VGA显示原理、时序标准及相关参数

        在博客https://blog.csdn.net/qq_51264805/article/details/122304834?utm_source=app&app_version=4.21.0&code=app_1562916241&uLinkId=usr1mkqgl919blen中我们对VGA进行了简单介绍。

        而在博客https://blog.csdn.net/qq_51264805/article/details/122306440中我们针对下面赘述的VGA显示原理，时序标准编写的代码，读者可自行查看

        下面就VGA显示原理进行说明：

        VGA 显示器显示图像，并不是直接让图像在显示器上显示出来，而是采用扫描的方式，将构成图像的像素点，在行同步信号和场同步信号的同步下，按照从上到下、由左到右的顺序扫描到显示屏上。VGA 显示器扫描方式，具体见图 1 。

 图 1 VGA显示器扫描方式

        结合 VGA 显示器扫描方式示意图，我们简要说明一下 VGA 显示器的扫描规律。

        (1) 在行、场同步信号的同步作用下，扫描坐标定位到左上角第一个像素点坐标；

        (2) 自左上角 ( 第一行 ) 第一个像素点坐标，逐个像素点向右扫描 ( 图中第一个水平方向箭头) ；

        (3) 扫描到第一行最后一个数据，一行图像扫描完成，进行图像消隐，扫描坐标自第一行行尾转移到第二行行首( 图中第一条虚线 ) ；

        (4) 重复若干次扫描至最后一行行尾，一帧图像扫描完成，进行图像消隐，扫描坐标跳转回到左上角第一行行首( 图中对角线箭头 ) ，开始下一帧图像的扫描。

        在扫描的过程中会对每一个像素点进行单独赋值，使每个像素点显示对应色彩信息，

当一帧图像扫描结束后，开始下一帧图像的扫描，循环往复，当扫描速度足够快，加之人

眼的视觉暂留特性，我们会看到一幅完整的图片，而不是一个个闪烁的像素点。这就是

VGA 显示的原理。

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        VGA时序标准介绍：

        为了适应匹配不同厂家的 VGA 显示器， VGA 视频传输接口有自己的一套 VGA 时序标准，只有遵循 VGA 的时序标准，才能正确的进行图像信息的显示。在这里我们以 VESA VGA 时序标准为例，为大家讲解一下 VGA 时序标准，具体见图 2 。

 图 2 VESA VGA时序标准图

        由 VESA VGA 时序标准图可知， VGA 时序由两部分构成，行同步时序与场同步时序，为了方便大家理解，我们将行同步时序与场同步时序分开讲解。

        (1) 行同步时序，具体见图 3 。

图 3 行同步时序图

        图中 Video 代表传输的图像信息， HSync 表示行同步信号。 HSync 自上升沿起到下一个上升沿止为一个完整周期，我们称之为行扫描周期。

        一个完整的行扫描周期，包含 6 部分： Sync （同步）、 Back Porch （后沿）、 Left Border（左边框）、 “Addressable” Video （有效图像）、 Right Border （右边框）、 Front Porch（前沿），这 6 部分的基本单位是 pixel （像素），即一个像素时钟周期。在一个完整的行扫描周期中，Video 图像信息在 HSync 行同步信号的同步下完成一行图像的扫描显示，Video 图像信息只有在 “Addressable” Video （有效图像）阶段，图像信息有效，其他阶段图像信息无效。

        HSync 行同步信号在 Sync （同步）阶段，维持高电平，其他阶段均保持低电平，在下一个行扫描周期的 Sync （同步）阶段， HSync 行扫描信号会再次拉高，其他阶段拉低，周而复始。

        (2) 场同步时序，具体见图 4 。

 图 4 场同步时序图

        理解了行同步时序，场同步时序就更容易理解了，两者相类似，如图 28-8 所示，图中Video 代表传输的图像信息， VSync 表示场同步信号， VSync 自上升沿起到下一个上升沿止为一个完整周期，我们称之为场扫描周期。

        一个完整的场扫描周期，也包含 6 部分： Sync （同步）、 Back Porch （后沿）、 Top Border（上边框）、 “Addressable” Video （有效图像）、 Bottom Border （底边框）、 Front Porch（前沿），与行同步信号不同的是，这 6 部分的基本单位是 line （行），即一个完整的行扫描周期。

        在一个完整的场扫描周期中，Video 图像信息在 HSync （行同步信号）和 VSync （场同步信号）的共同作用下完成一帧图像的显示，Video 图像信息只有在 “Addressable” Video（有效图像）阶段，图像信息有效，其他阶段图像信息无效。VSync 行同步信号在 Sync （同步）阶段，维持高电平，其他阶段均保持低电平，完成一个场扫描周期后，进入下一帧图像的扫描。

        综上所述，将行同步时序图与场同步时序图结合起来就构成了 VGA 时序图，具体见图 5。

 图 5 VGA时序图

        图中的红色区域表示在一个完整的行扫描周期中，Video 图像信息只在此区域有效，黄色区域表示在一个完整的场扫描周期中，Video 图像信息只在此区域有效，两者相交的橙色区域，就是 VGA 图像的最终显示区域。以上就是对 VGA 时序的讲解，请大家理解掌握。

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        VGA 显示模式及相关参数

        行同步时序可分为 6 个阶段，对于这 6 个阶段的参数是有严格定义的，参数配置不正确，VGA 不能正常显示。 VGA 显示器可支持多种分辨率，不同分辨率对应个阶段的参数是不同的，常用 VGA 分辨率时序参数，具体见图 6 。

图 6 VGA不同分辨率参数

        下面我们以经典 VGA 显示模式 640x480@60 为例，为读者讲解一下 VGA 显示的相关参数。

        (1) 显示模式： 640x480@60

                640x480 是指 VGA 的分辨率， 640 是指有效显示图像每一行有 640 个像素点， 480 是

指每一帧图像有 480 行， 640 * 480 = 307200 ≈ 300000 ，每一帧图片包含约 30 万个像素点，之前某品牌手机广告上所说的 30 万像素指的就是这个； @60 是指 VGA 显示图像的刷新频率，60 就是指 VGA 显示器每秒刷新图像 60 次，即每秒钟需要显示 60 帧图像。

        (2) 时钟 (MHz) ： 25.175MHz

                这是 VGA 显示的工作时钟，像素点扫描频率。

        (3) 行同步信号时序 ( 像素 ) 、场同步信号时序 ( 行数 )

                行同步信号时序分为 6 段， Sync （同步）、 Back Porch （后沿）、 Left Border （左边

框）、 “Addressable” Video （有效图像）、 Right Border （右边框）、 Front Porch （前沿），这 6 段构成一个行扫描周期，单位为像素时钟周期。

                同步阶段，参数为 96，指在行时序的同步阶段，行同步信号需要保持 96 个像素时钟周期的高电平， 其他几个阶段与此相似。

                场同步信号时序与其类似，只是单位不再是像素时钟周期，而是一个完整的行扫描周

期，在此不再赘述。

                在这里，我们看回图 6，由图可知，即使 VGA 显示分辨率相同，但刷新频率不同的话，相关参数也存在差异，如 640x480@60 、 640x480@75 ，这两个显示模式虽然具有相同的分辨率，但是 640x480@75 的刷新频率更快，所以像素时钟更快，时序参数也有区别。

        下面我们以显示模式 640x480@60 、 640x480@75 为例，学习一下时钟频率的计算方法。

        行扫描周期 * 场扫描周期 * 刷新频率 = 时钟频率

        640x480@60：

        行扫描周期：800( 像素 ) ，场扫描周期： 525( 行扫描周期 ) 刷新频率： 60Hz

        800 * 525 * 60 = 25,200,000 ≈ 25.175MHz （误差忽略不计）

        640x480@75：

        行扫描周期：840( 像素 ) 场扫描周期： 500( 行扫描周期 ) 刷新频率： 75Hz

        840 * 500 * 75 = 31,500,000 = 31.5MHz

        在计算时钟频率时，大家要谨记一点，要使用行扫描周期和场扫描周期的参数进行计算，不能使用有效图像的参数进行计算，虽然在有效图像外的其他阶段图像信息均无效，但图像无效阶段的扫描也花费了扫描时间。

        以上就是对 VGA 显示标准中分辨率相关参数的讲解，在编写 VGA 驱动时，我们要根据 VGA 显示模式的不同调整相关参数，只有这样 VGA 图像才能正常显示。