课程设计基于FPGA的VGA图像显示设计(图像旋转放大、单步步进移动和屏保移动).doc
14页1、 电子信息工程专业综合设计(报告)(课 程 设 计)题目 基于FPGA的VGA图像显示设计 (图像旋转、放大、单步步进移动和屏保移动) 二级学院 电子信息与自动化学院 专 业 电子信息工程 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 时 间 2011.12.26-2012.01.13 基于FPGA的VGA图像显示设计及应用摘 要:VGA(视频图形阵列)作为一种标准的显示接口得到广泛的应用。本文依据VGA显示原理,介绍了利用 FPGA 实现对VGA图形控制器VHDL设计方法。详细描述了各硬件模块的工作原理及实现途径,并给出了软件设计思路及部分代码。关键词:VGA;FPGA;VHDL0. 引言随着可编程逻辑器件的不断发展及其价格的不断下降,EDA 开发软件的不断完善,可编程逻辑设计的应用优势逐渐显示出来, 特别是大规模可编程器件。 而 FPGA 具有功能强大,开发过程投资小、周期短等特点,成为当今硬件设计的首选方式之一。VGA(视频图形阵列)作为一种标准的显示接口得到广泛地应用。利用 FPGA 芯片和 EDA设计方法,可以灵活地根据用户需求,设计出针对性强的 VGA 显示控制器,不仅降低了生产成本
2、也可以快速地对产品进行升级换代。 本文设计采用 Quartus II 9.0软件工具,并以 Altera公司的 Cyclone 系列 FPGA 的器件EP1C12F324C8为主实现硬件平台的设计。1 方案设计及工作原理1.1方案设计VGA时序控制模块ROM内存地址控制模块ROM按键扫描控制模块50MHz5Hzaddrdata首坐标xx、yyVGA接口RGBHS、VSD/ACRT采用模块化设计方法,我们对 VGA 图形控制器按功能进行层次划分。本设计的VGA控制器主要由以下模块组成:VGA 时序控制模块、ROM 内存地址控制模块、RO内存模块、按键扫描控制模块。如图 1 所示。图1.方案模块框图1.2工作原理根据VGA的显示协议,可以选择不同的显示分辨率。本设计选择的是800*600的分辨率。根据相应协议,在“VGA时序控制模块”对行扫描信号HS和场扫描信号VS进行相应的时序控制(具体控制详细信息见“VGA驱动原理”资料文档)。“ROM内存地址控制模块”根据“按键扫描控制模块”获得的图片显示首坐标xx、yy信息和“VGA时序控制模块”传送过来的hcnt(列计数器值)、vcnt(行计数器
3、值)及相关控制信号计算出正确的内存地址,从rom中取出所需要的像素点的三基色数据。本设计的功能实现包括:图像旋转、放大、单步步进移动和屏保移动功能。其中图像的旋转运用了矩阵的转置原理,通过对图像的内存存储地址矩阵进行转置运算获得图像90旋转的效果。图像的放大是通过将包括原像素点在内,相邻的4个点填写相同的颜色来实现的。2 模块设计及仿真2.1 VGA时序控制模块VGA 时序控制模块是整个显示控制器的关键部分,其实质就是完成 VGA 显示卡的功能。主要作用就是在一定的工作频率下,产生准确的时序关系(VS垂直同步信号,HS水平同步信号,消隐信号之间的关系)。及其在准确的时序下对ROM存储器数据进行读取。 其中产生准确的时序关系为此模块重点,在 VGA显示过程中,完成一行扫描所需要的时间称为水平扫描时间,完成一帧(一屏)扫描所需要的时间称为垂直扫描时间。每扫描完一行用行同步信号进行同步;扫描完所有行后用场同步信号进行同步。本文设计采用的是80060075Hz 模式。依据时序标准,每显示行包含 1056 点,其中 800 点为有效显示区,256 点为消隐区,每行的行同步脉冲低电平宽度为 80个
4、像素点;同理每场有 625 行,有效行为 600 行,其中场同步脉冲低电平宽度为 3 行。其行、场时序如表 1 ,时序图见图2。表1 行扫描、场扫描时序FormatPixel Clock MHzHorizontal(in Pixels)Vertical(in lines)ActiveVideoFront PorchSync PulseBack PorchActive VideoFront PorchSync PulseBack Porch800,600,75Hz49.5080016801606001321依照这个标准,正好与开发板EP1C12外部晶振频率50MHz相近,可以直接引用外部晶振时钟作为其驱动时钟(只要所用时钟和协议要求的时钟相差不大,不会影响显示效果,最多就是显示的刷新频率不是真正等于75Hz而已)。图2 行HS、场VS时序图2.2 ROM内存地址控制模块整个显示思路是在800*600分辨率的显示器上开辟一256*64的显示区域来显示图片,因为显示的图片的大小为256*64。在此区域以外显示指定颜色,例如黑色、蓝色等,作为一个背景色显示。在本模块中,通过在对ROM内存地址的
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