VGA图像显示总结（彩条显示、方块移动、字符显示、基于ROM的图片显示）

VGA显示器成像原理

图像显示的时候，是采用逐行扫描的方式，从左到右，从上到下，每次扫描一个点的时候发送一个数据，然后那个像素点就会把这个数据对应的颜色发送到屏幕上，在每一次回扫的过程中，不能影响屏幕上既有图像的颜色，所以就是消隐信号（BLK）存在的意义，在每次回扫时，消隐信号启动，此时屏幕上没有新的数据输入，也就不会影响原本的颜色，消隐分为场扫描和行扫描。

VGA时序

行扫描：根据上图进行分析，首先需要一个行同步信号，根据这个行同步信号用来指导消隐信号的变化，以及数据的传输，行同步信号（HSYC）的一个周期包含的时间有行同步时间（Sync Pulse）、Back Porch（回扫时间）、Left Border(显示器左侧黑边的扫描的时间）、Visible area(数据传输的有效时间）、Right Border(显示器右侧黑边的扫描的时间）、Front Porch(产生消隐信号用的时间）

场扫描：根据上图进行分析，首先需要一个场同步信号，根据这个场同步信号用来指导消隐信号的变化，以及数据的传输，场同步信号（VSYC）的一个周期包含的时间有场同步时间（Sync Pulse）、Back Porch（回扫时间）、Left Border(显示器左侧黑边的扫描的时间）、Visible area(数据传输的有效时间）、Right Border(显示器右侧黑边的扫描的时间）、Front Porch(产生消隐信号用的时间）

行扫描和场扫描类似，相关点在于每次扫描一行，场即竖直方向上扫描一个点，所以说场扫描时的那个时间其实根据行扫描来变化的。

根据时序来看，其实也就只有在Visible area这个区域是有效的数据传输时间，其他位置数据都不传输，可以直接让消隐信号启动，不输入数据就完事了。

然后对模块的端口分析一下

VGA_HS：就是行同步信号，根据上面所述的时间周期来控制VGA_HS的变化

VGA_VS：就是场同步信号，根据上面所述的时间周期来控制VGA_VS的变化

R/G/B：就是输入的数据（在数据传输的有效时间输入）

CLOCK：VGA模块的驱动时钟，根据不同的像素和刷新频率而不同，具体为多少要查询相关手册

VGA_BLK：消隐信号、根据上面所述的时间周期来控制VGA_HS的变化

上面所述的时间具体为多少呢？也是根据不同的像素而不同，具体为多少要查询相关手册

一、GM7123芯片

在VGA图像显示时，采用的是GM7123芯片

在驱动GM7123时有多种数据传输方式

我采用的是RGB888格式的数据传输。

下面就是VGA驱动模块的程序部分啦，我采用的是1920*1080像素的显示模式，根据下图中参数进行编写

当0时刻时，行同步信号为下降沿开始，当44时，行同步信号拉高，当44（行同步信号脉冲时间）+148（H_Back_Porch）+0(H_Left_Border)=192是开始发送有效数据，当192+1920（有效数据时间）=2112时有效数据发送完成，2112+0（H_Right_Borde）+88(H_Front_Porch)=2200时，一个周期结束。只有在有效数据发送时，才不会启动消隐信号，其余时间不发送数据，可以让消隐信号始终有效。

场同步信号和行同步信号类似，但是要注意，只有扫描完一行时，场同步信号才会+1。

module VGA_CTRL(
clk,
Rst_n,
data_in,

Hcounter,
Vcounter,
VGA_HS,
VGA_VS,
VGA_BLK,
VGA_RGB
);

input clk;
input Rst_n;
input [23:0] data_in;

output [11:0] Hcounter;
output [10:0] Vcounter;
output reg VGA_HS;
output reg VGA_VS;
output reg VGA_BLK;
output [23:0] VGA_RGB;

reg [11:0] Hcnt;
reg [10:0] Vcnt;

parameter HS_End = 44;
parameter VS_End = 5;
parameter Hdata_Begin = 192;
parameter Vdata_Begin = 41;
parameter Hdata_End = 2112;
parameter Vdata_End = 1121;
parameter Hsync_End = 2200;
parameter Vsync_End = 1125;

//行扫描计数器
always @ (posedge clk or negedge Rst_n)
if(!Rst_n)
Hcnt<=12'd0;
else if (Hcnt == Hsync_End - 1)
Hcnt<=12'd0;
else Hcnt<=Hcnt+1'b1;

//场扫描计数器
always @ (posedge clk or negedge Rst_n)
if(!Rst_n)
Vcnt<=11'd0;
else if(Hcnt == Hsync_End - 1)
begin
if (Vcnt == Vsync_End - 1)
Vcnt<=11'd0;
else Vcnt<=Vcnt+1'b1;
end

//行同步信号赋值
always @ (posedge clk or negedge Rst_n)
if(!Rst_n)
VGA_HS<=1'b0;
else if (Hcnt >= HS_End)
VGA_HS<=1'b1;
else VGA_HS<=1'b0;

//场同步信号赋值
always @ (posedge clk or negedge Rst_n)
if(!Rst_n)
VGA_VS<=1'b0;
else if (Vcnt >= VS_End)
VGA_VS<=1'b1;
else VGA_VS<=1'b0;

//消隐信号的赋值
always @ (posedge clk or negedge Rst_n)
if(!Rst_n)
VGA_BLK<=1'b0;
else if(Hcnt > Hdata_Begin-1 && Hcnt<= Hdata_End-1 && Vcnt>Vdata_Begin-1 && Vcnt<=Vdata_End-1)
VGA_BLK<=1'b1;
else VGA_BLK<=1'b0;

//RGB赋值
assign VGA_RGB=(VGA_BLK == 1'b1)?data_in:24'd0;

//像素横坐标
assign Hcounter=(VGA_BLK == 1'b1)? (Hcnt - 12'd192-1'b1): 12'd0;
//像素纵坐标
assign Vcounter=(VGA_BLK == 1'b1)? (Vcnt - 11'd41) : 11'd0;
endmodule

注意这里的驱动模块多了两个端口，Hcounter和Vcounter引出这两个输出是为了方便根据有效数据时段的像素点赋值。

下面就是做的四个小小的简单小实验

彩条显示实验

彩条显示时将屏幕分成八等分，每一块显示不同的颜色

代码如下

module VGA_display(
clk,
Rst_n,

VGA_Clk,
VGA_HS,
VGA_VS,
VGA_BLK,
VGA_RGB
);

input clk;
input Rst_n;

output VGA_Clk;
output VGA_HS;
output VGA_VS;
output VGA_BLK;
output [23:0] VGA_RGB;

reg [23:0] data_in;
wire [11:0] Hcounter;
wire [10:0] Vcounter;
wire H0,H1,V0,V1,V2,V3;

//颜色设置
parameter BLACK = 24'h000000, //黑色
BLUE = 24'h0000FF, //蓝色
RED = 24'hFF0000, //红色
PURPPLE = 24'hFF00FF, //紫色
GREEN = 24'h00FF00, //绿色
CYAN = 24'h00FFFF, //青色
YELLOW = 24'hFFFF00, //黄色
WHITE = 24'hFFFFFF; //白色

//像素块设置
assign H0 =(Hcounter>= 12'd0 && Hcounter <= 12'd959)? 1'b1:1'b0;
assign H1 =(Hcounter>= 12'd960 && Hcounter <= 12'd1919)? 1'b1:1'b0;
assign V0 =(Vcounter>= 11'd0 && Vcounter <= 11'd269)? 1'b1:1'b0;
assign V1 =(Vcounter>= 11'd270 && Vcounter <= 11'd539)? 1'b1:1'b0;
assign V2 =(Vcounter>= 11'd540 && Vcounter <= 11'd809)? 1'b1:1'b0;
assign V3 =(Vcounter>= 11'd810 && Vcounter <= 11'd1079)? 1'b1:1'b0;

VGA_CLOCK VGA_CLOCK(
   .inclk0(clk),
   .c0(VGA_Clk)
);
VGA_CTRL VGA_CTRL(
.clk(VGA_Clk),
.Rst_n(Rst_n),
.data_in(data_in),

.Hcounter(Hcounter),
.Vcounter(Vcounter),
.VGA_HS(VGA_HS),
.VGA_VS(VGA_VS),
.VGA_BLK(VGA_BLK),
.VGA_RGB (VGA_RGB)
);
always @ (*)
case({H0,H1,V0,V1,V2,V3})
6'b101000:data_in=BLACK;
6'b100100:data_in=RED;
6'b100010:data_in=GREEN;
6'b100001:data_in=YELLOW;
6'b011000:data_in=BLUE;
6'b010100:data_in=PURPPLE;
6'b010010:data_in=CYAN;
6'b010001:data_in=WHITE;
default:data_in=BLACK;
endcase
  endmodule

方块移动实验

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