文章目录
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- 一.VGA介绍
- 二.VGA显示字符
- 三.VGA显示彩色条纹
- 四.VGA显示彩色图片
- 五.总结
- 六.参考链接：
一.VGA介绍
VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列是IBM使用模拟信号的计算机显示标准于1987年提出。VGA接口是电脑VGA专用接口标准输出数据。VGA接口有15针，分为3排，每排5个孔，显卡上应用最广泛的接口类型，绝大多数显卡都有这种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号和同步信号(水平和垂直信号)。
VGA接口为D型接口，上面有15针孔，分为三排，每排5个。 除了两个NC（Not Connect)3个显示数据总线和5个信号GND三个信号更重要RGB彩色分量信号和2个扫描同步信号HSYNC和VSYNC针。VGA采用接口中的彩色分量RS343电平标准。RS343电平标准峰值电压为1V。VGA接口是显卡上应用最广泛的接口类型，大多数显卡都有这种接口。有些不带VGA接口而带有DVI(Digital Visual Interface数字视频接口）接口的显卡，也可以通过一个简单的转接头将DVI接口转成VGA通常没有接口VGA接口的显卡将配备此类转接头。 
大多数计算机和外部显示设备都是通过模拟的VGA接口连接，计算机内部以数字形式生成的显示图像信息，字/模拟转换器转换为R、G、B通过电缆将三原色信号、行、场同步信号传输到显示设备。模拟显示设备，如模拟CRT信号直接发送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、DLP相应的数字显示设备应配置在显示设备中A/D(模拟/数字)转换器将模拟信号转换为数字信号。在经过D/A和A/D两次转换后，不可避免地会造成一些图像细节的损失。VGA接口应用于CRT显示器是可以理解的，但对于连接液晶等显示设备，转换过程中的图像损失会略微降低显示效果。 而且可以从界面判断显卡是独特的还是集成的，VGA垂直接口的描述是集成显卡，VGA水平接口说明是一个独立的显卡(一般台式主机可以用这种方法查看)。
| 管脚 | 定义 |
|---|---|
| 1 | 红基色 |
| 2 | 绿基色 |
| 3 | 蓝基色 |
| 4 | 地址码 ID Bit |
| 5 | 自测试 |
| 6 | 红地 |
| 7 | 绿地 |
| 8 | 蓝地 |
| 9 | 保留(不同定义) |
| 10 | 数字码 |
| 11 | 地址码 |
| 12 | 地址码 |
| 13 | 行同步 |
| 14 | 场同步 |
| 15 | 地址码(不同定义) |
VGA模拟电压(0V-0.714V)红、绿、蓝三种颜色，不同的电压值对应不同的颜色。 VGA驱动显示器采用扫描方式，一般逐行扫描。 逐行扫描从屏幕左上角开始，从左到右逐步扫描。每次扫描后，电子束将回到屏幕左下角的起始位置。在此期间，CRT消除电子束，每行结束时使用同步信号； 扫描完所有行并形成一帧后，用场同步信号同步场，使扫描回到屏幕左上角，同时隐藏场，开始下一帧。 FPGA芯片驱动VGA在数模转换器的帮助下，需要先生成模拟信号D/A，利用D/A产生模拟信号，输出到VGA的RED、GREEN、BLUE基色数据线。另一种方法是利用电阻网络分流模拟D/A实现的。 对应具体颜色的电压值： 参考：https://blog.csdn.net/qq_40147893/article/details/108342484
VS：帧时序 帧时序的四个部分是：同步脉冲(Sync o)、显示后沿(Back porch p)、显示时序段(Display interval q)和显示前沿(Front porchr)。同步脉冲(Sync o)、显示后沿(Back porch p)和显示前沿(Front porch r)是消隐区，RGB信号无效，屏幕不显示数据。显示时序段(Display interval q)是有效数据区。
HS：行时序 行时序的四个部分是：同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)、显示时序(Display interval c)和显示前沿(Front porchd)。同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)和显示前沿(Front porch d)是消隐区，RGB信号无效，屏幕不显示数据。显示时序段(Display interval c)是有效数据区。
二.VGA显示字符
这里用的是汉子点阵，以前学过。OLED这里将使用相同的汉字点阵提取，可参考链接：https://blog.csdn.net/qq_45659777/article/details/121456548 说明：
使用点阵显示时，汉字为1616点阵，符号、数字或英文字母为3216点阵。 点阵拼接时，用第一个字的前四位拼接下一个字的前四位…直到最后一个字，它们构成VGA一行显示。
代码实现：
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, /// 当BLANK为低电平时模拟视频输出消隐电平R9~R0,G9~G0,B9~B0输入的所有数据都被忽略了 VGA_SYNC, ///符合同步控制信号 行时序和场时序应产生同步脉冲 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
运行效果：
三.VGA显示彩色条纹
说明：
在上述代码的基础上，通过限制x的取值范围让颜色缓存显示不同的值就能实现显示彩色条纹。
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