FPGA設計——VGA顯示

1. VGA概述

VGA(Video Graphics Array)是IBM在1987年推出的一種視頻傳輸，具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優點，在彩色顯示器領域得到了廣泛的應用。不支持熱插拔，不支持音頻傳輸。

2. VGA時序

下面以640*480@60Hz為例說明VGA時序和FPGA設計，其他分辨率和幀率的可參考VESA中查找。

計算像素時鐘pclk = 800*525*60 = 25200000，注意這里的HSYNC和VSYNC都是低電平有效，且HSYNC在數據行無效區域也要提供。

3. VGA電路圖

電路以ADV7123為例：

4. FPGA邏輯代碼

//------------Video Test---------------

parameter IMG_HDISP   =16'd640;
parameter IMG_VDISP = 16'd480;

wire pclk;
assign pclk = clk_25m;

//VIDEO input
reg [15:0] vcnt;
reg [11:0] hcnt;
reg vsync;
reg hsync;
reg [7:0] data;
reg data_valid;

always @(posedge pclk)
   if(hcnt>=(IMG_HDISP+159))
      hcnt <= 0;
   else
      hcnt <= hcnt + 1'b1;
   
always @(posedge pclk)
   if(hcnt>=(IMG_HDISP+159))
      if(vcnt>=(IMG_VDISP+44))
         vcnt <= 0;
      else
         vcnt <= vcnt + 1'b1;
   else
      vcnt <= vcnt;

always @(posedge pclk)
   if((hcnt>=IMG_HDISP+16) & (hcnt<(IMG_HDISP+96)))// & (vcnt>=0) & (vcnt<(IMG_VDISP)))
      hsync <= 1'b1;
   else
      hsync <= 1'b0;      

always @(posedge pclk)
   if(vcnt>=(IMG_VDISP+9) & vcnt<(IMG_VDISP+11))
      vsync <= 1'b1;
   else
      vsync <= 1'b0;

always @(posedge pclk)
   if((hcnt>=0) & (hcnt<(IMG_HDISP)) & (vcnt>=0) & (vcnt<(IMG_VDISP)))
      data_valid <= 1'b1;
   else
      data_valid <= 1'b0;      
      
always @(posedge pclk)
   if(vsync)
      data <= 0;
   else if((hcnt>=0) & (hcnt<(IMG_HDISP)) & (vcnt>=0) & (vcnt<(IMG_VDISP/4)))
//      data <= data + 1'b1;
      if(hcnt>=0 & hcnt<(IMG_HDISP/4))
         data <= 8'h00;
      else if(hcnt>=(IMG_HDISP/4) & hcnt<(2*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'hff;
      else if(hcnt>=(2*IMG_HDISP/4) & hcnt<(3*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'h00;
      else
         data <= 8'hff;   
   else if((hcnt>=0) & (hcnt<(IMG_HDISP)) & (vcnt>=(IMG_VDISP/4)) & (vcnt<(2*IMG_VDISP/4)))
      if(hcnt>=0 & hcnt<(IMG_HDISP/4))
         data <= 8'hff;
      else if(hcnt>=(IMG_HDISP/4) & hcnt<(2*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'h00;
      else if(hcnt>=(2*IMG_HDISP/4) & hcnt<(3*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'hff;
      else
         data <= 8'h00;      
//      data <= data + 1'b1;
   else if((hcnt>=0) & (hcnt<(IMG_HDISP)) & (vcnt>=(2*IMG_VDISP/4)) & (vcnt<(3*IMG_VDISP/4)))
      if(hcnt>=0 & hcnt<(IMG_HDISP/4))
         data <= 8'h00;
      else if(hcnt>=(IMG_HDISP/4) & hcnt<(2*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'hff;
      else if(hcnt>=(2*IMG_HDISP/4) & hcnt<(3*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'h00;
      else
         data <= 8'hff;   
//      data <= data + 1'b1;
   else if((hcnt>=0) & (hcnt<(IMG_HDISP)) & (vcnt>=(3*IMG_VDISP/4)) & (vcnt<(IMG_VDISP)))
//      data <= data + 1'b1;
      if(hcnt>=0 & hcnt<(IMG_HDISP/4))
         data <= 8'hff;
      else if(hcnt>=(IMG_HDISP/4) & hcnt<(2*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'h00;
      else if(hcnt>=(2*IMG_HDISP/4) & hcnt<(3*IMG_HDISP/4))
         data <= 8'hff;
      else
         data <= 8'h00;   
   else
      data <= 0;
      
assign lcd_vs = ~vsync;
assign lcd_hs = ~hsync;
assign vga_red 	= data;
assign vga_green 	= data;
assign vga_blue 	= data;

assign lcd_dclk = clk_25m;
assign lcd_blank = 1'b1;
assign lcd_sync  = 1'b0;

wire [7:0] vga_red;
wire [7:0] vga_green;
wire [7:0] vga_blue;

assign lcd_red[9:2] = vga_red;
assign lcd_green[9:2] = vga_green;
assign lcd_blue[9:2] = vga_blue;

5.演示結果

下圖為方格顯示效果：