VGA(Video Graphics Array)视频图形阵列是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。VGA接口即电脑采用VGA标准输出数据的专用接口。VGA接口共有15针,分成3排,每排5个孔,显卡上应用最为广泛的接口类型,绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。
VGA接口是一种D型接口,上面共有15针孔,分成三排,每排五个。 其中,除了2根NC(Not Connect)信号、3根显示数据总线和5个GND信号,比较重要的是3根RGB彩色分量信号和2根扫描同步信号HSYNC和VSYNC针。VGA接口中彩色分量采用RS343电平标准。RS343电平标准的峰值电压为1V。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型,多数的显卡都带有此种接口。有些不带VGA接口而带有DVI(Digital Visual Interface数字视频接口)接口的显卡,也可以通过一个简单的转接头将DVI接口转成VGA接口,通常没有VGA接口的显卡会附赠这样的转接头。
VGA通过引脚的模拟电压(0V-0.714V)显示红绿蓝三种颜色,不同的电压值对应不同的颜色。
VGA驱动显示器用的是扫描的方式,一般是逐行扫描。
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,形成一帧后,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。
FPGA芯片驱动VGA显示,需要先产生模拟信号,这就要借助数模转换器D/A,利用D/A产生模拟信号,输出至VGA的RED、GREEN、BLUE基色数据线。另一种方法是利用电阻网络分流模拟D/A实现的。
module clk_25M_get(
input wire clk , //VGA时
input wire rst_n , //复位
output reg clk_25M
);
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
clk_25M <= 1'b0 ;
end
else begin
clk_25M <= ~clk_25M;
end
end
endmodule
`define vga_640_480
`ifdef vga_640_480
`define H_Right_Border 8
`define H_Front_Porch 8
`define H_Sync_Time 96
`define H_Back_Porch 40
`define H_Left_Border 8
`define H_Data_Time 640
`define H_Total_Time 800
`define V_Bottom_Border 8
`define V_Front_Porch 2
`define V_Sync_Time 2
`define V_Back_Porch 25
`define V_Top_Border 8
`define V_Data_Time 480
`define V_Total_Time 525
`elsif vga_1920_1080
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 88
`define H_Sync_Time 44
`define H_Back_Porch 148
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 1920
`define H_Total_Time 2200
`define V_Bottom_Border 0
`define V_Front_Porch 4
`define V_Sync_Time 5
`define V_Back_Porch 36
`define V_Top_Border 0
`define V_Data_Time 1080
`define V_Total_Time 1125
`elsif vga_800_480
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 40
`define H_Sync_Time 128
`define H_Back_Porch 88
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 800
`define H_Total_Time 1056
`define V_Bottom_Border 8
`define V_Front_Porch 2
`define V_Sync_Time 2
`define V_Back_Porch 25
`define V_Top_Border 8
`define V_Data_Time 480
`define V_Total_Time 525
`elsif vga_800_600
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 40
`define H_Sync_Time 128
`define H_Back_Porch 88
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 800
`define H_Total_Time 1056
`define V_Bottom_Border 0
`define V_Front_Porch 1
`define V_Sync_Time 4
`define V_Back_Porch 23
`define V_Top_Border 0
`define V_Data_Time 600
`define V_Total_Time 628
`elsif vga_1024_600
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 24
`define H_Sync_Time 136
`define H_Back_Porch 160
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 1024
`define H_Total_Time 1344
`define V_Bottom_Border 0
`define V_Front_Porch 1
`define V_Sync_Time 4
`define V_Back_Porch 23
`define V_Top_Border 0
`define V_Data_Time 600
`define V_Total_Time 628
`elsif vga_1024_768
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 24
`define H_Sync_Time 136
`define H_Back_Porch 160
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 1024
`define H_Total_Time 1344
`define V_Bottom_Border 0
`define V_Front_Porch 3
`define V_Sync_Time 6
`define V_Back_Porch 29
`define V_Top_Border 0
`define V_Data_Time 768
`define V_Total_Time 806
`elsif vga_1280_720
`define H_Right_Border 0
`define H_Front_Porch 110
`define H_Sync_Time 40
`define H_Back_Porch 220
`define H_Left_Border 0
`define H_Data_Time 1280
`define H_Total_Time 1650
`define V_Bottom_Border 0
`define V_Front_Porch 5
`define V_Sync_Time 5
`define V_Back_Porch 20
`define V_Top_Border 0
`define V_Data_Time 720
`define V_Total_Time 750
`else
`endif
`include "vga_param.v"
// `define vga_640_480
// `define vga_1920_1080
/**
*
* VGA控制模块
*/
module vga_ctrl(
input wire clk ,
input wire rst_n ,
input wire [23:0] data_display, // 要显示的数据
output reg [10:0] h_addr , // 行地址--数据有效显示区域行地址
output reg [10:0] v_addr , // 场地址--数据有效显示区域场地址
output reg hsync ,
output reg vsync ,
output reg [7:0] vga_r , // R
output reg [7:0] vga_g , // G
output reg [7:0] vga_b , // B
// output wire vga_sync_n ,
output reg vga_black ,
output wire vga_clk // 时钟
);
parameter H_SYNC_START = 1; // 行同步开始
parameter H_SYNC_STOP = `H_Sync_Time; // 行同步结束
parameter H_DATA_START = `H_Sync_Time + `H_Back_Porch + `H_Left_Border;
parameter H_DATA_STOP = `H_Sync_Time + `H_Back_Porch + `H_Left_Border + `H_Data_Time;
parameter V_SYNC_START = 1; // 场同步开始
parameter V_SYNC_STOP = `V_Sync_Time; // 场同步结束
parameter V_DATA_START = `V_Sync_Time + `V_Back_Porch + `V_Top_Border;
parameter V_DATA_STOP = `V_Sync_Time + `V_Back_Porch + `V_Top_Border + `V_Data_Time;
// parameter V_BLANK = `V_Total_Time; //场空白信号总周期长
// parameter H_BLANK = `H_Total_Time; //场空白信号总周期长
reg [11:0] cnt_h_addr; // 行地址计数器
wire add_h_addr;
wire end_h_addr;
reg [11:0] cnt_v_addr; // 场地址计数器
wire add_v_addr;
wire end_v_addr;
// 行地址计数
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
cnt_h_addr <= 12'd0;
end
else if (add_h_addr) begin
if (end_h_addr)
cnt_h_addr <= 12'd0;
else
cnt_h_addr <= cnt_h_addr + 1'b1;
end
else begin
cnt_h_addr <= 12'd0;
end
end
assign add_h_addr = 1'b1;
assign end_h_addr = ((cnt_h_addr>=`H_Total_Time-1) && add_h_addr);
// 场地址计数
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
cnt_v_addr <= 12'd0;
end
else if (add_v_addr) begin
if (end_v_addr)
cnt_v_addr <= 12'd0;
else
cnt_v_addr <= cnt_v_addr + 1'b1;
end
else begin
cnt_v_addr <= cnt_v_addr;
end
end
assign add_v_addr = end_h_addr;
assign end_v_addr = ((cnt_v_addr>=`V_Total_Time-1) && add_v_addr);
// always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
// if (!rst_n) begin
// end
//
// else if (add_v_addr) begin
// end
//
// else begin
// end
// end
// assign vga_sync_n = 1'b0; //符合同步控制信号 行时序和场时序都要产生同步脉冲
//assign vga_black = ~((cnt_h_addr < H_BLANK) || (cnt_v_addr < V_BLANK)); //当行计数器小于行空白总长或场计数器小于场空白总长时,空白信号低电平
// 行同步信号 低有效
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
hsync <= 1'b1;
end
else if (cnt_h_addr == H_SYNC_START - 1) begin // 行同步开始
hsync <= 1'b0;
end
else if (cnt_h_addr == H_SYNC_STOP - 1) begin // 行同步结束
hsync <= 1'b1;
end
else begin
hsync <= hsync;
end
end
// 场同步信号 低有效
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
vsync <= 1'b1;
end
else if (cnt_v_addr == V_SYNC_START - 1) begin
vsync <= 1'b0;
end
else if (cnt_v_addr == V_SYNC_STOP - 1) begin
vsync <= 1'b1;
end
else begin
vsync <= vsync;
end
end
assign vga_clk = clk;
// 数据有效显示区域定义
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
h_addr <= 11'd0;
end
else if ((cnt_h_addr >= (H_DATA_START - 1)) && (cnt_h_addr <= H_DATA_STOP)) begin
h_addr <= cnt_h_addr - H_DATA_START - 1; // 总的 减去 前面的多余部分
end
else begin
h_addr <= 11'd0;
end
end
// 数据有效显示区域定义
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
v_addr <= 11'd0;
end
else if ((cnt_v_addr >= (V_DATA_START - 1)) && (cnt_v_addr <= V_DATA_STOP)) begin
v_addr <= cnt_v_addr - V_DATA_START - 1;
end
else begin
v_addr <= 11'd0;
end
end
// 显示数据
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
vga_r <= 8'd0;
vga_g <= 8'd0;
vga_b <= 8'd0;
end
// 在显示数据范围内
else if ( ((cnt_h_addr >= (H_DATA_START - 1)) && (cnt_h_addr <= H_DATA_STOP)) &&
((cnt_v_addr >= (V_DATA_START - 1)) && (cnt_v_addr <= V_DATA_STOP)) ) begin
vga_r <= data_display[23:16];
vga_g <= data_display[15:8];
vga_b <= data_display[7:0];
vga_black <= 1'b1;
end
else begin
vga_r <= 8'd0;
vga_g <= 8'd0;
vga_b <= 8'd0;
vga_black <= 1'b0;
end
end
endmodule
module data_generate(
input wire clk ,
input wire rst_n ,
input wire [10:0] h_addr , // 行地址--数据有效显示区域行地址
input wire [10:0] v_addr , // 场地址--数据有效显示区域场地址
output reg [23:0] data_display // 要显示的数据
);
parameter
BLACK = 24'h000000,
RED = 24'hFF0000,
GREEN = 24'h00FF00,
BLUE = 24'h0000FF,
YELLOW = 24'hFFFF00,
CYANRAY = 24'h00FFFF,
PURPLE = 24'hFF00FF,
GRAY = 24'hC0C0C0,
WHITE = 24'hFFFFFF;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
data_display <= WHITE;
end
else begin
case (h_addr)
0: data_display <= BLACK ;
80: data_display <= RED ;
160: data_display <= GREEN ;
240: data_display <= BLUE ;
320: data_display <= YELLOW ;
400: data_display <= CYANRAY;
480: data_display <= PURPLE ;
560: data_display <= GRAY ;
default: data_display <= data_display;
endcase
end
end
endmodule
/**
*
* 顶层文件
*/
module vga_top(
input wire clk,
input wire rst_n,
output wire hsync ,
output wire vsync ,
output wire [7:0] vga_r ,
output wire [7:0] vga_g ,
output wire [7:0] vga_b ,
// output wire vga_sync_n ,
output wire vga_black ,
output wire vga_clk
);
wire [23:0] data_display; // 要显示的数据
wire [10:0] h_addr ; // 行地址--数据有效显示区域行地
wire [10:0] v_addr ; // 场地址--数据有效显示区域场地
wire clk_25M;
clk_25M_get u_clk_25M_get(
.clk (clk ), //VGA时
.rst_n (rst_n ), //复位
.clk_25M (clk_25M)
);
data_generate u_data_generate(
/*input wire */ .clk (clk_25M ),
/*input wire */ .rst_n (rst_n ),
/*input wire [10:0] */ .h_addr (h_addr ), // 行地址--数据有效显示区域行地址
/*input wire [10:0] */ .v_addr (v_addr ), // 场地址--数据有效显示区域场地址
/*output wire [23:0] */ .data_display (data_display ) // 要显示的数据
);![请添加图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/1660334f7ecd4160b71c835ce6129c95.png)
// 显示字符
// data_gen_char u_data_gen_char(
// /*input wire */ .clk (clk_25M ),
// /*input wire */ .rst_n (rst_n ),
// /*input wire [10:0] */ .h_addr (h_addr ), // 行地址--数据有效显示区域行地址
// /*input wire [10:0] */ .v_addr (v_addr ), // 场地址--数据有效显示区域场地址
// /*output wire [23:0] */ .data_display (data_display ) // 要显示的数据
);
vga_ctrl u_vga_ctrl(
/*input wire */ .clk (clk_25M ),
/*input wire */ .rst_n (rst_n ),
/*input wire [23:0]*/ .data_display (data_display), // 要显示的数据
/*output wire [10:0]*/ .h_addr (h_addr ), // 行地址--数据有效显示区域行地址
/*output wire [10:0]*/ .v_addr (v_addr ), // 场地址--数据有效显示区域场地址
/*output reg */ .hsync (hsync ),
/*output reg */ .vsync (vsync ),
/*output reg [7:0] */ .vga_r (vga_r ), // R
/*output reg [7:0] */ .vga_g (vga_g ), // G
/*output reg [7:0] */ .vga_b (vga_b ), // B
// .vga_sync_n (vga_sync_n ),
.vga_black (vga_black ),
/*output wire */ .vga_clk (vga_clk ) // 时钟
);
endmodule
module vga(
OSC_50, //原CLK2_50时钟信号
VGA_CLK, //VGA自时钟
VGA_HS, //行同步信号
VGA_VS, //场同步信号
VGA_BLANK, //复合空白信号控制信号 当BLANK为低电平时模拟视频输出消隐电平,此时从R9~R0,G9~G0,B9~B0输入的所有数据被忽略
VGA_SYNC, //符合同步控制信号 行时序和场时序都要产生同步脉冲
VGA_R, //VGA绿色
VGA_B, //VGA蓝色
VGA_G); //VGA绿色
input OSC_50; //外部时钟信号CLK2_50
output VGA_CLK,VGA_HS,VGA_VS,VGA_BLANK,VGA_SYNC;
output [7:0] VGA_R,VGA_B,VGA_G;
parameter H_FRONT = 16; //行同步前沿信号周期长
parameter H_SYNC = 96; //行同步信号周期长
parameter H_BACK = 48; //行同步后沿信号周期长
parameter H_ACT = 640; //行显示周期长
parameter H_BLANK = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK; //行空白信号总周期长
parameter H_TOTAL = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK+H_ACT; //行总周期长耗时
parameter V_FRONT = 11; //场同步前沿信号周期长
parameter V_SYNC = 2; //场同步信号周期长
parameter V_BACK = 31; //场同步后沿信号周期长
parameter V_ACT = 480; //场显示周期长
parameter V_BLANK = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK; //场空白信号总周期长
parameter V_TOTAL = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK+V_ACT; //场总周期长耗时
reg [10:0] H_Cont; //行周期计数器
reg [10:0] V_Cont; //场周期计数器
wire [7:0] VGA_R; //VGA红色控制线
wire [7:0] VGA_G; //VGA绿色控制线
wire [7:0] VGA_B; //VGA蓝色控制线
reg VGA_HS;
reg VGA_VS;
reg [10:0] X; //当前行第几个像素点
reg [10:0] Y; //当前场第几行
reg CLK_25;
always@(posedge OSC_50)
begin
CLK_25=~CLK_25; //时钟
end
assign VGA_SYNC = 1'b0; //同步信号低电平
assign VGA_BLANK = ~((H_Cont=H_BLANK) //如果行计数器大于等于行空白总时长
X<=H_Cont-H_BLANK; //X等于行计数器-行空白总时长 (X为当前行第几个像素点)
else X<=0; //否则X为0
end
always@(posedge VGA_HS)
begin
if(V_Cont=V_BLANK) //如果场计数器大于等于场空白总时长
Y<=V_Cont-V_BLANK; //Y等于场计数器-场空白总时长 (Y为当前场第几行)
else Y<=0; //否则Y为0
end
reg valid_yr;
always@(posedge CLK_to_DAC)
if(V_Cont == 10'd32) //场计数器=32时
valid_yr<=1'b1; //行输入激活
else if(V_Cont==10'd512) //场计数器=512时
valid_yr<=1'b0; //行输入冻结
wire valid_y=valid_yr; //连线
reg valid_r;
always@(posedge CLK_to_DAC)
if((H_Cont == 10'd32)&&valid_y) //行计数器=32时
valid_r<=1'b1; //像素输入激活
else if((H_Cont==10'd512)&&valid_y) //行计数器=512时
valid_r<=1'b0; //像素输入冻结
wire valid = valid_r; //连线
wire[10:0] x_dis; //像素显示控制信号
wire[10:0] y_dis; //行显示控制信号
assign x_dis=X; //连线X
assign y_dis=Y; //连线Y
parameter
char_line00=240'h00200000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000,
char_line01=240'h002000003FF800000000000000000000000000000000000000000000000000000000,
char_line02=240'h7820FFFE210800000000000000000000000000000000000000000000000000000000,
char_line03=240'h482004002108000007F00FE000800FE00FE007E01FFC07E00FE007E000800FE007E0,
char_line04=240'h482004003FF800000818301807803018301818183008181830181818078030181818,
char_line05=240'h4820040021080000100038180180300C300C381C2010381C300C381C01803818381C,
char_line06=240'h4BFE07F021080000300000180180700C700C300C0020300C700C300C01800018300C,
char_line07=240'h482004103FF87FFE37F000600180301C301C300C0040300C301C300C01800060300C,
char_line08=240'h4820041001000000380C01F00180382C382C300C0080300C382C300C018001F0300C,
char_line09=240'h4820081001000000300C001801800FCC0FCC300C0180300C0FCC300C01800018300C,
char_line0a=240'h782008103FF80000300C000C0180001C001C300C0300300C001C300C0180000C300C,
char_line0b=240'h4820101001000000300C380C018000180018381803003818001838180180380C3818,
char_line0c=240'h0020101001000000181830180180383038301C1003801C1038301C10018030181C10,
char_line0d=240'h002020100100000007E00FE00FF80FC00FC007E0030007E00FC007E00FF80FE007E0,
char_line0e=240'h002040A0FFFE00000000000000000000000000000000000000000000000000000000,
char_line0f=240'h00208040000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
reg[7:0] char_bit;
always@(posedge CLK_to_DAC)
if(X==10'd180)char_bit<=9'd240; //当显示到144像素时准备开始输出图像数据
else if(X>10'd180&&X<10'd420) //左边距屏幕144像素到416像素时 416=144+272(图像宽度)
char_bit<=char_bit-1'b1; //倒着输出图像信息
reg[29:0] vga_rgb; //定义颜色缓存
always@(posedge CLK_to_DAC)
if(X>10'd180&&X<10'd420) //X控制图像的横向显示边界:左边距屏幕左边144像素 右边界距屏幕左边界416像素
begin case(Y) //Y控制图像的纵向显示边界:从距离屏幕顶部160像素开始显示第一行数据
10'd200:
if(char_line00[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000; //如果该行有数据 则颜色为红色
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000; //否则为黑色
10'd201:
if(char_line01[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd202:
if(char_line02[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd203:
if(char_line03[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd204:
if(char_line04[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd205:
if(char_line05[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd206:
if(char_line06[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd207:
if(char_line07[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd208:
if(char_line08[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd209:
if(char_line09[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd210:
if(char_line0a[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd211:
if(char_line0b[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd212:
if(char_line0c[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd213:
if(char_line0d[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd214:
if(char_line0e[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
10'd215:
if(char_line0f[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
default:vga_rgb<=30'h0000000000; //默认颜色黑色
endcase
end
else vga_rgb<=30'h000000000; //否则黑色
assign VGA_R=vga_rgb[23:16];
assign VGA_G=vga_rgb[15:8];
assign VGA_B=vga_rgb[7:0];
endmodule
本次实验对VGA有了一定的了解,同时使用Verilog编程完成了vga彩色条纹的显示和字符显示
【FPGA实验】基于DE2-115平台的VGA显示
https://blog.csdn.net/chengfengwenalan/article/details/79854730
https://blog.csdn.net/u013793399/article/details/51319235
https://blog.csdn.net/cchulu/article/details/73876978