基于FPGA的VGA彩条图像显示.pdf

基于 FPGA的 VGA彩条图像显示 1. 设计的任务及内容 在电子电路领域中，设计自动化工具已经被广大电子工程师所接受，它必将取代人工设计 方法并成为主要的设计手段。目前， Verilog 语言已经成为各家 EDA 工具和集成电路厂商认同和 共同推广的标准化硬件描述语言，随着科学技术的迅猛发展，电子工业界经历了巨大的飞跃。 集成电路的设计正朝着速度快、性能高、容量大、体积小和微功耗的方向发展，这种发展必将 导致集成电路的设计规模日益增大。 该实训的设计是用 Verilog 语言硬件描述语言设计出一个 VGA 图象显示控制器，用 Verilog 硬件描述语言进行编程，把 Verilog 语言描述的 VGA 图象显示控制器所需的程序在 QuartusⅡ软 件环境下进行模拟仿真，以此来验证所设计的结果是否满足设计的要求。在结果符合要求的情 况下把 Verilog 程序下载到 FPGA 器件上，利用 FPGA 器件内部存储器存储所需要的数据，再通 过 VGA 接口输出到显示器上，从而达到设计的要求。 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 的各种控制信号。 CRT 显示器作为一种通用型显示设备，如今已广泛应用于我们的工作和生活中。与嵌入式 系统中常用的显示器件相比，它具有显示面积大、色彩丰富、承载信息量大、接口简单等优 点，如果将其应用到嵌入式系统中，可以显著提升产品的视觉效果。如今随着液晶显示器的出 现，越来越多的数字产品开始使用液晶作为显示终端。但基于 VGA 标准的显示器仍是目前普及 率最高的显示器 [1] 。若驱动此类显示器，需要很高的扫面频率，以及极短的处理时间，正是由 于这些特点，所以可以用 FPGA 来实现对 VGA 显示器的驱动。本次专业课程设计即选用 FPGA 来实现 VGA 的显示。 随着 FPGA 的不断发展及其价格的不断下降， FPGA 的可编程逻辑设计的应用优势逐渐显现 出来。现在 ,越来越多的嵌入式系统选择了基于 FPGA 的设计方案。在基于 FPGA 的大规模嵌入 式系统设计中，为实现 VGA 显示功能 ,既可以使用专用的 VGA 接口芯片如 SPX7111A 等，也可 以设计和使用基于 FPGA 的 VGA 接口软核。虽然使用 VGA 专用芯片具有更稳定的 VGA 时序 和更多的显示模式可供选择等优点 ,但设计和使用 VGA 接口软核更具有以下优势： (1)使用芯片 更少 ,节省板上资源 ,减小布线难度； (2)当进行高速数据传输时，具有更小的高频噪声干扰； (3) FPGA(现场可编程门阵列 )设计 VGA 接口可以将要显示的数据直接送到显示器，节省了计算机 的处理过程，加快了数据的处理速度，节约了硬件成本。 1.1 FPGA 简介 FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA （Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模 块 CLB （Configurable Logic Block ）、输出输入模块 IOB （Input Output Block ）和内部连线 （Interconnect）三个部分[9] 。FPGA 的基本特点主要有： 1）采用 FPGA 设计 ASIC 电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 2）FPGA可做其它全定制或半定制 ASIC 电路的中试样片。 3）FPGA 内部有丰富的触发器和 I ／O 引脚。 4）FPGA是 ASIC 电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5) FPGA 采用高速 CHMOS 工艺，功耗低，可以与 CMOS、TTL 电平兼容。 1 可以说， FPGA 芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 FPGA