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基于FPGA的VGA控制器设计与实现

时间:2010-09-13


第24卷第6期 2008年11月

齐齐哈尔大学学报
Journal of Qiqihar University

V01.24.No.6 Nov.,2008

基于FPGA的VGA控制器设计与实现
杨杰1,穆伟斌2,沈焕泉2
(1.齐齐哈尔大学学报编辑部,黑龙江齐齐哈尔161006;2.齐齐哈尔医学院医学技术学院,黑龙江齐齐哈尔161006)

摘要:利用FPGA设计一个类似点阵LCD显示的VGA显示控制器,可实现文字及简单的图表显示。工作时只需 将要显示内容转换成对应字模送人FPGA,即可实现相应内容的显示。 关键词:FPGA;VGA;屁示控制 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1007—984X(2008)06-0050-03

随着数字图像处理的应用领域的不断扩大,其实时处理技术成为研究的热点。EDA(电子设计自动化)

技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA的特点适用于进行一些基于像素级 的图像处型¨。LCD和CRT显示器作为一种通用型显示设备,如今已经广泛应用于工作和生活中。与嵌入 式系统中常用的显示器件相比,它具有显示面积大、色彩丰富、承载信息量大、接口简单等优点,如果将
其应用到嵌入式系统中,可以显著提升产品的视觉效果。为此,尝试将VGA显示的控制转化到FPGA来完 成实现。

1系统设计方案
FPGA是整个系统的核心,通过对其编程可输出红、绿、蓝三基色信号和HS、VS行场扫描同步信号。 当FPGA接受输出的控制信号后,内部的数据选择器模块根据控制信号选择相应的图像生成模块,输出图
像信号,与行场扫描时序信号一起通过VGA接口

电路送入显示器,在VGA显示器上便可看到对应
的彩色图像。主芯片时钟由外部提供,由一片晶 振提供50 MHz频率的时钟源,接人芯片全局时 钟引脚GCU(1。系统模块如图1。

2硬件电路设计
VGA的图形模式分为3类:CGA、EGA兼容的图形
模式;标准的VGA图形模式;VGA扩展图形模式。后2

图1系统构成模块图

种图形模式统称为VGA图形模式。本研究基于标准VGA
模式来实现。

常见的彩色显示器一般都是由CRT(阴极射线管) 构成,每—个像素的色彩由红、绿、蓝三基色构成。显 示时采用的是逐行扫描的方式。由VGA显示模块产生的 水平同步信号和垂直同步信号控制阴极射线管中的电子 枪产生电子束,轰击涂有荧光粉的屏幕,产生红、绿、 蓝j基色,于显示屏上合成一个彩色像素点。图2表示 的是VGA显示模块与CRT显示器的控制框剧创。
圈2

VGA显示模块与CRT显示器的挖制框图

收稿日期:2008.-06--05 作者简介:杨杰(1952一),女,黑龙江齐齐哈尔人,副编审,本科,主要从事编辑学方丽的研究。

万方数据

第6期

基于FPGA的VGA控制器设计与实现

·51·

电子束扫描一幅屏幕图像上的各个点的过程称为屏幕扫描。现在显示器都是通过光栅扫描方式来进行 屏幕扫描。在光栅扫描方式下,电子束按照同定的路径扫过整个屏幕,在扫描过程中通过电子束的通断强 弱来控制电子束所经过的每个点是否显示或显示的颜色。电子枪在VGA显示模块产生的行同步、场同步等 控制信号的作用下进行包括水平扫描、水平回扫、垂直扫描、垂直回扫等过程。光栅扫描的路径通常为: 从上到下扫过每一行,在每一行中从左到右地进行扫描。其过程如下:电子束从屏幕左上角开始向右扫,

当到达屏幕的右边缘时,电子束关闭(水平消隐),并快速返回屏幕左边缘(水平回扫),然后在下一条 扫描线上开始新的一次水平扫描。一旦所有的水平扫描均告完成,电子束在屏幕的右下角结束并关闭(垂
直消隐),然后迅速返回到屏幕的左上角(垂直回扫),开始下一次光栅扫描。 通过对硬件进行编程,输出标准的VGA信号(红、绿、蓝三色信号和行、帧同步信号),通过15针 VGA接口输出至显示器,可具有显示驱动程序的能力,驱动显示器显示图像信号。板上的VGA接口只需 使用其中的5个引脚,其中行、帧同步信号直接由FGPA输出;红、绿、蓝-_色信号使用FPGA上8个引

脚,8位数据,其中红色2位,绿色和蓝色各3位,经由电阻网络D/A变换后输出值显示器,具有256种
颜色。VGA与FPGA引脚连接见表l。
表1 n'GA管脚
156

VG^与FPC,A引脚连接表
155 154 152 150

对应的VGA信号E-vGA—1)0

E—VC.A_Dl

E-√GAj)2

E_VGA—D3

E_VC.A_IM

3系统软件设计
采用PCtoLCD2002软件进行字模转换,得到字符/图像像素数据。利用Xilinx
ISE

9.1i、ModelSim开发

平台设计程序。根据VCA显示原理,产生时序驱动信号HS、VS,同时在正确的时序控制下, 扫捕输出ROM中的像素数据至显示器的VGA接口,进行图像显示。程序流程见图3。

罔3程序流程图

4结束语
本设计采用FPGA芯片为控制核心,实现了VGA显示。该设计硬件电路连接简单,软件程序简洁,对
显示器的控制简单、稳定。经过验证,设计是正确可行的。

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·52·

齐齐哈尔大学学报

2008年

参考文献
f11蒋艳红.基于FPGA的VGA图象信号发生器设计fJl.电子测量技术,2008,31(3):78—80. f212求是科技.FPGA数字电子系统设计与开发实例导航『M】.北京:人民邮电出版社,2005.

Design and implement of VGA controller for FPGA
YANG Jiel,MU

Wei—bin92,SHEN

Huan—quan2

(1.Journal Editorial Department,Qiqihar University。Heilongjiang Qiqihar 161006,China;
2.Medical Techonlogy

Department,Qiqihar


Medical College,Heilongiiang

Qiqihar 161006,China)
to

Abstract:FPGA is applied to devise scripts and simple image.At work,we
to

VGA display controller similar to LCD point lattice display in order
transform displayed
content

show

can

into

homologous script mode,then transmitting

FPGA which

can

show corresponding

content.

Key WOrds:FPGA:VGA;display control

机床导轨防护罩的设计
现代机床制造中,导轨防护罩的应用十分广泛,它对机床精密导轨进行保护。防止铁屑 及汕污对导轨的损伤,又使机床整体美观宜人。在设计中取得两组经验公式.现介绍如下。


钢制导轨防护罩的分类及工作原理 按防护方向的不同,防护单分为水平防护罩和垂直防护罩。钢制导轨防护罩一般用ICrl3

材质制成能防止锈蚀。防护罩由多节钢板重叠在一起组成,每节后侧均有一块立板。立板上 镶有滑块或滚轮,可在导轨上滑动.防护掣可随之伸长或压缩。 2防护罩设计中的计算公式 1)防护罩宽度计算公式(图1)为

Hu≥(5+d)n+15;Bc>P2(3+d)"+zk+20 式中:日I为防护罩上部宽度;,l为估计节数;Br为防护宽侧面宽度,民≥(曰广风),2;口亡
为防护宽度;d为主体材料厚度;曰。为机床导轨宽度。 2)防护罩长度计算公式(图2)为 L产(工一15)(订一1)十x+k;厶尸(仃一1)15+.什k 式中:厶为最大拉仲量;£:为最小压缩量;k为辅助导轨长度;工为每节防护罩 长度。 3应用举例 举例:我厂为大连冰…橡胶股份有限公司生产的CXMl(5240·25/40L数控双柱 立式车铣磨床.最大加工直径由4 000,横梁右刀架行程2 200。介绍防护罩的应 用设计方法(图3)。 横粱导轨宽1 100。横梁滑座应在横梁上滑动,防护罩把合板同定在滑座侧 面上.右端同定在横梁右端沿滑座左右移动.带动防护罩拉伸.压缩。 滑座行程2 200,为防止行程三,大于2 200时防护罩损坏.故防护罩行程 应加大.最大行程加长75,最dqi程可再压缩75,所以防护罩行程为L,=
2200+75


图I防护罩宽度示意网

图2防扩。罩长度示意网

2=2350,冈滑座从横梁导轨面高起50mm。由Ⅳl≥(5+d)n+15=50,

可得n=5。由图3可知:Z,z=425;Le=2350+425=2775;2775/5=555。说明要 拉伸2775必须每节大于555,而最小为425不够压缩,所以要加辅助导轨岛, 因为L。=2350+425+LE=(.卜15)(n-1)-IX=(.卜15)x4+x;Lz=425+LE=(一 一1)×15+x=4×15+x;x=587.5,得出Lg=222.5 mmo说明为使产品达到设计要求,就必须加辅助导轨,导轨长为222.5
mill。

图3横梁导轨防护罩的设计

而右侧电机长280,为挡住电机,取辅助导轨长为290。L。=2350+290=-3140=-(卜15)(5一1)-IX。得出x=640。Lz=425+290=-715=
(5一1)×15+x,得出x=655。这说明每节640长度就可以拉长3140,每节655长也就可以压缩790。所以辅助导轨k正确, 可以实现i r程2350。Bc≥2×(3+d)肘Bs+20=2(3+2)×5+1100+20=1170;BK=(曰f强)/2=(1170-1100)/2=35。因

此侧面宽度巩最小可以为35。
4结论 在乍产设计实践中运用上述公式设计机床导轨防护罩.经用户使用后效果良好。既能满足工作行程需要也节约了材料. 达到了工厂与客户利益双赢。 (程焰。齐重数控装备股份有限公司。黑龙江齐齐哈尔161005)

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