基于FPGA的VGA显示实验设计

基于FPGA的VGA显示实验设计

 

成果展示（优酷视频）：

视频: 基于FPGA的VGA显示技术（手机控制）

http://v.youku.com/v_show/id_XNjk4ODE3ODUy.html

视频: 基于FPGA和Labview上位机的VGA显示技术

http://v.youku.com/v_show/id_XNjk4ODE4ODg4.html

 

1. 实验目标

初步了解FPGA，希望能够做到以下两点：

（1）使用Labview上位机控制VGA显示；

（2）使用手机控制VGA显示。

 

2. 开发板简介

实验所使用的开发板是Cyclone II系列的黑金开发板，主要是因为笔记本只有USB接口，只能使用USB Blaster进行程序的下载调试。

Cyclone II系列器件是Altera低成本Cyclone系列的第二代产品，Cyclone II FPGA的成本比第一代Cyclone 器件低30%，逻辑容量大3倍多。Cyclone II器件采用TSMC经验证的90nm低K绝缘材料工艺技术，是业界成本最低的FPGA。Cyclone II通过使用新型的架构,缩小裸片尺寸，在保证成本优势的前提下提供了更高的集成度和性能。

Cyclone II系列的主要特点：

• 高效率的芯片结构支持从4608LE到68416LE的集成度。
• 包含内部嵌入式乘法器，支持DSP运算。
• 先进的I/O，支持PCI,DDR,DDR2等多种接口。
• 全局时钟管理及嵌入式锁相环。
• 支持Altera IP Core 及Nios II 嵌入式处理器。

 

Cyclone II系列芯片比较：

 

3. VGA协议

VGA 协议主要由 5 个输入信号组成，亦是 HSYNC Signal, VSYNC Signal, RGB Signal。说简单一点， HSYNC Signal 是 "列同步信号" ， VSYNC Signal 是 "行同步信号" ， RGB Signal 是"红色-绿色-蓝色 颜色信号" 。

VGA 的扫描是固定的。一帧的屏幕是由"m 行扫描"和"n 列填充"组成。假设以 800x 600 x 60Hz 为例的显示标准 ( 800 宽 x 600 高 x 60Hz )， 那么宏观上它有 600 行和 800 列为一行。

VGA时序图：

以 800 x 600 x 60Hz 为例，像素信息如下：

 

4. 串口模块：

在用手机控制VGA显示的时候，需要将手机和FPGA通过蓝牙进行通信。本实验使用的是一个蓝牙模块，通信协议定义如表所示：

编号	符号	引脚说明
1	5V	蓝牙模块电源
2	TX	蓝牙模块接收
3	RX	蓝牙模块发送
4	GND	蓝牙模块地
5	RST	复位引脚
6	AT	蓝牙模块设置引脚

 

5. 遇到的问题

本实验遇到的最大的问题就是USB BLASTER的驱动安装。这是因为win8在安装驱动的时候，如果驱动没有数字签名认证信息，会强制禁止安装。解决方法是通过更改启动项设置，使得系统能够安装驱动。但是经过实际调试，发现驱动安装成功后，下一次开机驱动会失效，需要重新安装。驱动安装过程如下图：

 

6. 部分FPGA程序

 

7. 手机APP开发

手机的APP开发使用的是APP INVENTOR工具，它能够网页在线编程Android程序。手机界面如下图所示：

 

8. Labview上位机

同时还开发了基于Labview的上位机，也可以通过控制FPGA来控制VGA的显示。上位机的运行界面以及部分程序如下：

 

9. 总结

通过这次实验，学会了初步使用和调试FPGA，对Verilog以及串口等程序有了初步了解。