基于FPGA的VGA时序控制器

VGA时序

VGA 显示器扫描方式从屏幕左上角一点开始，从左向右逐点扫描，每扫描完一行,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，用行同步信号进行同步； 当扫描完所有的行，形成一帧，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕左上方，同时进行场消隐， 开始下一帧。完成一行扫描的时间称为水平扫描时间，其倒数称为行频率；完成一帧（整屏）扫描的时间称为垂直扫描时间，其倒数称为场频率，即刷新一屏的频率，常见的有 60Hz， 75Hz 等等。标准的 VGA 显示的场频 60Hz。时钟频率：以640480@60Hz为例，每场对应 525 个行周期,其中 480 为显示行。每显示行包括 800 点时钟,其中 640 点为有效显示区。由此可知：需要点时钟频率： 525800*60= 25.2MHz，约25MHz。

扫描方式

常见VGA时序表

其中：
a：行同步时间，
b：行消隐后沿，
c：行显示有效区域
d：行消隐前沿，
e：行扫描总时间，

o：场同步时间，
p：场消隐后沿，
q：场显示有效区域
r：场消隐前沿，
s：场扫描总时间，



本设计以640*480@60Hz为例，因此需要的时钟频率为25MHz，因此需要引入PLL生产25MHz的信号。

VGA时序控制器的Verilog代码

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: NanJing University of Information Science & Technology
// Engineer: Yang Cheng Yu
// 
// Create Date: 2020/01/20 20:01:50
// Design Name: vga_640_480
// Module Name: vga_640_480
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module vga_640_480(
	input 				clk,//25M
	input 				rst,
	output 				hs,
	output 				vs,
	output reg[9:0]	h_cnt,//行计数器
	output reg[9:0]	v_cnt //场计数器
);
//*************************
//行时序（像素数）
	localparam a=96;		
	localparam b=48;		
	localparam c=640;		
	localparam d=16;		
	localparam e=800;		
//*************************	
//帧时序（行数）
	localparam o=2;
	localparam p=33;
	localparam q=480;
	localparam r=10;
	localparam s=525;		
	always@(posedge clk or negedge rst)begin
		if(!rst)
			h_cnt <= 10'd0;
		else
			if(h_cnt==e-1)
				h_cnt <= 10'd0;
			else
				h_cnt <= h_cnt + 1'b1;
	end
	assign hs=(h_cnt<a-1)?1'b0:1'b1;	
	always@(posedge clk or negedge rst)begin
		if(!rst)
			v_cnt <= 10'd0;
		else
			if(v_cnt==s-1)
				v_cnt <= 10'd0;
			else
				if(h_cnt==e-1)
					v_cnt <= v_cnt + 1'b1;
				else
					v_cnt <= v_cnt;
	end	
	assign vs=(v_cnt<o-1)?1'b0:1'b1;
endmodule

仿真文件Verilog代码

由于跑完一帧显示需要约18,000,000ns，因此只做部分过程的仿真

`timescale 1ns/1ps
`define clock_period 40
module vga_640_480_tb;
	reg clk_25m;
	reg rst;
	wire hs;
	wire vs;
	wire[9:0] h_cnt;
	wire[9:0] v_cnt;
	vga_640_480 vga(
		.clk	(clk_25m),//25M
		.rst	(rst),
		.hs	(hs),
		.vs	(vs),
		.h_cnt(h_cnt),//行计数器
		.v_cnt(v_cnt) //场计数器
);

	initial clk_25m=1;
	always#(`clock_period/2)clk_25m=~clk_25m;
	
	initial begin
		rst=0;
		#200;
		rst=1;
		#(300000);
		$stop;
	end
endmodule

仿真波形