FPGA-VGA

目錄

前言

一、VGA是什么?

二、物理接口

三、VGA顯示原理

四、VGA時序標準

五、VGA顯示參數

六、模塊設計

七、波形圖設計

八、彩條波形數據



前言

VGA的FPGA驅動

一、VGA是什么?

VGA(Video Graphics Array)是IBM于1987年推出的顯示標準,涵蓋硬件接口、分辨率和圖形處理規范。常見的視頻傳輸接口有三種:VGA 接口、DVI 接口和HDMI 接口,目前的顯示設備都配有這三種視頻傳輸接口。

三類視頻接口的發展歷程為VGA→DVI→HDMI。

二、物理接口

接口解釋:

1. 核心信號傳輸(RGB三原色)

  • Pin 1(Red):傳輸紅色分量的模擬信號。

  • Pin 2(Green):傳輸綠色分量的模擬信號。

  • Pin 3(Blue):傳輸藍色分量的模擬信號。
    作用:RGB三原色信號組合形成完整的圖像色彩,信號強度決定像素亮度。

2. 同步信號(Sync)

  • Pin 13(Horizontal Sync):傳輸水平同步信號,控制顯示器橫向掃描的時序。

  • Pin 14(Vertical Sync):傳輸垂直同步信號,控制顯示器縱向刷新的時序。
    作用:同步信號確保顯示器與顯卡輸出的圖像幀率匹配,避免畫面撕裂或偏移。

3. 地線(Ground)

  • Pin 5(Ground):RGB信號的公共地線。

  • Pin 6(Red Ground):紅色信號專用地線。

  • Pin 7(Green Ground):綠色信號專用地線。

  • Pin 8(Blue Ground):藍色信號專用地線。

  • Pin 10(Sync Ground):同步信號的公共地線。
    作用:地線用于消除信號干擾,穩定傳輸質量。不同信號單獨接地可減少串擾。

4. 其他功能針腳

  • Pin 4(ID2 / Reserved):早期用于顯示器識別(ID Bit 2),現多為保留未用。

  • Pin 9(+5V DC):提供5V電源,早期用于某些顯示器檢測或DDC芯片供電。

  • Pin 11(ID0 / Reserved):顯示器識別位(ID Bit 0),現通常未使用。

  • Pin 12(ID1 / SDA):部分設備用于DDC(Display Data Channel)通信的SDA數據線。

  • Pin 15(ID3 / SCL):部分設備用于DDC通信的SCL時鐘線。
    作用:DDC功能允許顯示器自動向顯卡報告分辨率等信息(類似即插即用)。

關鍵接口是三個基色接口,以及行同步接口和場同步接口。

三、VGA顯示原理

VGA 顯示器顯示圖像,并不是直接讓圖像在顯示器上顯示出來,而是采用掃描的方
式,將構成圖像的像素點,在行同步信號和場同步信號的同步下,按照從上到下、由左到
右的順序掃描到顯示屏上。

一行一行的掃描。

為什么我的掃描的這么慢,怎么改變幀率,提高或者降低幀率。

四、VGA時序標準

上面的時序也只是一種,也有其它的時序,比如反過來的。

代碼如下(示例):

每個時鐘周期傳輸一個像素點,深色部分有多個時鐘周期,每個時鐘周期對應一個像素點,上面是一個像素點的時鐘周期,這個時鐘周期也叫像素時鐘周期。

每次掃描一幀圖像,相交部分是顯示區域,是一幀圖像。

五、VGA顯示參數

640x480@60的含義是,顯示屏是640列,480行,60幀的速率。這60幀我沒看到和感受到啊。

640x480約30_0000個像素點。

行掃描周期x場掃描周期x幀率=像素時鐘(Mhz),這是行場同步的時鐘頻率。

由于VGA的輸入是模擬信號,將數字信號轉換為模擬信號,可以采用權電阻網絡或者是專用的轉換芯片。

這是RGB565的格式,用電壓來表示顏色的深度,這三路模擬信號的電壓范圍為0V ~ 0.714V,0V 代表無色,0.714V 代表滿色,電壓高低由輸入的數字信號決定。輸入的R、G、B 數字信號不同,輸出的三原色紅、綠、藍電壓不同,顏色深淺不同,三原色相結合可以產生多種顏色。

六、模塊設計

七、波形圖設計

一個行掃描周期是掃描一行,掃描完一行,列計數器計數一個,圖像是在對應的行掃描周期和列掃描周期的對應時間來判斷的。

圖像有效信號范圍,計數從0開始

行計數器范圍(96+40+8-1=143,96+40+8+640-1=783)

場計數器范圍(2+25+8-1=34,2+25+8+480-1=514)

八、彩條波形數據

640是列的個數

480是行的個數

對行進行10等分。

在有些時候對于數據的初始化可以不用0,改用其他的不常見或者不可能數值。比如數據變化范圍是0-100,位寬是8位,可以初始化為8'hff,防止在數據誤操作,比如在0到10要進行一個操作,那么初始化為0就會在開始時發生誤操作,但是初始化為8‘hff,就不會發生誤操作。

有時數據需要對齊邊沿。

數據滯后坐標一個時鐘周期,在vga_ctrl里產生對應的坐標,然后圖像生成模塊在一個時鐘周期內輸出對應的圖像數據。圖像數據經過組合邏輯立刻經過vga_ctrl輸出圖像。

數據滯后位置的波形圖。

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