EDA实验报告-VGA彩条显示 - 图文

EDA技术实验报告— VGA彩条实验 班级：光094-2 姓名：…… 学号：200913504229 VGA彩条信号显示控制

一、实验目的：

1. 熟练掌握 Verilog HDL语言和QuartusII 软件的使用； 2. 理解状态机的工作原理和设计方法； 3. 熟悉 VGA 接口协议规范。

4.通过对VGA接口的显示控制设计，理解VGA接口的时序工作原理，掌握通过计数器产生时序控制信号的方法以及用MEGEFUNCTION制作锁相环的方法。

二、实验原理

1、显示控制原理

常见的彩色显示器一般由阴极射线管(CRT)构成，彩色由GRB(Green Red Blue)基色组成。显示采用逐行扫描的方式解决，阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生GRB基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT、对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。

2、VGA时序信号

计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B 三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT 显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。设计 VGA 控制器的关键是产生符合VGA 接口协议规定的行同步和场同步信号，它们的时序关系如下图所示：

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h_sync：水平同步信号（负脉冲），每个水平扫描周期显示器刷新一行；

v_sync：垂直同步信号（负脉冲），每个垂直扫描周期显示器刷新一帧；

行同步信号（HS） 时序名称 前沿 行同步 数据 后沿 总像素数

按照每秒60帧的刷新速度来计算，所需要的时钟频率为： 频率＝60Hz(帧数)×525(行)×800(每一行像素数)＝25.2MHz

所以我们通过开发系统的50MHz时钟资源，通过时钟分频产生25MHz的频率即可。虽然没有达到精确的25.2MHz的时钟频率(刷新率可能会是59Hz)，但是并不会造成影响。

3、VGA显示器的工作过程

以屏幕左上角的那个像素作为原点（1,1）。当显示器接收到控制器输出的v_sync信号，则开始一个新的垂直刷新循环，同时控制器输出h_sync信号。当经过P+Q=1.084ms的时间后，准备开始水平刷新循环，当h_sync信号的下降沿到来时，即开始刷新第一行（行数加1）。再经过B+C = 5.66?s的时间后，开始刷新第一行的第一个像素（列数加1），并按照所需的时钟频率，刷新此行中其余像素。直到显示器接收到下一个h_sync信号，又开始刷新第二行。

重复此过程，直到刷新到屏幕的底部。当刷新了最下面一行的最后一个像素后，显示器即完成了一帧的刷新，控制器又输出v_sync信号，显示器又开始一个新的垂直刷新循环。

时钟数（像素数） 16 96 640 48 800 场同步信号（VS） 时序名称 前沿 场同步 数据 后沿 总行数 行数 10 2 480 33 525 三、实验内容：

1.输入源程序；

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2.全程编译；

3.时序仿真；

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4.引脚锁定；

5.编译文件下载；

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四、最终硬件测试结果：

五、实验体会：

通过对EDA课程的学习，我对电路的软件和硬件方面的知识有了进一步的了解，至少对于QuartusII经历了由陌生到熟悉应用的过程，这次VGA实验是我本科到现在做过的最有意思的实验之一。刚开始实验时，简单地认为实验是简单而愉快的。但在一次上课时老师的一句幽默“我很欣慰，果然没有一个人理解了状态机的设计”让我认识到自己的浅薄与无知。状态机和系统的设计当时在我的脑海里就是一团乱麻，“剪不断，理还乱”。这都什么跟什么啊，我突然意识到我是不是跟我的学科脱节啦，所以，我决定在本科的有限时间里多动手实验、学习，努力去发现自己的不足，于是我申请进了学院的实验室学习，感觉这门课对我的影响还是恨大的，张老师质朴的教学方式和把我们当成自己孩子的教诲，让我很是欣慰。在这次课程以前从来没有了解过VGA的显示原理和工作模式，刚开始学习的时候觉得非常茫然，不知道从何处下手。在老师的引导下，我按照实验的整体过程，先看了课本，了解了VGA显示和时序控制的相关原理。于是明白这次实验设计的重点就是VGA时序控制模块的设计。再仔细分析时序关系，画出状态转移图，同步区、显示区、消隐区时计数器的数值，便可很方便的编出程序。虽然在实验中也遇到了各种各样的问题，但最终都一一解决，也更让我体会到实验中的乐趣。同时，通过VGA显示实验，我加深了对EDA技术的理解，初步掌握了QuartusII软件图形编辑的使用。我接触了使用VHDL编程的一些基本技术和方

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法，初步掌握QuartusII软件的使用方法、进一步熟悉了数字系统VHDL设计和仿真的流程以及硬件编程下载的基本技能，对以后EDA的继续学习奠定了基础。

六、实验程序：

use ieee.std_std_1164.all; entity color is

port(clk,md:IN std_logic;//md为模式选择输入 rs,vs,r,g,b:OUT std_logic); end color;

architecture behev of color is signal hs1,vs1,pclk,cclk:std_logic; signal mmd:std_logic_vector(1 downto 0); signal fs:std_logic_vector(3 downto 0);

signal cc:std_logic_vector(4 downto 0);//行同步、横彩条产生 signal ll:std_logic_vector(8 downto 0);//场同步、竖彩条产生 signal grbx:std_logic_vector(3 downto 1); signal grby:std_logic_vector(3 downto 1); siganl grbp:std_logic_vector(3 downto 1); signal grb;std_logic_vector(3 downto 0); begin

grb(2)<=(grbp(2) xor md) and hs1 and vs1; grb(3)<=(grbp(3) xor md) and hs1 and vs1; grb(1)<=(brbp(1) xor md) and hs1 and vs1;

process(md) begin

if md'event and md='0' then if mmd=\ else mmd<=mmd+1; end if; end if;

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end process;

process(mmd) begin

if mmd=\横彩条 elsif mmd=\选择竖彩条 elsif mmd=\ else grbp<=\ end if; end process;

process(clk) begin

if clk'event and clk='1' then if fs=20 then fs<=\ else fs<=(fs+1); end if; end if; end process;

fclk<=fs(3); cclk<=cc(4);

process(fclk) begin

if fclk'event and fclk='1' then if cc=29 then cc<=\”； else cc<=cc+1; end if; end if; end process;

process(cclk) begin

外部晶振20M，20分频 - 7 -

// if cclk'event and cclk='0' then if ll=481 then ll<=\ else ll<=ll+1; end if; end if; end process;

process(cc,ll) beign

if cc>23 then hs<='0'; else hs1<='1'; end if;

if ll>479 then vs1<='0'; else vs1<='1'; end if; end process;

process(cc,ll) begin

if cc<3 then grbx<=\ elsif cc<6 then grbx<=\ elsif cc<9 then grbx<=\ elsif cc<13 then grbx<=\ elsif cc<15 then grbx<=\ elsif cc<18 then grbx<=\ elsif cc<21 then grbx<=\ else grbx<=\ end if;

if ll<60 then grby<=\ elsif ll<120 then grby<=\ elsif ll<180 then grby<=\ elsif ll<240 then grby<=\ elsif ll<300 then grby<=\

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elsif ll<360 then grby<=\ elsif ll<420 then grby<=\ else grby<=\ end if; end process;

hs<=hs1; vs<=vs1; r<=grb(2); g<=grb(1); b<=grb(0); end behav;

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