基于DE2-115平台实现VGA显示器的显示实验

目录

• • 什么是VGA协议
  • VGA显示原理
  • VGA时序图
  • VGA参数图
  • 实验记录
  • • 准备PLL
    • ROM
    • 取模
    • 代码
    • • data_drive.v
      • key_debounce.v
      • vga_drive.v
      • vga_top.v
      • 实验���象

        什么是VGA协议

        这一部分摘录自野火的征途Pro《FPGA Verilog开发实战指南——基于Altera EP4CE10》2021.7.10（上）

        VGA，英文全称“Video Graphics Array”，译为视频图形阵列，是一种使用模拟信号进行视频传输的标准协议，由 IBM 公司于 1987 年推出，因其分辨率高、显示速度快、颜色丰富等优点，广泛应用于彩色显示器领域。

        下图是野火书中的VGA插头图片：

        下面是引脚定义，一样来自野火的书：

        

        VGA显示原理

        VGA显示屏显示图片时，是将图片的像素点在行同步信号与场同步信号的作用下，从上往下，从左往右扫描到屏幕上。

        VGA显示器首先从最左上角的像素开始，向右进行扫描。每完成一行图像扫描就进行图像消隐，并将扫描坐标变为下一行最左边的像素。扫描完最后一行时，会完成一帧图像的扫描，扫描坐标重新回到左上角。

        扫描的速度非常快，即使每次扫描的时候是显示一个像素点，对于人眼来说看到的是完整的一帧图像。

        VGA时序图

        

        VGA参数图

        

        详细的原理笔者还没有弄清楚，做本次实验的时候更多的是在学长的作业上依葫芦画瓢。对于原理部分就写这些，下面是实验记录。

        实验记录

        本次实验主要参考的是这位学长（学姐）的博客，大家有兴趣可以看看：https://blog.csdn.net/qq_47281915/article/details/125134764

        准备PLL

        实验要使用到640×480 60HZ，所以需要一个25MHz的时钟，而DE2-115平台的fpga时钟频率是50MHz，因此要使用锁相环PLL来分频，得到25MHz时钟。

        然后按照下面的图的指示配置PLL，注意我配置了两个时钟输出c0与c1，一个输出25MHz时钟，另一个输出50MHz时钟。

        

        ROM

        由于实验要求显示图片，因此要先将图片数据保存到fpga中。

        因此，使用到了另外一个IP核：ROM。

        但是在配置ROM之前，要先找到你要保存的图片，将它转化为mif文件。

        比如我有这么一张64*64大小的bmp图片。

        

        要把它保存到fpga中，先生成它的mif文件。

        使用bmp2mif程序：

        这个程序会默认在桌面生成mif文件。

        然后配置ROM核：

        改模块名称：

        然后按照下图配置：

        

        图片显示部分的相关工作到这里结束，下面是文字显示的准备工作。

        取模

        要在vga显示屏上显示字符，需要完成字符取模。

        使用字符取模程序PCtoLCD2002:

        位图图片保存好后，左上角重新将其导入。

        点击选项，按下图配置：

        点击生成字模，将其保存备用：

        

        代码

        下面是实验中各个模块的代码：

        data_drive.v

        module data_drive (input			wire						vga_clk,
                           input			wire						rst_n,
                           input			wire		[ 11:0 ]		addr_h,
                           input			wire		[ 11:0 ]		addr_v,
                           input			wire		[ 2:0 ]		 key,
                           output			reg		[ 15:0 ]				rgb_data);
        localparam	red    = 16'd63488;
        localparam	orange = 16'd64384;
        localparam	yellow = 16'd65472;
        localparam	green  = 16'd1024;
        localparam	blue   = 16'd31;
        localparam	indigo = 16'd18448;
        localparam	purple = 16'd32784;
        localparam	white  = 16'd65503;
        localparam	black  = 16'd0;
        reg [ 383:0 ] char_line[ 64:0 ];
        localparam	states_1 = 1; // 彩条
        localparam	states_2 = 2; // 字符
        localparam	states_3 = 3; // 图片
        parameter	height = 78; // 图片高度
        parameter	width  = 128; // 图片宽度
        reg			[ 1:0 ]			states_current			; // 当前状态
        reg			[ 1:0 ]			states_next			    ; // 下个状态
        reg			[ 13:0 ]		rom_address				; // ROM地址
        wire			[ 15:0 ]		rom_data				; // 图片数据
        wire							flag_enable_out1			; // 文字有效区域
        wire							flag_enable_out2			; // 图片有效区域
        wire							flag_clear_rom_address		; // 地址清零
        wire							flag_begin_h			    ; // 图片显示行
        wire							flag_begin_v			    ; // 图片显示列
        //状态转移
        always @( posedge vga_clk or negedge rst_n ) begin
            if ( !rst_n ) begin
                states_current