VGA的调试.doc

用FPGA控制VGA显示图形和响应PS/2键盘 摘要： 本设计实现了FPGA对VGA和PS/2键盘的控制。可以响应键盘的按键控制VGA显示字符和图片，并具有简单的文本编辑功能，包括光标移动、删除、换行、背景颜色变换等，借助片内rom存储器存储图片像素信息。本设计的硬件平台为实验室已有的Cyclone II开发板， FPGA的器件全称为EP2C35F672C6。设计采用Verilog HDL语言进行基本模块的编写，采用原理图输入方式进行顶层模块和ROM存储器的设计，开发环境为Quartus II8.1。 一 设计原理 (1) 用FPGA进行VGA时序控制的基本原理 ?? VGA显示器因为其输出信息量大，输出形式多样等特点已经成为现在大多数设计的常用输出设备FPGA以其结构的优势可以使用很少的资源产生VGA各种控制信号。?VGA显示器R\G\Ｂ三原色信号和行同步(HSYNC)、场同步(VSYNC)信号。在通用的标准中，VGA的像素输出频率为25.175 MHz，行频率是31.496 KHz，场频率是59.94 Hz。分辨率为640*480，即每行显示640个像素，每场显示480行。这640*480是显示器的有效显示区(Visible area)，除此之外，还有行、场消隐区(Back Porch)，以及行、场同步区（Sync Pulse）以实现行列的同步操作。[1]如果利用实验室的液晶屏，可以增加分辨率至800*600，在这个标准下屏幕的刷新频率设为72Hz，行频率是48.08KHz。FPGA需实现的扫描时序如下图： 用FPGA实现VGA时序的原理： 本设计的硬件平台为Altera公司的Cyclone II系列NIOS开发板(The Nios Development Board, Cyclone II Edition)，所用的FPGA是Altera Cyclone II系列器件中的EP2C35F672C6，它具有483,840bit的嵌入式存储器;33216个逻辑单元(LE); 105个M4K RAM Block。[2] 经过预测，它的寄存器规模足够设计要求，片内的存储单元的个数也可以支持少量图片的存储。 对于VGA的行同步和场同步信号，可以由系统时钟sclk（50MHz）计数得到。本设计将VGA屏幕的刷新频率设为72Hz，即每秒钟同步信号需要扫描整个屏幕72次，以使得观察者能够看到连续清晰的图像。输出的像素是1040*666，实际图像大小为800*600，需要设置行列计数器，按照上述的时序图，对不同的计数值赋予相应的动作,在有效显示区使能R、G、Ｂ三原色信号。 对于R、G、Ｂ三原色信号，其逻辑组合与对应的颜色关系如下图所示。在设计中为了实现多个图片的显示，分别设置的背景颜色寄存器，图片颜色存储器，均为三位，程序根据键盘的选择得出图片颜色存储器的对应地址，通过读ROM,将颜色信息输出到R、G、Ｂ信号线上，ROM宽度为3，总深度为161280，初值由初始化文件(.mif)方式在下载程序时灌入。 (2) 用FPGA进行PS/2键盘响应的基本原理 PS/2端口包括5脚的DIN或6脚的mini-DIN。具有6脚mini-DIN的键盘通常被叫做PS/2键盘。PS/2通讯协议是一种双向同步串行通讯协议通讯的两端通过时钟脚同步，并通过数据脚交换数据。一般时钟频率是左右。每一数据帧包含个位，具体含义如表数据帧格式说明 1个起始位 总是逻辑0 8个数据位 低位在前 1个奇偶校验位 奇校验 1个停止位 总是逻辑1 键盘码分为通码和断码。通码是按键时所发送的编码，断码是按键断开时所发送的编码。基本按键扩展按键一般采用第二套扫描码集编码。基本按键扩展按键基本按键键盘发送“F0”+“键码”扩展按键键盘发送“E0”+“F0”+“键码”基本按键扩展按键 本设计将电路结构分为四部分，PS/2扫描模块负责响应键盘，PS/2键值解析模块负责将键盘接收到的信号转换为VGA的各种控制指令，VGA模块响应控制命令和读取ROM，得到像素点的颜色信息和位置信息，并通过VGA接口控制VGA的显示。下面具体介绍各功能模块。 （1）PS/2键盘扫描模块的设计 模块名称：ps2scan 功能： 响应键盘的按键 输入为： 系统时钟clk，reset按键，PS/2的时钟线，PS/2的数据线。 输出为： 8位的键码ps2_byte，1位按键状态线ps2_state 本设计的键盘扫描模块能够响应键盘上的大多数按键，包括基本按键扩展按键基本按键扩展按键基本按键扩展按键基本按键ps2_byte，1位按键状态线ps2_state， 输出为： 光标的坐标位置XPRES、YPRES，输入字符序号order，所选图片序号pic_num，背景颜色background。