基于DE2-115 FPGA开发板的VGA显示
基于DE2-115 FPGA开发板的VGA显示
显示器扫描方式分为逐行扫描和隔行扫描：逐行扫描是扫描从屏幕左上角一点开始，从左像右逐点扫描，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。隔行扫描是指电子束扫描时每隔一行扫一线，完成一屏后在返回来扫描剩下的线，隔行扫描的显示器闪烁的厉害，会让使用者的眼睛疲劳。
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,行频31.5KHz。
行场消隐信号:是针对老式显像管的成像扫描电路而言的。电子枪所发出的电子束从屏幕的左上角开始向右扫描，一行扫完需将电子束从右边移回到左边以便扫描第二行。在移动期间就必须有一个信号加到电路上，使得电子束不能发出。不然这个回扫线会破坏屏幕图像的。这个阻止回扫线产生的信号就叫作消隐信号,场信号的消隐也是一个道理。
显示带宽:带宽指的显示器可以处理的频率范围。如果是60Hz刷新频率的VGA,其带宽达640x480x60=18.4MHz,70Hz的刷新频率1024x768分辨率的SVGA,其带宽达1024x768x70=55.1MHz。
时钟频率：以[email protected](60Hz)为例，每场对应525个行周期(525=10+2+480+33),其中480为显示行。每场有场同步信号,该脉冲宽度为2个行周期的负脉冲，每显示行包括800点时钟,其中640点为有效显示区,每一行有一个行同步信号，该脉冲宽度为96个点时钟。由此可知：行频为525*59.94=31469Hz,需要点时钟频率：525*800*59.94约25MHz.
图1.VGA时序图
VESA中定义行时序和场时序都需要同步脉冲（Sync a）、显示后沿（Back porch b）、显示时序段（Display interval c）和显示前沿（Front porch d）四部分。VGA工业标准显示模式要求：行同步，场同步都为负极性，即同步脉冲要求是负脉冲。
由VGA的行时序可知：没一行都有一个负极性行同步脉冲（Sync a），是数据行的结束标志，同时也是下一行的开始标志。在同步脉冲之后为显示后沿（Back porch b），在显示时序段（Display interval c）显示器为亮的过程，RGB数据驱动一行上的每一个像素点，从而显示一行。在一行的最后为显示前沿（Front porch d）。在显示时间段（Display interval c）之外没有图像投射到屏幕是插入消隐信号。同步脉冲(Sync a)、显示后沿（Back porch b）和显示前沿（Front porch d）都是在行消隐间隔内(Horizontal Blanking Interval)，当消隐有效时，RGB信号无效，屏幕不显示数据。
VGA的场时序与行时序基本一样，每一帧的负极性脉冲（Sync a）是一帧的结束标志，同时也是下一帧的开始标志。而显示数据是一帧的所有行数据。
下面以640*480@60Hz分辨率威力详细讲解VGA时序:
图2.VGA参数
只需要看第一行就可以了。
图3.FPGA与VGA的连接图
图4.ADV7123时序图
DE2-115开发板是使用了AD的，与其他的使用电阻网络的有点不一样，因为他的数据先经过AD，而AD输出延时t6=7.5ns,当使用640*480@60Hz时，VGA带宽为640*480*60=25MHz,周期为40ns,因为AD的时钟是经过取反的，而40/2>7.5ns，所以不需要提前一个时钟发数据，但是1024*768@60Hz时，带宽变为了65MHz,周期为15.38ns，15.38/2已经很接近7.5ns了，所以这时需要提前一个时钟发数据，具体还是以自己测试为准，提前一个时钟不行就试试二个。
图5. 640*480@60Hz,25MHz时序图
图6. 1024*768@60Hz,65MHz时序图
具体的要不要提前一个时钟发送还是以实际为准，具体测试方法如下
写个测试程序，只显示边框（上下左右都只显示一个像素），如果边框都有那就正确的，少了一边就说明是错了，效果图如下：
图7.边框定位测试法
本实验的最终是要显示一个四周20像素的红色边框，然后中间为100*100的绿色方块，测试发现竖线要比横线粗，所以100*100的方块看起来居然是长方形。这个可能跟分辨率有关，因为电脑显示器是建议1920*1080的，而我们使用的640*480,
这个就是DVI,HDMI里的支持的分辨率：1920/1080=1.77777,
这个是VGA协议里有的分辨率：1024/768=800/600=640/480=1.33333<1.77777，
所以竖线会看起来比横线粗，查了一些资料都没有找到有说这个事情的，这些都是我个人理解，欢迎有详细知道的能留言说一下，效果图如下：
图8.最终实验效果图
源码链接：https://github.com/wenalan123/VGA