fpga課程設(shè)計(jì)--vga圖像顯示控制電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　VGA圖像顯示控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)校： </p><p>　　學(xué)院： 自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　班級：

2、 </p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號： </p><p>　　日期： 2014.12.17 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　

3、　1緒論……………………………………………………..1</p><p>　　2設(shè)計(jì)要求、目的及方案論證…………………………..1</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)要求…………………………………………1</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)目的…………………………………………1</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)方案…………………………………………1

4、</p><p>　　3系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………..2</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)原理…………………………………………2</p><p>　　3.2 程序設(shè)計(jì)…………………………………………4</p><p>　　4程序結(jié)果截圖…………………………………………..7</p><p>　　5課程

5、設(shè)計(jì)心得…………………………………………..8</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………….8</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用EDA技術(shù)，通過CPLD芯片實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)VGA圖像顯示的設(shè)計(jì)，本文采用Verilog 硬件描述語言描述VGA圖像顯示電路，完成對電路的功能仿真。通過屏幕直接

6、將圖像的顯示出來。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式相比，本設(shè)計(jì)由于采用了CPLD芯片來實(shí)現(xiàn)，它將大量的電路功能集成到一個(gè)芯片中，并且可以由用戶自行設(shè)計(jì)邏輯功能，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。</p><p>　　2設(shè)計(jì)要求、目的及方案論證</p><p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)要求</p><p>　　小組2名成員進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，來設(shè)計(jì)一個(gè)VHDL/Verilog 程序來實(shí)現(xiàn)以下功能：

7、</p><p>　　1. 利用 FPGA 實(shí)現(xiàn) VGA 圖像顯示器</p><p>　　2. 通過屏幕將其顯示</p><p>　　4. 選用 GW48-PK2系統(tǒng), 編寫程序在 FPGA 上實(shí)現(xiàn)并加以驗(yàn)證.</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)目的</p><p>　　1、熟悉VGA顯示器的實(shí)現(xiàn)原理</p&g

8、t;<p>　　2、加深對VHDL語言的設(shè)計(jì)編程和設(shè)計(jì)語言規(guī)則的應(yīng)用</p><p>　　3、熟悉集成電路設(shè)計(jì)的流程，學(xué)習(xí)使用EDA集成電路設(shè)計(jì)軟件QuartusII 進(jìn)行模擬綜合，然后在FPGA上實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　CPLD是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過對其編程可輸出RGB三

9、基色信號和HS 、VS行場掃描同步信號。當(dāng) CPLD接受單片機(jī)輸出的控制信號后，內(nèi)部的數(shù)據(jù)選擇器模塊根據(jù)控制信號選通相應(yīng)的圖像生成模塊，輸出圖像信號，與行場掃描時(shí)序信號一起通過15針D型接口電路送入VGA顯示器，在VGA顯示器上便可以看到對應(yīng)的圖像。CPLD所需的工作時(shí)鐘由外部高精度有源晶振提供，系統(tǒng)原理框圖如下圖：</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p>&l

10、t;p>　　此系統(tǒng)設(shè)計(jì)分主要由，二分頻模塊，地址譯碼器模塊，VGA顯示控制模塊及圖像數(shù)據(jù)ROM來實(shí)現(xiàn)對圖像的顯示。計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)簡單，用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)來控制，以實(shí)現(xiàn)某一個(gè)區(qū)域顯示相應(yīng)的顏色。具體以VGA顯示模塊和圖像數(shù)據(jù)ROM為例進(jìn)行詳細(xì)分析與操作。</p><p>　　4 VGA顯示控制模塊</p><p>　　VGA顯示控制模塊主要通過VGA時(shí)序產(chǎn)生640*480顯示范圍，并控制

11、和消隱范圍以及產(chǎn)生水平同步時(shí)序信號hs和垂直同步時(shí)序信號vs的值。</p><p>　　一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器產(chǎn)生垂直時(shí)序信號。垂直同步計(jì)數(shù)器在每個(gè)HS脈沖信號來臨時(shí)自動(dòng)加1，譯碼值產(chǎn)生VS信號。計(jì)數(shù)器產(chǎn)生當(dāng)前顯示行。這兩個(gè)計(jì)數(shù)器從地址到顯示緩沖器連續(xù)計(jì)數(shù)。</p><p>　　首先啟動(dòng)QUARTUS Ⅱ軟件，新建vga640480顯示掃描模塊工程文件， 單擊完成按鈕，創(chuàng)建好了設(shè)計(jì)工程，選擇【F

12、ILE】>【NEW】菜單，選擇【VHDL File】，單擊【OK】建立一個(gè)新的文本設(shè)計(jì)文件，命名為vga640480.vhd。隨即進(jìn)行程序代碼的輸入。在【File】菜單中點(diǎn)選【Save as】存盤并保證該文件添加到了工程中，文件名為默認(rèn)的即可。至此，vga640480顯示掃描模塊文件建立完成。在【File】菜單中點(diǎn)選【Gree Update】/【Greate Symbol File For Cunrent File】對vga640

13、480文本文件進(jìn)行封裝得出原理圖模塊如圖4.1-5所示:</p><p>　　圖4.1-5 vga640480顯示掃描模塊</p><p>　　通過以上步驟，便完成了vga640480顯示掃描模塊的設(shè)計(jì)工作，即系統(tǒng)底成模塊完成。</p><p>　　4.2 imgrom(圖像數(shù)據(jù)ROM)</p><p>　　4.2.1 圖像原理<

14、/p><p>　　本設(shè)計(jì)采用型號為28C040的4M EEPROM外部存儲(chǔ)器，可以在單片內(nèi)存儲(chǔ)整屏圖像，但考慮到存儲(chǔ)空間的大小，本設(shè)計(jì)僅采用每個(gè)像素的顏色位深為3位，共可顯示8種顏色的圖像。</p><p>　　要把一幅圖像的數(shù)據(jù)寫入ROM,先將BMP格式文件轉(zhuǎn)化成mif格式文件，再經(jīng)過Quartus II直接將mif文件轉(zhuǎn)化為Hex文件，最終將圖像數(shù)據(jù)燒寫入ROM中。</p>

15、<p>　　4.2.2 具體實(shí)現(xiàn)步驟</p><p>　　通過Image2lcd對本設(shè)計(jì)采用的圖片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)換成BMP格式的文圖文件</p><p>　　將BMP格式文件轉(zhuǎn)換成MIF文件，再經(jīng)過Quartus II直接將mif文件轉(zhuǎn)化為Hex文件，然后開始利用Megal Wizard Plug Manager 定制圖形數(shù)據(jù)ROM宏功能塊，并將圖形數(shù)據(jù)加載與此ROM中，設(shè)計(jì)

16、步驟如下。</p><p>　　在原有的工程項(xiàng)目中創(chuàng)建新的工程imggrom文件，選擇【FILE】>【NEW】菜單，選擇【BLOCK Diagarm/Schemrtic File】,單擊【OK】建立一個(gè)新的原理圖設(shè)計(jì)文件，命名為imgrom.bdf。</p><p>　　在新建的原理圖編輯窗口雙擊，產(chǎn)生元件查找對話框，找出lpm_rom元件，點(diǎn)擊【ok】，彈出LPM宏功能設(shè)定窗口，

17、</p><p>　　選擇ROM控制線，地址線和數(shù)據(jù)線。在對話框中選擇地址線位寬和ROM數(shù)據(jù)線分別為3和4096，選擇的地址鎖存控制信號inclock。</p><p>　　單擊NEXT按鈕，在選擇系統(tǒng)默認(rèn)的Auto。點(diǎn)擊【Browse】，找出以生產(chǎn)的HEX文件的位置并添加。</p><p>　　至此，LPM-Rom設(shè)計(jì)完成，產(chǎn)生imgrom（圖像數(shù)據(jù)Rom）模塊器

18、件，以供系統(tǒng)頂層調(diào)用</p><p>　　圖4.2.2-7 imgrom（圖像數(shù)據(jù)ROM）</p><p><b>　　3.2 程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　顯示掃描模塊代碼</b></p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE

19、 IEEE.std_logic_1164.all;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　entity vga640480 is</p><p>　　port (clk : in STD_LOGIC;</p><p>　　hs,vs,r,g,b : out STD_logi

20、c;</p><p>　　rgbin :in std_logic_vector(2 downto 0);</p><p>　　hcntout,vcntout: out STD_logic_vector(9 downto 0));</p><p>　　end vga640480;</p><p>　　architecture ONE of vg

21、a640480 is</p><p>　　signal hcnt, vcnt : STD_logic_vector(9 downto 0);</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　hcntout <= hcnt;</p><p>　　vcntout <= vcnt;</p&

22、gt;<p>　　process(clk) </p><p><b>　　begin </b></p><p>　　if (rising_edge(clk))</p><p><b>　　then </b></p><p>　　if (hcnt =640+8) </p>

23、<p><b>　　then </b></p><p>　　if (vcnt < 525) then vcnt <= vcnt +1;</p><p>　　else vcnt <= (others => '0');</p><p><b>　　end if;</b><

24、/p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　process(clk)</p><p><b>　　begin </b></p&g

25、t;<p>　　if (rising_edge(clk))</p><p><b>　　then </b></p><p>　　if ((hcnt >=640+8+8) and (hcnt <640+8+8+96)) then hs <='0';</p><p>　　else hs <=&#

26、39;1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　process(clk) begin </p><p>　　if ((vcnt &g

27、t;=4800+8+2) and (vcnt <480+8+2+2)) then vs <='0';</p><p>　　else vs <='1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　p

28、rocess(clk) begin </p><p>　　if (rising_edge(clk)) then </p><p>　　if (hcnt<640 and vcnt<480) then </p><p>　　r<=rgbin(2);g<=rgbin(1);b<=rgbin(0);</p><p>　　

29、else r<='0';g <='0';b<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p><b&

30、gt;　　end ONE;</b></p><p><b>　　管腳</b></p><p><b>　　4、程序結(jié)果截圖</b></p><p><b>　　5、課程設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)在編程技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)VGA原理，運(yùn)用VHDL描述語

31、言實(shí)現(xiàn)了VGA控制設(shè)計(jì)的方案。在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多問題，在設(shè)計(jì)之初通過查找大量資料，對VGA的原理有了初步的認(rèn)識，但是在進(jìn)行行列時(shí)序信號的計(jì)算時(shí)還是有一定的不理解。在指導(dǎo)老師的幫助下，了解了信號的產(chǎn)生。通過老師的指點(diǎn)和自學(xué)，我也分析出了本設(shè)計(jì)存在的不足。實(shí)驗(yàn)中我進(jìn)一步熟悉了數(shù)字系統(tǒng)VHDL設(shè)計(jì)和仿真的流程，加深了對QuartusII軟件的使用的理解。通過設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路，和彩條產(chǎn)生電路，我更深入地理解了FPGA技術(shù)，即通過軟件編程

32、的方法來實(shí)現(xiàn)硬件時(shí)序和組合電路。同時(shí)通過本次設(shè)計(jì)，我知道光靠在課堂上所學(xué)的知識，我們無法真正的將所學(xué)的各個(gè)科目的知識融會(huì)貫通,應(yīng)當(dāng)學(xué)以致用,對我們學(xué)生來說，理論與實(shí)際同樣重要，這是我們以后在工作中證明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。通過了這次設(shè)計(jì),我能更好的理解書本知識,相信也能夠更好的運(yùn)用他它。在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我們還會(huì)遇到許多類似的設(shè)計(jì)，但有了這次的經(jīng)驗(yàn)，我相信我會(huì)盡自己的力做得更好！</p><p><b