VGA时序详解

VGA接口定义

可以看到，从VGA的接口可以看出对于FPGA和VGA之间有RGB三种连线和HSYNC、VSYNC两种连线。
右图中可以看出，我这儿的RGB三种连线练出了四个引脚，因为VGA是传输模拟信号，所以这儿可以看到RGB这三个通过连出四个不同电阻这种电路实现的四个数字信号转化成一个模拟信号，当然在自己设计时也可以使用特殊的芯片来实现，比如ADV7123来实现8位数字信号来转化成模拟信号。
还有就是HSYNC和VSYNC两条信号线，这两条是行同步信号和场同步信号，具体作用我会在后面说明。

VGA时序说明

在VGA信号的显示屏幕中，VGA所显示的方式是通过逐行扫描的方法。

如图是一个显示屏，可以看到，VGA的显示是从第一行最左边开始扫描，当第一行扫描完了之后，又回到第二行的最左边继续扫描，知道扫描完整个屏幕，又回到最开始的第一行最左边。
在这个过程中有两个信号来控制，分别是行同步信号和场同步信号。

行同步信号HYSNC

首先是行同步信号的时序，由图中可以看到，在数据准备好之前，行同步信号HSYNC会处于低电平阶段，持续Sync Pulse的时间后拉高，此时开始准备数据发送，当经过Back Porch和Left Border的时间间隔后数据准备好，然后开始数据发送，随着数据发送完后，再进行一段时间后，行信号结束，下一行信号开始。
此处讲解一下为什么会有前面数据准备的时间和后面数据结束的多余时间，因为在VGA中，并不是整块VGA显示屏都会显示，在显示屏周围有一圈黑边，此时的黑边就是数据还未准备好或者数据已经发送结束但是行同步信号还未结束的时候。下面的场同步信号也是相同的，行同步信号是左右的黑边，场同步信号是上下的黑边。

场同步信号VYSNC

这个就是场同步信号的时序，可以看出，和行同步信号的信号变化是一样的，只是中间的间隔时间是不一样的，所以这儿就不做过多的讲述了。

VGA时序查找

我们怎么去找这些的时序间隔呢？我们可以通过百度的方法，来找到这样的图片。

从图中可以看到，一个1440x900， 60Hz分辨率的VGA显示屏的各种时序。

HYSNC

由图可以分析，当计数器从0开始计数，每一个时钟周期自增1，此时HYSNC信号为低电平，表示数据开始信号，经过Hor Sync Time（此处名字定义可能和上述不一样，不过性质是一样的，只是命名有点差别而已。）时间后将HYSNC拉高。
可以看到，接下来下一行数据发送之前HYSNC都是属于高电平，所以可以不用管后面的分段，直接将HYSNC信号拉高到数据发送完为止，由图可以看到总时间到Hor Total Time行信号结束。

VYSNC

和HYSNC不同的是，场同步信号是由行同步信号结束后才自增1，开始也是低电平，经过Ver Sync Time时间后将HYSNC拉高，然后持续到场同步信号结束，也就是在Ver Total Time时间后场同步信号结束。

BLANK

可以看到，上述我们并没有提起这个信号，但是这儿我还是将他列了出来，这是为什么呢？
上面我们讲了，在VGA中有一圈黑边是不用来显示的，但是光靠上述两个信号我们能分辨什么时候可以显示吗？显然不能！
所以，我们需要一个信号来低电平代表不在显示区域，高电平代表在显示区域，这个信号就是BLANK。
什么时候将BLANK拉高呢？因为黑边是左右上下都有，所以要满足在行信号处于显示并且场同步信号处于显示才能拉高，所以就需要行计数器在Hor Sync Time + H Back Porch + H Left Border和Hor Sync Time + H Back Porch + H Left Border + Hor Addr Time之间并且需要场计数器在Ver Sync Time + V Back Porch + V Left Border和Ver Sync Time + V Back Porch + V Left Border + Ver Addr Time之间。

RGB

这个就没有需要说明的了，因为数据是由外部传输进来，VGA本身是不需要处理数据的。

VGA时钟频率

对于不同的VGA显示器，都会有不同的时钟频率，此时我们可以通过FPGA中的锁相环（例如PLL）等来产生不同的时钟频率，怎么看VGA所需要的时钟频率呢？
很简单，**Hor Total Time * Ver Total Time * 60（Hz）此时得出来当就是所需要的时钟频率，可以得出需要106.70016（MHz）**的频率，虽然我们不一定能得到准确的时钟，但是使用相差不多的就行。

VGA代码详解

module VGA_drive(input VGA_Clk,  //  定义时钟输入频率为1904x934=106700160（Hz）=106.70016（MHz）input VGA_Reset_n,  //定义复位，低电平有效，此处有一个技巧，在使用锁相环生成时钟的，由于锁相环是反馈电路，所以最开始并不能生成稳定的时钟，在锁相环有一个时钟生成稳定的信号，我们将这个信号和复位信号共同作为VGA驱动的复位信号，可以是VGA驱动更稳定。input [11:0]VGA_Data,   //数据输入信号，12位的数据信号按照R，G，B三种信号排序。output reg VGA_HS,  //行同步信号。output reg VGA_VS,  //场同步信号。output reg [11:0]VGA_RGB,   //数据输出信号。output reg VGA_BLK //数据有效信号。
);//对于时间常数的定义，上面已经详细讲解，此处不做详解。localparam Hsync_End = 1904;localparam HS_End = 152;localparam Hdat_Begin = 152 + 232 + 0;localparam Hdat_End = 152 + 0 + 232 + 1440;localparam Vsync_End = 934;localparam VS_End = 6;localparam Vdat_Begin =  6 + 25 + 0;localparam Vdat_End = 6 + 25 + 0 + 900;reg [11:0]hcnt;  //行同步信号计数器。reg [10:0]vcnt;  //场同步信号计数器。always @(posedge VGA_Clk or negedge VGA_Reset_n)    begin   //行同步信号计数器模块。if (!VGA_Reset_n)  //复位清零。hcnt <= 12'd0;else if (Hsync_End - 1 <= hcnt)   //计满清零。hcnt <= 12'd0;else  //未计满每个时钟周期自增1。hcnt <= hcnt + 1'b1;endalways @(posedge VGA_Clk or negedge VGA_Reset_n)   begin   //行同步信号计数器模块。if (!VGA_Reset_n)  //复位清零。vcnt <= 11'd0;else if (Hsync_End - 1 <= hcnt)   begin   //行同步信号结束时可以对场同步信号发生改变。if (Vsync_End - 1 <= vcnt)   //计满清零。vcnt <= 11'd0;else  //未计满每个行同步信号结束自增1。vcnt <= vcnt + 1'b1;endelse //其余状态不变。vcnt <= vcnt;endalways @(posedge VGA_Clk) begin   //行同步信号模块。VGA_HS <= (hcnt <= HS_End - 1) ? 1'b0 : 1'b1;   //当行同步信号传输开始信号未结束时为低电平，结束后准备发送数据为高电平。endalways @(posedge VGA_Clk)   begin   //场同步信号模块。VGA_VS <= (vcnt <= VS_End - 1) ? 1'b0 : 1'b1;   //当场同步信号传输开始信号未结束时为低电平，结束后准备发送数据为高电平。endalways @(posedge VGA_Clk)   begin   //RGB数据模块。VGA_RGB <= VGA_Data;  //直接将传输进来的数据传输出去。endalways @(posedge VGA_Clk)  begin   //显示有效信号。VGA_BLK <= (hcnt >= Hdat_Begin - 1 && hcnt <= Hdat_End && vcnt >= Vdat_Begin - 1 && vcnt <= Vdat_End) ? 1'b1 : 1'b0; //当处于显示区域是将信号拉高，否则拉低。end
endmodule

小结

对于VGA的显示驱动，还是很简单的，没有太复杂的时序，如果觉得博主写的不错，点赞关注鼓励一下吧~
蟹蟹啦~

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