基于FPGA的Verilog实现VGA驱动电路

VGA全称是Video Graphics Array，即视频图形阵列，是一个使用模拟信号进行视频传输的标准。分辨率高，显示速度快。

一、传输协议

VGA接口15个引脚，除去地线，我们一般会用到5个引脚：1（RED）、2（GREEN）、3（BLUE）、13（HSYNC）、14(VSYNC)。

如图1：

 

  图1 VGA接口引脚定义

1、2、3指的是传输的红、绿、蓝三色的模拟信号，范围为0-0.714V，0代表无色，0.714V代表满色，需要注意的这是模拟信号，因此前面还需要进行一个数模转换。HSYNC（行同步信号）和VSYNC（场同步信号）分别是指传输一行和传输一帧的时序，下面看一下他们的时序图：

 

  图2 行同步时序

a：行同步时期，扫描地址的复位
b：行消隐后肩，扫描地址转移后的稳定等待准备期
c：行显示时期，数据有效区域
d：行消隐前肩，扫描地址转移的准备
e：行扫描总时间，一行扫描的总时间

 

  图3 场同步时序

o：场同步时期，扫描地址的复位
p：场消隐后肩，扫描地址转移后的稳定等待准备期
q：场显示时期，数据有效区域
r：场消隐前肩，扫描地址转移的准备
s：场扫描总时间，一场扫描的总时间

可以看出，行同步时序和场同步时序类似，分别经历4个阶段：拉低、显示后沿、有效数据传输和显示前言。

 

  图4 VGA显示器扫描轨迹

二、常见的刷新率时序表

由于FPGA擅长计数电路这里采用像素表示法来设计驱动。

 

  图5 不同VGA的时序参数

FPGA硬件测试时要将sys_pll中的输出频率改为25MHZ。

三、驱动电路的verilog设计（lcd_driver）

目前液晶显示器普及，而高于 60Hz 的刷新率对于液晶来说，没有任何意义，所以我们以 640*480 在 60Hz 的刷新率下为例。

本次我们采用的是ADV7123视频转换芯片来实现。

1）为便于移植，根据640*480 60hz分辨率下的参数，宏定义相关数据。

2）行扫描单位hcnt计数

3）列扫描单位vcnt计数

每扫描完一行，即hcnt完成H_TOTAL次计数后，vcnt进行自加。

4）ADV7123控制信号输出

为了实现数据在lcd_dclk上升沿有效，我们将clk翻转输出，已实现上升沿采样 。

lcd_blank作为显示空白信号，低电平有效。

设计中不需要lcd_sync信息，可以直接接地。

5）有效显示使能信号输出

当使能信号有效时，接收外部输入的RGB数据lcd_data.

6）外部数据请求控制信号

为了保证数据稳定，lcd_request要提前一个时钟请求外部输入数据 。

同时，设计中实时显示下一时刻的扫描地址lcd_xpos、lcd_ypos，也要提前一个时钟输出，以保证外部数据输入的同步化。

lcd_xpos、lcd_ypos是显示器有效显示区域的行列坐标计数值。

四、模拟VGA图像数据的输入

1）宏定义三原色组合的颜色如下

这里要注意所用的VGA驱动电路是RGB888还是RGB565，如果是RGB565，三原色要改成下面样式，并把其他程序中lcd_data的位数改为16位：
笔者曾在这里犯过错误。

2）根据输入的行、列地址信号，输出三原色组合后得到的8条彩色。

五、不同分辨率的VGA驱动

lcd_para文件定义了四种VGA分辨率驱动，这里只需修改定义的注释就行，并把PLL锁相环中的频率改为相应的频率。

PLL修改方法为直接修改下面参数中的乘法除法因子：

编辑：hfy