1VG^与FPC,A引脚连接表n'GA管脚156155154152150对应的VGA信号E-vGA—1)0E—VC．A_DlE-√GAj)2E_VGA—D3E_VC．A_IM3系统软件设计采用PCtoLCD2002软件进行字模转换，得到字符／图像像素数据。利用XilinxISE9．1i、ModelSim开发平台设计程序。根据VCA显示原理，产生时序驱动

8、信号HS、VS，同时在正确的时序控制下，扫捕输出ROM中的像素数据至显示器的VGA接口，进行图像显示。程序流程见图3。罔3程序流程图4结束语本设计采用FPGA芯片为控制核心，实现了VGA显示。该设计硬件电路连接简单，软件程序简洁，对显示器的控制简单