VGA协议实践

一只白虫

已于 2023-07-07 22:30:51 修改

阅读量906

点赞数

文章标签： fpga开发

于 2023-07-07 22:28:31 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_58807717/article/details/131605146

版权

文章详细介绍了VGA协议的历史、工作原理，包括如何通过模拟信号传输图像数据，以及VGA接口在现代显示设备中的地位。同时，展示了两个Verilog模块，分别用于在VGA显示字符和创建彩色条纹效果，通过行同步、场同步信号以及像素数据的处理来实现显示功能。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1、VGA协议

VGA（Video Graphics Array）协议是一种用于视频输出的标准接口协议。它最早由IBM在1987年推出，用于连接计算机和显示器之间的图像传输。VGA协议定义了图像信号的传输方式、分辨率、刷新率等参数，使得计算机可以将图像数据发送给显示器进行显示。

VGA协议使用了模拟信号传输，通过15个针脚的VGA连接器进行数据传输。其中包括了红色、绿色和蓝色三个基本颜色的信号以及水平同步信号、垂直同步信号等。通过控制这些信号的强度和频率，VGA协议实现了对图像的显示。

VGA协议支持多种分辨率和刷新率的设置，最常见的分辨率是640x480和800x600，但也可以支持更高的分辨率。刷新率指的是图像每秒更新的次数，常见的刷新率为60Hz。通过调整分辨率和刷新率，可以适应不同显示设备和应用场景的需求。

尽管VGA协议是一种老的视频接口协议，但它在过去几十年中一直被广泛使用。然而，随着数字化技术的发展，现代计算机和显示器逐渐采用了更先进的数字接口协议，例如HDMI、DisplayPort等。因此，VGA接口在最新的计算机和显示器上可能已经不再常见，但它仍然广泛应用于一些老旧的设备和特定的应用场景中。

2、VGA显示字符

1 输入要取的字模，然后保存为BMP文件
在这里插入图片描述打开刚才保存的图像文件后生成字模
verilog代码

module VGA_test(
OSC_50,     //原CLK2_50时钟信号
VGA_CLK,    //VGA自时钟
VGA_HS,     //行同步信号
VGA_VS,     //场同步信号
VGA_BLANK,  //复合空白信号控制信号  当BLANK为低电平时模拟视频输出消隐电平，此时从R9~R0,G9~G0,B9~B0输入的所有数据被忽略
VGA_SYNC,   //符合同步控制信号      行时序和场时序都要产生同步脉冲
VGA_R,      //VGA绿色
VGA_B,      //VGA蓝色
VGA_G);     //VGA绿色
 input OSC_50;     //外部时钟信号CLK2_50
 output VGA_CLK,VGA_HS,VGA_VS,VGA_BLANK,VGA_SYNC;
 output [7:0] VGA_R,VGA_B,VGA_G;
 parameter H_FRONT = 16;     //行同步前沿信号周期长
 parameter H_SYNC = 96;      //行同步信号周期长
 parameter H_BACK = 48;      //行同步后沿信号周期长
 parameter H_ACT = 640;      //行显示周期长
 parameter H_BLANK = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK;        //行空白信号总周期长
 parameter H_TOTAL = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK+H_ACT;  //行总周期长耗时
 parameter V_FRONT = 11;     //场同步前沿信号周期长
 parameter V_SYNC = 2;       //场同步信号周期长
 parameter V_BACK = 31;      //场同步后沿信号周期长
 parameter V_ACT = 480;      //场显示周期长
 parameter V_BLANK = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK;        //场空白信号总周期长
 parameter V_TOTAL = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK+V_ACT;  //场总周期长耗时
 reg [10:0] H_Cont;        //行周期计数器
 reg [10:0] V_Cont;        //场周期计数器
 wire [7:0] VGA_R;         //VGA红色控制线
 wire [7:0] VGA_G;         //VGA绿色控制线
 wire [7:0] VGA_B;         //VGA蓝色控制线
 reg VGA_HS;
 reg VGA_VS;
 reg [10:0] X;             //当前行第几个像素点
 reg [10:0] Y;             //当前场第几行
 reg CLK_25;
 always@(posedge OSC_50)
    begin 
      CLK_25=~CLK_25;         //时钟
    end 
    assign VGA_SYNC = 1'b0;   //同步信号低电平
    assign VGA_BLANK = ~((H_Cont<H_BLANK)||(V_Cont<V_BLANK));  //当行计数器小于行空白总长或场计数器小于场空白总长时，空白信号低电平
    assign VGA_CLK = ~CLK_to_DAC;  //VGA时钟等于CLK_25取反
    assign CLK_to_DAC = CLK_25;
 always@(posedge CLK_to_DAC)
    begin
        if(H_Cont<H_TOTAL)           //如果行计数器小于行总时长
            H_Cont<=H_Cont+1'b1;      //行计数器+1
        else H_Cont<=0;              //否则行计数器清零
        if(H_Cont==H_FRONT-1)        //如果行计数器等于行前沿空白时间-1
            VGA_HS<=1'b0;             //行同步信号置0
        if(H_Cont==H_FRONT+H_SYNC-1) //如果行计数器等于行前沿+行同步-1
            VGA_HS<=1'b1;             //行同步信号置1
        if(H_Cont>=H_BLANK)          //如果行计数器大于等于行空白总时长
            X<=H_Cont-H_BLANK;        //X等于行计数器-行空白总时长   （X为当前行第几个像素点）
        else X<=0;                   //否则X为0
    end
 always@(posedge VGA_HS)
    begin
        if(V_Cont<V_TOTAL)           //如果场计数器小于行总时长
            V_Cont<=V_Cont+1'b1;      //场计数器+1
        else V_Cont<=0;              //否则场计数器清零
        if(V_Cont==V_FRONT-1)       //如果场计数器等于场前沿空白时间-1
            VGA_VS<=1'b0;             //场同步信号置0
        if(V_Cont==V_FRONT+V_SYNC-1) //如果场计数器等于行前沿+场同步-1
            VGA_VS<=1'b1;             //场同步信号置1
        if(V_Cont>=V_BLANK)          //如果场计数器大于等于场空白总时长
            Y<=V_Cont-V_BLANK;        //Y等于场计数器-场空白总时长    （Y为当前场第几行）  
        else Y<=0;                   //否则Y为0
    end
    reg valid_yr;
 always@(posedge CLK_to_DAC)
    if(V_Cont == 10'd32)         //场计数器=32时
        valid_yr<=1'b1;           //行输入激活
    else if(V_Cont==10'd512)     //场计数器=512时
        valid_yr<=1'b0;           //行输入冻结
    wire valid_y=valid_yr;       //连线   
    reg valid_r;            
 always@(posedge CLK_to_DAC)   
    if((H_Cont == 10'd32)&&valid_y)     //行计数器=32时
        valid_r<=1'b1;                   //像素输入激活
    else if((H_Cont==10'd512)&&valid_y) //行计数器=512时 
        valid_r<=1'b0;                   //像素输入冻结
    wire valid = valid_r;               //连线
    wire[10:0] x_dis;     //像素显示控制信号
    wire[10:0] y_dis;     //行显示控制信号
    assign x_dis=X;       //连线X
    assign y_dis=Y;       //连线Y
        parameter
		  
							
    char_line00=240'h010010400000000000000000000000000000000000000000000000000000,
    char_line01=240'h010010400000000000000000000000000000000000000000000000000000,
    char_line02=240'h7FFCFE780000000000000000000000000000000000000000000000000000,
    char_line03=240'h03801088000007F00FE000800FE007E01FFC07E007F007E00FE000800080,
    char_line04=240'h05407C100000081830180780301818183008181808181818301807800780,
    char_line05=240'h092011FC0000100038180180300C381C2010381C1000381C381801800180,
    char_line06=240'h3118FE240000300000180180700C300C0020300C3000300C001801800180,
    char_line07=240'hC10600247FFE37F000600180301C300C0040300C37F0300C006001800180,
    char_line08=240'h0FE07DFE0000380C01F00180382C300C0080300C380C300C01F001800180,
    char_line09=240'h004044240000300C001801800FCC300C0180300C300C300C001801800180,
    char_line0a=240'h00807C240000300C000C0180001C300C0300300C300C300C000C01800180,
    char_line0b=240'hFFFE45FC0000300C380C01800018381803003818300C3818380C01800180,
    char_line0c=240'h01007C24000018183018018038301C1003801C1018181C10301801800180,
    char_line0d=240'h01004420000007E00FE00FF80FC007E0030007E007E007E00FE00FF80FF8,
    char_line0e=240'h050054A00000000000000000000000000000000000000000000000000000,
    char_line0f=240'h020048400000000000000000000000000000000000000000000000000000;

    reg[7:0] char_bit;
    always@(posedge CLK_to_DAC)
        if(X==10'd180)char_bit<=9'd240;   //当显示到144像素时准备开始输出图像数据
        else if(X>10'd180&&X<10'd420)     //左边距屏幕144像素到416像素时    416=144+272（图像宽度）
            char_bit<=char_bit-1'b1;       //倒着输出图像信息
            
    reg[29:0] vga_rgb;                //定义颜色缓存
    always@(posedge CLK_to_DAC) 
        if(X>10'd180&&X<10'd420)    //X控制图像的横向显示边界：左边距屏幕左边144像素  右边界距屏幕左边界416像素
            begin case(Y)            //Y控制图像的纵向显示边界：从距离屏幕顶部160像素开始显示第一行数据
                10'd200:
                if(char_line00[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;  //如果该行有数据 则颜色为红色
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;                      //否则为黑色
                10'd201:
                if(char_line01[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd202:
                if(char_line02[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd203:
                if(char_line03[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd204:
                if(char_line04[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000; 
                10'd205:
                if(char_line05[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd206:
                if(char_line06[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000; 
                10'd207:
                if(char_line07[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd208:
                if(char_line08[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000; 
                10'd209:
                if(char_line09[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd210:
                if(char_line0a[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd211:
                if(char_line0b[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd212:
                if(char_line0c[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd213:
                if(char_line0d[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd214:
                if(char_line0e[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                10'd215:
                if(char_line0f[char_bit])vga_rgb<=30'b1111111111_0000000000_0000000000;
                else vga_rgb<=30'b0000000000_0000000000_0000000000;
                default:vga_rgb<=30'h0000000000;   //默认颜色黑色
            endcase 
        end
    else vga_rgb<=30'h000000000;             //否则黑色
    assign VGA_R=vga_rgb[23:16];
    assign VGA_G=vga_rgb[15:8];
    assign VGA_B=vga_rgb[7:0];
endmodule

3、屏幕上显示彩色条纹

module VGA_colorbar_test(
OSC_50,     //原CLK2_50时钟信号
VGA_CLK,    //VGA自时钟
VGA_HS,     //行同步信号
VGA_VS,     //场同步信号
VGA_BLANK,  //复合空白信号控制信号  当BLANK为低电平时模拟视频输出消隐电平，此时从R9~R0,G9~G0,B9~B0输入的所有数据被忽略
VGA_SYNC,   //符合同步控制信号      行时序和场时序都要产生同步脉冲
VGA_R,      //VGA绿色
VGA_B,      //VGA蓝色
VGA_G);     //VGA绿色
 input OSC_50;     //外部时钟信号CLK2_50
 output VGA_CLK,VGA_HS,VGA_VS,VGA_BLANK,VGA_SYNC;
 output [7:0] VGA_R,VGA_B,VGA_G;
 parameter H_FRONT = 16;     //行同步前沿信号周期长
 parameter H_SYNC = 96;      //行同步信号周期长
 parameter H_BACK = 48;      //行同步后沿信号周期长
 parameter H_ACT = 640;      //行显示周期长
 parameter H_BLANK = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK;        //行空白信号总周期长
 parameter H_TOTAL = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK+H_ACT;  //行总周期长耗时
 parameter V_FRONT = 11;     //场同步前沿信号周期长
 parameter V_SYNC = 2;       //场同步信号周期长
 parameter V_BACK = 31;      //场同步后沿信号周期长
 parameter V_ACT = 480;      //场显示周期长
 parameter V_BLANK = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK;        //场空白信号总周期长
 parameter V_TOTAL = V_FRONT+V_SYNC+V_BACK+V_ACT;  //场总周期长耗时
 reg [10:0] H_Cont;        //行周期计数器
 reg [10:0] V_Cont;        //场周期计数器
 wire [7:0] VGA_R;         //VGA红色控制线
 wire [7:0] VGA_G;         //VGA绿色控制线
 wire [7:0] VGA_B;         //VGA蓝色控制线
 reg VGA_HS;
 reg VGA_VS;
 reg [10:0] X;             //当前行第几个像素点
 reg [10:0] Y;             //当前场第几行
 reg CLK_25;
 always@(posedge OSC_50)begin 
      CLK_25=~CLK_25;         //时钟
 end 

 assign VGA_SYNC = 1'b0;   //同步信号低电平
 assign VGA_BLANK = ~((H_Cont<H_BLANK)||(V_Cont<V_BLANK));  //当行计数器小于行空白总长或场计数器小于场空白总长时，空白信号低电平
 assign VGA_CLK = ~CLK_to_DAC;  //VGA时钟等于CLK_25取反
 assign CLK_to_DAC = CLK_25;

 always@(posedge CLK_to_DAC)begin
        if(H_Cont<H_TOTAL)           //如果行计数器小于行总时长
            H_Cont<=H_Cont+1'b1;      //行计数器+1
        else H_Cont<=0;              //否则行计数器清零
        if(H_Cont==H_FRONT-1)        //如果行计数器等于行前沿空白时间-1
            VGA_HS<=1'b0;             //行同步信号置0
        if(H_Cont==H_FRONT+H_SYNC-1) //如果行计数器等于行前沿+行同步-1
            VGA_HS<=1'b1;             //行同步信号置1
        if(H_Cont>=H_BLANK)          //如果行计数器大于等于行空白总时长
            X<=H_Cont-H_BLANK;        //X等于行计数器-行空白总时长   （X为当前行第几个像素点）
        else X<=0;                   //否则X为0
end

 always@(posedge VGA_HS)begin
        if(V_Cont<V_TOTAL)           //如果场计数器小于行总时长
            V_Cont<=V_Cont+1'b1;      //场计数器+1
        else V_Cont<=0;              //否则场计数器清零
        if(V_Cont==V_FRONT-1)       //如果场计数器等于场前沿空白时间-1
            VGA_VS<=1'b0;             //场同步信号置0
        if(V_Cont==V_FRONT+V_SYNC-1) //如果场计数器等于行前沿+场同步-1
            VGA_VS<=1'b1;             //场同步信号置1
        if(V_Cont>=V_BLANK)          //如果场计数器大于等于场空白总时长
            Y<=V_Cont-V_BLANK;        //Y等于场计数器-场空白总时长    （Y为当前场第几行）  
        else Y<=0;                   //否则Y为0
end

 reg valid_yr;

 always@(posedge CLK_to_DAC)begin
    if(V_Cont == 10'd32)         //场计数器=32时
        valid_yr<=1'b1;           //行输入激活
    else if(V_Cont==10'd512)     //场计数器=512时
        valid_yr<=1'b0;           //行输入冻结
 end

 wire valid_y=valid_yr;       //连线   
 reg valid_r;     

 always@(posedge CLK_to_DAC)begin
    if((H_Cont == 10'd32)&&valid_y)     //行计数器=32时
        valid_r<=1'b1;                   //像素输入激活
    else if((H_Cont==10'd512)&&valid_y) //行计数器=512时 
        valid_r<=1'b0;                   //像素输入冻结
 end

 wire valid = valid_r;               //连线
 assign x_dis=X;       //连线X
 assign y_dis=Y;       //连线Y
 // reg[7:0] char_bit;
 // always@(posedge CLK_to_DAC)
 //     if(X==10'd144)char_bit<=9'd240;   //当显示到144像素时准备开始输出图像数据
 //     else if(X>10'd144&&X<10'd384)     //左边距屏幕144像素到416像素时    416=144+272（图像宽度）
 //         char_bit<=char_bit-1'b1;       //倒着输出图像信息
         
 reg[29:0] vga_rgb;                //定义颜色缓存
 always@(posedge CLK_to_DAC) begin
     if(X>=0&&X<200)begin    //X控制图像的横向显示边界：左边距屏幕左边144像素  右边界距屏幕左边界416像素
         vga_rgb<=30'hffffffffff;   //白色
     end
     else if(X>=200&&X<400)begin
         vga_rgb<=30'hf00ff65f1f;   
     end
     else if(X>=400&&X<600)begin
         vga_rgb<=30'h9563486251; 
     end
     else begin
         vga_rgb<=30'h5864928654; 
     end
 end
 assign VGA_R=vga_rgb[23:16];
 assign VGA_G=vga_rgb[15:8];
 assign VGA_B=vga_rgb[7:0];
endmodule