VGA圖形控制器的FPGA實現

VGA(視頻圖形陣列)作為一種標準的顯示接口得到廣泛的應用。利用FPGA 芯片和EDA 設計方法，可以因地制宜，根據用戶的特定需要，設計出針對性強的VGA 顯示控制器，不僅能夠大大降低成本，還可以滿足生產實踐中不斷變化的用戶需要，產品的升級換代方便迅速。

　　在本設計中采用了Altera 公司的EDA 軟件工具Quartus II ,并以ACEX系列FPGA 的器件為主實現硬件平臺的設計。

　　1 基于FPGA 的VGA 圖形控制器系統框圖

　　根據自頂向下的程序設計思想，采用模塊化設計，我們對VGA 圖形控制器進行功能分離并按層次設計。利用VHDL 硬件描述語言逐一對每個功能模塊進行描述，并逐個通過編譯仿真，最后下載到硬件平臺調試。本設計的VGA 控制器主要由以下模塊組成：VGA 時序控制模塊、分頻模塊、漢字顯示模塊、圖像控制模塊、ROM讀取模塊等，如圖1 所示。

　　圖1 　基于FPGA 的VGA 圖形控制系統框圖

2 　主要功能模塊設計

　　2. 1 VGA 時序控制模塊

　　VGA 時序控制模塊是整個顯示控制器的關鍵部分，最終的輸出信號行、場同步信號必須嚴格按照VGA 時序標準產生相應的脈沖信號。對于普通的VGA 顯示器， 其引出線共含5 個信號： G,R ,B (3 基色信號) ,HS(行同步信號) ,VS(場同步信號) 。在5個信號時序驅動時，VGA 顯示器要嚴格遵循“VGA工業標準”， 即640 Hz ×480 Hz ×60Hz 模式。

　　對于VGA 顯示器，每個像素點的輸出頻率為25. 175MHz ,因此采用50MHz 的時鐘信號，經過二分頻模塊，得到25MHz 的輸入時鐘脈沖。依據VGA 時序標準，行同步信號HS ,行周期為31. 78μs ,每顯示行包括800 點，其中640 點為有效顯示區，160 點為行消隱區，每行有一個脈沖，該脈沖的低電平寬度為3. 81μs (即96 個脈沖) ; 場同步信號VS ,場周期為16.683ms ,每場有525 行，其中480 行為有效顯示行，45 行為場消隱區，每場有一個脈沖，該脈沖的低電平寬度為63μs (2 行)。

　　圖2 VGA 行掃描、場掃描的時序圖

　　依據這個標準，把輸入的25MHz 時鐘脈沖按照對應的像素點數和掃描行數進行分頻處理，可以得到最后符合時序要求的行頻率和刷新頻率。

　　利用Altera 公司的QuartusII 軟件對VHDL 語言描述的VGA 時序控制模塊進行編譯、仿真，可得到行同步信號HS , 場同步信號VS 的時序仿真波形，如圖3 所示。

　　圖3 時鐘信號仿真圖