VGA图像显示控制器的设计+VHDL代码(2)
1. VGA显示概述
基于FPGA的设计方案越来越被用于更多的嵌入式系统，在基于FPGA的大规模嵌入式系统设计中，为了更好的实现VGA显示功能，既能设计和使用VHDL语言设计的VGA控制模块，又可使用专用的VGA接口芯。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，用VHDL语言描述的VGA控制器和使用VGA专用接口芯片相比具有使用芯片更少，节省板上资源，大大减少布线难度等优点。此外当数据传输速度较高时，可以有降低高频噪声干扰[3-5]。
1.1 VGA技术的发展
VGA的英文全称是Video Graphic Array，即视频图形阵列，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。VGA标准最早指的是显示器640×480这种显示标准。
对于一些嵌入式的显示系统，实现VGA图像的显示和控制无需VGA显卡和PC机的情况下。系统价格低廉、结构精简、应用灵活方便，在生活显示场所有广泛的应用，工业上可应用于工厂车间生产过程中的操作界面显示，还能以多媒体形式应用于日常生活[6]。
1.2 VGA显示原理
显示器，一般由阴极射线管构成。彩色则由R，G，B(红：RED，绿：GREEN，蓝：BLUE)这三基色够成。显示时则采取从左向右逐点扫描，从上至下行扫描的方法解决图像显示。使得从射线枪中发出的电子束得以打在具有荧光粉得荧光屏上，产生R，G，B三基色组成一个彩色像素。扫描是从屏幕的左上方进行，从左到右，从上到下，进行扫描。每扫描完一行，电子束返回到屏幕左边下面一行的初始位置，在这期间，电子束需要消隐，每行扫描结束时，进行行同步；所有行扫描完，场同步信号VS为低电平进行场同步，同时场消隐进行 [1]。
VGA显示器，其引出线共含有五个有效信号：R、G、B：三原色信号，HS：行同步信号，VS：场同步信号。这五个信号的驱动要严格按照“VGA标准”，即640×480×60Hz模式。VGA标准显示模式要求：行同步、场同步都为负极性，即同步头脉冲要求是负脉冲。设计VGA图像显示控制时应注意两个问题：一个是VGA信号的电平驱动（驱动电平是模拟信号）。对于一些VGA显示器，HS和VS的极性可正可负，显示器内可以自动转换为正极性逻辑，在此以正逻辑为例说明本设计中的显示器工作过程:R、G、B为正极性信号，即高电平有效。设计中用纯数字形式的三位信号表示R、G、B三基色信号,因此可以显示八种颜色，表1是此八中颜色对应的电平编码。另一个问题是时序驱动，这是完成设计的关键，如果时序稍有偏差，显示图像必然不正常。下面将介绍VGA的时序问题。
表1 颜色编码
颜色 黑 蓝 红 品 绿 青 黄 白
R 0 0 0 0 1 1 1 1
G 0 0 1 1 0 0 1 1
B 0 1 0 1 0 1 0 1
1.3 VGA时序
图1-1和图1-2出了VGA标准的行扫描和场扫描的时序图，表2和表3给出了他们的时序参数。
图1-1 VGA行扫描时序示意
图1-2 VGA场扫描时序示意图
表2 行扫描时序要求（单位：像素）
行同步头 行图像 行周期
对应位置 Tf Ta Tb Tc Td Te Tg