結(jié)合FPGA與DSPBuilder的VGA接口系統(tǒng)設(shè)計

　VGA顯像原理
　　顯示器通過光柵掃描的方式，電子束在顯示屏幕上有規(guī)律地從左到右、從上到下掃描。在掃描過程中，受行同步信號控制，逐點往右掃，完成一行掃描的時間倒數(shù)為行頻;同時又在行同步脈沖期內(nèi)回到屏幕的左端，從上往下形成一幀，在垂直方向上受場同步信號控制，完成一幀的時間倒數(shù)為場頻。圖像的顯示過程即為在電子束掃描過程中，將地址與圖像的像素依次對應(yīng)，每一個被尋址的像素只獲得其自身的控制信息，而與周圍的像素不發(fā)生干擾，從而可以顯示穩(wěn)定的圖像。
　　VGA接口是顯示卡上輸出模擬信號的接口，也叫D-Sub接口。這種接口上面共有15個針孔，分成3排，每排5個，通過模擬VGA接口顯示圖像的工作原理，將計算機內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，通過顯卡中的ADC轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三基色信號和行、場同步信號，通過電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。
　　VGA時序
　　VGA的時序包括水平時序和垂直時序，且兩者都包含的時序參數(shù)有：水平（垂直）同步脈沖、水平（垂直）同步脈沖結(jié)束到有效顯示數(shù)據(jù)區(qū)開始之間的寬度（后沿）、有效顯示區(qū)寬度、有效數(shù)據(jù)顯示區(qū)結(jié)束到水平（垂直）同步脈沖寬度開始之間的寬度（前沿）。水平有效顯示區(qū)寬度與垂直有效顯示區(qū)寬度邏輯與的區(qū)域為可視區(qū)域，其他區(qū)域為消隱區(qū)。
　　一行或一場的時序信息如圖1所示。
　　
　　圖1行/場時序圖
　　根據(jù)目前的顯示器性能參數(shù)，以LG505E為例，其最大分辨率已可達到@60Hz“》1024×768@60Hz，水平掃描頻率30kHz”54kHz，垂直掃描頻率50Hz“120Hz，帶寬75MHz。
　　基于DSPBuilder的VGA接口設(shè)計方法
　　本設(shè)計需要完成的功能包括產(chǎn)生VGA時序以及基于VGA接口的信號顯示。設(shè)計符合VGA接口標準的接口系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下可顯示一維矢量信號與二維圖像信號，并體現(xiàn)系統(tǒng)的可集成性，將該接口集成到SOPC系統(tǒng)中。
　　系統(tǒng)時鐘確定
　　根據(jù)系統(tǒng)時鐘計算公式：
　　時鐘頻率=（行像素數(shù)+行消隱點數(shù)）×（一場行數(shù)+消隱行數(shù)）×刷新率。
　　對于標準的VGA接口時序@60Hz”》640×480@60Hz而言，時鐘頻率為800×525×60=25.175MHz。
　　在本設(shè)計中我們采用@60Hz“》1024×768@60Hz的XGA顯示方式，因此系統(tǒng)的時鐘頻率PixelClk=1344×806×60=64.99MHz。
　　狀態(tài)機設(shè)計
　　由VGA時序可設(shè)計有限狀態(tài)機來完成時序信號，以本設(shè)計@60Hz”》1024×768@60Hz為例，對于行同步信號設(shè)計四個狀態(tài)，即行同步脈沖信號區(qū)（horsync）、后沿區(qū)（backporch）、數(shù)據(jù)區(qū)（video）以及前沿區(qū)（frontporch）。用計數(shù)器hcnt的值來區(qū)分各階段信號，最大記數(shù)值為1344。場同步信號也設(shè)計成如上四個狀態(tài)，當完成一行的掃描后場計數(shù)器vcnt開始計數(shù)，因此一場可以有多行。
　　VGADAC芯片及相應(yīng)信號的生成
　　一般的VGADAC芯片需要輸入相應(yīng)的驅(qū)動信號才能工作，包括時鐘信號、同步信號、有效顯示區(qū)信號等。系統(tǒng)所用DAC芯片為FMS3818，其信號包括時鐘與數(shù)據(jù)信號（RGB）輸入、控制信號輸入（sync與blankn）以及RGB信號DA輸出。行同步與場同步信號與經(jīng)VGADAC產(chǎn)生的RGB數(shù)據(jù)信號一并輸出到VGA接口，驅(qū)動CRT顯示。在本設(shè)計中時鐘信號65MHz、同步信號為horsync與versync相與產(chǎn)生，有效顯示區(qū)信號為行與場的有效數(shù)據(jù)區(qū)信號相與產(chǎn)生。
　　一維矢量信號顯示方式
　　在二維的空間中顯示一維矢量信號，常規(guī)顯示方法可以是將一維信號從左至右顯示，如圖2（a）所示，就如在普通的示波器上觀察到的一樣。這樣，在VGA顯示時，一行掃過多個采樣點，需把要顯示的采樣點位置計算出來，當行信號掃過時，把采樣點的值賦給像素點，就完成了信號的顯示。而對于連續(xù)的一維信號，因為行頻比場頻高，圖2（b）的顯示方法更加合理。為此，將一維信號的時間軸映射到垂直方向上，幅值映射到水平方向上，當行掃描信號掃過一行時，映射一維信號的一個采樣點，即一行信號對應(yīng)一個像素，當完成一行信號后接著回掃，開始掃下一行。一般情況下，場頻確定后，就可以根據(jù)一維信號的頻率確定出一場可以顯示的周期數(shù)，當完成一場信號后，在屏幕上就顯示一幀圖像。