FPGA-VGA

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前言

VGA的FPGA驱动

一、VGA是什么？

VGA（Video Graphics Array）是IBM于1987年推出的显示标准，涵盖硬件接口、分辨率和图形处理规范。常见的视频传输接口有三种：VGA 接口、DVI 接口和HDMI 接口，目前的显示设备都配有这三种视频传输接口。

三类视频接口的发展历程为VGA→DVI→HDMI。

二、物理接口

接口解释：

1. 核心信号传输（RGB三原色）

• Pin 1（Red）：传输红色分量的模拟信号。

• Pin 2（Green）：传输绿色分量的模拟信号。

• Pin 3（Blue）：传输蓝色分量的模拟信号。
  作用：RGB三原色信号组合形成完整的图像色彩，信号强度决定像素亮度。

2. 同步信号（Sync）

• Pin 13（Horizontal Sync）：传输水平同步信号，控制显示器横向扫描的时序。

• Pin 14（Vertical Sync）：传输垂直同步信号，控制显示器纵向刷新的时序。
  作用：同步信号确保显示器与显卡输出的图像帧率匹配，避免画面撕裂或偏移。

3. 地线（Ground）

• Pin 5（Ground）：RGB信号的公共地线。

• Pin 6（Red Ground）：红色信号专用地线。

• Pin 7（Green Ground）：绿色信号专用地线。

• Pin 8（Blue Ground）：蓝色信号专用地线。

• Pin 10（Sync Ground）：同步信号的公共地线。
  作用：地线用于消除信号干扰，稳定传输质量。不同信号单独接地可减少串扰。

4. 其他功能针脚

• Pin 4（ID2 / Reserved）：早期用于显示器识别（ID Bit 2），现多为保留未用。

• Pin 9（+5V DC）：提供5V电源，早期用于某些显示器检测或DDC芯片供电。

• Pin 11（ID0 / Reserved）：显示器识别位（ID Bit 0），现通常未使用。

• Pin 12（ID1 / SDA）：部分设备用于DDC（Display Data Channel）通信的SDA数据线。

• Pin 15（ID3 / SCL）：部分设备用于DDC通信的SCL时钟线。
  作用：DDC功能允许显示器自动向显卡报告分辨率等信息（类似即插即用）。

关键接口是三个基色接口，以及行同步接口和场同步接口。

三、VGA显示原理

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。

一行一行的扫描。

为什么我的扫描的这么慢，怎么改变帧率，提高或者降低帧率。

四、VGA时序标准

上面的时序也只是一种，也有其它的时序，比如反过来的。

代码如下（示例）：

每个时钟周期传输一个像素点，深色部分有多个时钟周期，每个时钟周期对应一个像素点，上面是一个像素点的时钟周期，这个时钟周期也叫像素时钟周期。

每次扫描一帧图像，相交部分是显示区域，是一帧图像。

五、VGA显示参数

640x480@60的含义是，显示屏是640列，480行，60帧的速率。这60帧我没看到和感受到啊。

640x480约30_0000个像素点。

行扫描周期x场扫描周期x帧率=像素时钟（Mhz），这是行场同步的时钟频率。

由于VGA的输入是模拟信号，将数字信号转换为模拟信号，可以采用权电阻网络或者是专用的转换芯片。

这是RGB565的格式，用电压来表示颜色的深度，这三路模拟信号的电压范围为0V ~ 0.714V，0V 代表无色，0.714V 代表满色，电压高低由输入的数字信号决定。输入的R、G、B 数字信号不同，输出的三原色红、绿、蓝电压不同，颜色深浅不同，三原色相结合可以产生多种颜色。

六、模块设计

七、波形图设计

一个行扫描周期是扫描一行，扫描完一行，列计数器计数一个，图像是在对应的行扫描周期和列扫描周期的对应时间来判断的。

图像有效信号范围，计数从0开始

行计数器范围（96+40+8-1=143，96+40+8+640-1=783）

场计数器范围（2+25+8-1=34，2+25+8+480-1=514）

八、彩条波形数据

640是列的个数

480是行的个数

对行进行10等分。

在有些时候对于数据的初始化可以不用0，改用其他的不常见或者不可能数值。比如数据变化范围是0-100，位宽是8位，可以初始化为8'hff，防止在数据误操作，比如在0到10要进行一个操作，那么初始化为0就会在开始时发生误操作，但是初始化为8‘hff，就不会发生误操作。

有时数据需要对齐边沿。

数据滞后坐标一个时钟周期，在vga_ctrl里产生对应的坐标，然后图像生成模块在一个时钟周期内输出对应的图像数据。图像数据经过组合逻辑立刻经过vga_ctrl输出图像。

数据滞后位置的波形图。