Verilog的VGA显示控制

from : 好友博客：http://www.edabc.net/blog/?uid-20-action-viewspace-itemid-591

一、VGA时序

下面的图是本人画了一个晚上的结果，个人认为能够比较详细的阐述VGA的信号时序

VGA的时序根据不同的显示分辨率和刷新频率会有变化，具体各种类型的时序信息可以参考下面的网站
这里非常详细的说明的每一种显示模式的VGA时序信息
http://www.epanorama.net/documents/pc/vga_timing.html

二、VGA电平

VSYNC，HSYNC为标准TTL电平，0V~3.3V
RGB的电平在0V~0.7V之间（0V为黑色，0.7V为全色）

三、程序顶层框图

VGA产生行同步（HSYNC），场同步信号（VSYNC），并产生每个像素的地址输入单口ROM（显存）中，ROM输出该点需要显示的颜色值

四、单口ROM（显存）设计

程序的显示模式为800*600，72Hz刷新频率，像素频率为50MHz
每个像素需要显示的颜色存储在单口RAM中，每种颜色用8个字节表示
则如果要显示800*600分辨率，则需要800*600字节（480KB）的单口ROM
由于FPGA内部没有这么大的RAM，因此我把屏幕上100*100个像素组成的矩形作为一个逻辑像素（即显示同一种颜色）
这样只要8*6字节（48字节），用FPGA自带的RAM是很容易实现的

ROM中颜色存储地址表:

将全屏划分成8*6的方格，每个方格的颜色存储在ROM中，VGA控制器不断产生行坐标（ROM水平地址）和场坐标（ROM垂直地址）
最后组合成ROM实际地址输入ROM中，ROM输出该地址的颜色值，显示在LCD中

五、程序设计

代码

  1module VGA(clk,rst_n,hsync,vsync,vga_r,vga_g,vga_b);
  2
  3 
  4
  5input clk;      //50MHz
  6
  7input rst_n;   //复位信号
  8
  9output hsync; //行同步信号
 10
 11output vsync; //场同步信号
 12
 13// R、G、B信号输出
 14
 15output[1:0] vga_r;
 16
 17output[2:0] vga_g;
 18
 19output[2:0] vga_b;
 20
 21//--------------------------------------------------
 22
 23reg[10:0] x_cnt;     //行坐标（这里包括了行同步、后沿、有效数据区、前沿）
 24
 25reg[9:0] y_cnt;     //列坐标（这里包括了场同步、后沿、有效数据区、前沿）
 26
 27reg[5:0] Xcoloradd;
 28
 29reg[2:0] Ycoloradd;
 30
 31 
 32
 33parameter
 34
 35     Left = 184,
 36
 37     PixelWidth = 100,
 38
 39     Top = 29;
 40
 41     
 42
 43always @ (posedge clk or negedge rst_n)
 44
 45      if(!rst_n) x_cnt <= 10'd0;
 46
 47      else if(x_cnt == 11'd1040) x_cnt <= 10'd0;          //行计数记到1040
 48
 49      else x_cnt <= x_cnt+1'b1;
 50
 51 
 52
 53always @ (posedge clk or negedge rst_n)//产生行地址（ROM水平地址）
 54
 55      if(!rst_n) Xcoloradd <= 6'b000000;
 56
 57      else if(x_cnt >= Left && x_cnt <Left + PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000000;
 58
 59      else if(x_cnt >= Left + PixelWidth && x_cnt <Left + 2*PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000001;
 60
 61      else if(x_cnt >= Left + 2*PixelWidth && x_cnt <Left + 3*PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000010;
 62
 63      else if(x_cnt >= Left + 3*PixelWidth && x_cnt <Left + 4*PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000011;
 64
 65      else if(x_cnt >= Left + 4*PixelWidth && x_cnt <Left + 5*PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000100;
 66
 67      else if(x_cnt >= Left + 5*PixelWidth && x_cnt <Left + 6*PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000101;
 68
 69      else if(x_cnt >= Left + 6*PixelWidth && x_cnt <Left + 7*PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000110;
 70
 71      else if(x_cnt >= Left + 7*PixelWidth && x_cnt <Left + 8*PixelWidth) Xcoloradd <= 6'b000111;
 72
 73      else Xcoloradd <= 6'b110000;//背景颜色地址
 74
 75 
 76
 77always @ (posedge clk or negedge rst_n)
 78
 79      if(!rst_n) y_cnt <= 10'd0;
 80
 81      else if(y_cnt == 10'd666) y_cnt <= 10'd0;            //场同步记到666
 82
 83      else if(x_cnt == 11'd1040) y_cnt <= y_cnt+1'b1;//每计数完一行，场同步就加一
 84
 85     
 86
 87always @ (posedge clk or negedge rst_n)//产生列地址（ROM垂直地址）
 88
 89      if(!rst_n) Ycoloradd <= 3'b000;
 90
 91      else if(y_cnt >= Top && y_cnt < Top + PixelWidth) Ycoloradd <= 3'b000;
 92
 93      else if(y_cnt >= Top + PixelWidth && y_cnt < Top + 2*PixelWidth) Ycoloradd <= 3'b001;
 94
 95      else if(y_cnt >= Top + 2*PixelWidth && y_cnt < Top + 3*PixelWidth) Ycoloradd <= 3'b010;
 96
 97      else if(y_cnt >= Top + 3*PixelWidth && y_cnt < Top + 4*PixelWidth) Ycoloradd <= 3'b011;
 98
 99      else if(y_cnt >= Top + 4*PixelWidth && y_cnt < Top + 5*PixelWidth) Ycoloradd <= 3'b100;
100
101      else if(y_cnt >= Top + 5*PixelWidth && y_cnt < Top + 6*PixelWidth) Ycoloradd <= 3'b101;
102
103      else Ycoloradd <= 3'b110;//背景颜色地址
104
105//--------------------------------------------------
106
107// signal port ROM
108
109 
110
111wire[7:0] color;
112
113wire[5:0] coloradd;
114
115 
116
117

六、后记

在这次程序中只在ROM中存储了一些随机的数，因此显示出来是一些小方格
如果ROM做的更大，完全可以存储一幅图像，显示在LCD中
不过由于由于用ROM做为显存，每次只能显示一幅静态的图像，而且没有加入字符库，不能显示字符
在下次的文章中，我将使用双口RAM，加上Nios II处理器，这样可以方便的显示各种字符