基于FPGA的VGA图像显示与控制

基于FPGA的VGA图像显示与控制

课程要求：采用verilog语言，基于FPGA的VGA图像显示，即能够在显示器上实现动态彩色图像的显示。 VGA显示接口的理论分析：硬件采用CycloneII系列的EP2C20Q240C8N,它含有240个引脚。对于VGA的显示器遵循800*600@75模式，其中800是指每行中显示的像素的个数，而600是指屏幕每一列所包含的像素的个数。 VGA工业标准规定了具体地，在扫描过程中的时序图如下:

行扫描时序图

场扫描时序图

每场信号对应625个行周期，其中600行为图像显示行，每场有场同步信号，该脉冲宽度为3个行周期的负脉冲；每行显示行包括1056个点时钟，其中800点为有效显示区，每行有一个行同步信号的负脉冲，该脉冲宽度为80个点时钟。这样我们可以知道，行频为625*75=46857Hz。需要的点时钟的频率为：625*1056*75=49.5MHz约为50MHz。由上图可知，实际上在真正的实现过程中，每一行扫描所花的时间实际上比显示一行的像素所花的时间多了1056-800=256个像素点。同理，每一场的扫描时间多了625-600=25个行时间。 设计思路：

我们采用BmpToMif工具把BMP格式的图像转换为.mif文件。利用QuartusII7.2自带的MegaWizard Plug-In Manager产生一个ROM存储器，并用其来初始时.mif文件。即将图像文件写入到存储器里面。然后利用编程来控制图像的显示。 设计步骤： 1、工程创建：创建一个Project取名字为vga,在创建工程的向导中选着CycloneII系列的EP2C20Q240C8。

2、代码书写：新建一个Verilog HDL File编写程序代码如下: `timescale 1ns/1ps

module tupian (clk,rst_n,hsync,vsync,vga_r,vga_g,vga_b,addr); input clk,rst_n;

output hsync,vsync,vga_r,vga_g,vga_b; reg hsync,vsync;

output [14:0] addr; reg [14:0] addr;

reg [10:0] x_cnt; //行坐标 reg [9:0] y_cnt; //列坐标

parameter h_Ta=80,h_Tb=128,h_Tc=32,h_Td=800,h_Te=8,h_Tf=8,h_Tg=1056; parameter v_Ta=3, v_Tb=14,v_Tc=7,v_Td=600,v_Te=0.8,v_Tf=0.2,v_Tg=625;

//------------------- 行场的计数------------------- always @(posedge clk) begin

if(x_cnt == h_Tg-1) x_cnt<=0; else x_cnt<=x_cnt+1; end

always @(posedge clk) begin

if(y_cnt==v_Tg-1) y_cnt<=0; else if ( x_cnt == h_Tg-1 ) y_cnt<=y_cnt+1; end

//-------------------同步信号产生------------------- always @(posedge clk) begin

if(x_cnt<=h_Ta-1) hsync<=0; else hsync<=1; end

always @(posedge clk) begin

if(y_cnt <= v_Ta -1) vsync <= 0; else vsync <=1; end

//---------------有效显示区坐标-------------------- wire valid;

assign valid = (x_cnt >= 11'd187) && (x_cnt <= 11'd987) && (y_cnt >= 10'd31) && (y_cnt <= 10'd631);

wire [9:0] xpos; wire [9:0] ypos;

assign xpos = x_cnt-11'd187;

assign ypos = y_cnt-10'd31;

//-----------------显示图像-----------------------

reg[27:0] k; always @ (posedge clk ) begin

if(k<=67108864) begin if((ypos >= 9'd100 && ypos <= 9'd229)&&(xpos >= 10'd65 && xpos <= 10'd192)) addr <= (ypos-100)*128 + (xpos-65); else addr<=0; end

else begin if((ypos >= 9'd100 && ypos <= 9'd229)&&(xpos >= 10'd573 && xpos <= 10'd700)) addr <= (ypos-100)*128 + (xpos-65); else addr<=0; end

if(k>134217728) k=0; else k=k+1;

end endmodule

编写好程序后，点击保存，将文件起名为tupian，并将其设置为顶层文件。点击start compilation按钮，进行汇编。

3、为tupian.v产生Symbol file(符号文件)：

编译完成后，点击File菜单——Create/Update——Create symbol files for current file。

4、新建原理图文件，并导入产生的符号文件：

点击菜单File——new——Block Diagram/Schematic File，双击原理图的空白处，将Project目录下的刚产生的符号文件引入到原理图。如下图：

5、创建ROM并用它存储要显示的图片文件：

1）采用BmpToMif工具将BMP格式的图片转换为.mif文件如下图，打开软件，打开要转换的图片，颜色类型选为彩色(8)色，点击生成Mif文件。给生产的文件起一个名字。

2）利用Quartus II7.2自带的MegaWizard Plug-In Manager产生一个ROM并将图片引入进去。双击原理图空白处，点击MegaWizard Plug-In Manager——选择Creat a new custom megafunction variation,在安装的插件中找到Memory Compiler，选择ROM：1-PORT，选择Verilog语言，并为输出的文件 起一个名字。如设置如下:

点击Next，在弹出的窗口中，设置输出总线为3位，并为其分配的存储空间能够存储图片总的像素点的大小。其他默认。设置如下：

点击Next，前面一直默认，走到page 5 of 7,即第五步，点击Browse,将之前产生的.mif文件加入进来。如下图:

点击Next，直至完成。

6、将tupian 符号文件和刚生成的Rom进行连线。如下图:

7、引脚的绑定和设置

1) 点击菜单Assignments——pin,为各引脚绑定如下:

2) 将绑定的管脚设置为I/O复用：

点击菜单Assignments——Device——点击Device and Pin Options，切换到标签Dual-Purpose Pins，将nCEO的值设置为常规的I/O口。如下图:

8、将原理图文件设置成为顶层文件，然后点击编译运行，运行后，引脚绑定如下：

9、将编译生成的.sof文件下载到硬件里:

实验结果：

实验效果如下图，彩色图片能够在两个位置进行动态显示，可以在代码中控制。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/24h.html