VGA时序及驱动

VGA最重要的信号是：RED、GREEN、BLUE及HSYNC和VSYNC，其中前面三种是数据信号，后面两种是控制信号，数据信号的传输是靠控制信号来进行同步控制的，下面介绍行和场控制信号如何对数据信号进行同步的。

一个完整行的扫描周期由a、b、c、d四部分组成，其中H_SYNC（a）为行同步阶段，对行扫描地址进行复位；H_BACK（b）为行消隐后肩，是扫描地址转移后的准备期；H_DISP（c）为行显示阶段，此阶段像素数据为有效；H_FRONT（d）为行消隐前肩，为扫描地址转移的准备期；H_TOTAL（e）为完成一次行扫描的总时间。扫描时候，先进行行同步，然后才进行数据的传输，其时序如下图。

VGA行扫描时序图

场扫描与行扫描时序类似，场扫描周期由n个行扫描周期组成，并且一次场扫描周期有其自身的时序规律，完成一定行数的行扫描后，进行一次场同步

该行数与VGA分辨率有关，如下图为VGA场扫描时序图。

VGA行扫描时序图

VGA显示分辨率与刷新频率是紧密联系的，是VGA时序标准，下表为VGA常用分辨率和刷新频率及场行时序之间的关系。

VGA常见显示模式时序表

根据前面VGA显示模式时序表，我们在Vivado里使用Verilog编写相应的代码，生成相应的驱动时序，这里我们通过经典的模拟彩条来进行对VGA进行驱动与验证。

为了方便测试不同分辨率（不同帧率）下的驱动情况，我们将不同显示模式都保存在一个.v文件中，使用 `include "VGA_para.v" 来包含常用的场行时序常数，然后通过宏定义来选择不同的分辨率。

下面是选择640x480的宏定义代码。

//------------------------------------

//vga parameter define

`define  VGA_640_480_60FPS_25MHz

//`define       VGA_800_600_72FPS_50MHz

//`define       VGA_1024_768_60FPS_65MHz

//`define       VGA_1440_900_60FPS_105MHz

//`define       VGA_1280_1024_60FPS_105MHz

//---------------------------------

根据前面选择的宏定义，下面的代码便是640x480的时序生成。

//---------------------------------

//    640 * 480

`ifdef    VGA_640_480_60FPS_25MHz

`define  H_FRONT   11'd16

`define  H_SYNC    11'd96

`define  H_BACK    11'd48

`define  H_DISP       11'd640

`define  H_TOTAL   11'd800      

                                 

`define  V_FRONT   11'd10

`define  V_SYNC    11'd2  

`define  V_BACK    11'd33

`define  V_DISP      11'd480  

`define  V_TOTAL   11'd525

`endif

//---------------------------------

同理，如果想要使用1440x900的分辨率，我们只需将VGA常见显示模式时序表中的时序常数对应修改，便可以转换到相应的分辨率显示模式。

因为我们的开发板上VGA的接口预留的是RGB444，因此我们需要定义颜色分量值，下面代码是定义不同颜色的RGB值。

//define colors RGB--4|4|4

`define RED      12'h800   /*1111,0000,0000 */

`define GREEN 12'hF0   /*0000,1111,0000 */

`define BLUE         12'h00F  /*0000,0000,1111*/

`define WHITE        12'hFFF   /*1111,1111,1111*/

`define BLACK       12'h000   /*0000,0000,0000 */

`define YELLOW     12'hFF0   /*1111,1111,0000*/

`define CYAN        12'hF0F  /*1111,0000,1111*/

`define ROYAL       12'h0FF   /*0000,1111,1111*/

对于场行同步信号的生成，我们只需编写相应的时序即可，下面是其代码。

//----------------行扫描进程-------------------

always@(posedge clk_out)

begin

   if(hcount == `H_TOTAL)      // 行计数结束

          hcount_ov <= 1;         // 行计数结束标志

      else

          hcount_ov <= 0;

end

always@(posedge clk_out)

begin

  if(hcount_ov == 1)

     hcount <= 12'b0;           //行计数从新开始

else

     hcount <= hcount + 1;   

end

//----------------行同步信号的生成-------------------

//always@(hcount)

always@(posedge clk_out)

begin

    if(hcount > `H_SYNC)

          hsync <= 1;

    else

          hsync <= 0;    //低电平同步

end

//----------------场扫描进程---------------------

always@(posedge clk_out)

begin

    if(vcount == `V_TOTAL)     // 场计数结束

          vcount_ov <= 1;         // 场计数结束标志

       else

         vcount_ov <= 0;

end

always@(posedge clk_out)

begin

    if(hcount_ov == 1)   begin

          if(vcount_ov == 1)

                vcount <= 12'b0;      //场计数从新开始

             else

                vcount <= vcount + 1;

       end

end

//----------------场同步信号生成-------------------

always@(posedge clk_out)

begin

    if(vcount > `V_SYNC)

        vsync <= 1;

       else

        vsync <= 0;             //低电平同步

end

我们选择640x480@60显示模式，也就是驱动时钟为25MHz，场行消隐以及有效显示都应该严格符合时序表中的时序要求。下面为VGA彩条显示代码。

always@(posedge clk) begin

if((hcounter < H_DISP) && (vcounter< H_DISP))begin

      if (hcounter <= H_DISP /5)     begin   colour <= `C_RED;    end

     else if(hcounter <= 2* H_DISP /5)  begin  colour <= `C_GREEN;  end

     else if(hcounter <= 3* H_DISP /5)  begin  colour <= `C_BLUE;   end

     else if(hcounter <= 4* H_DISP /5)  begin  colour <= `C_WHITE;  end

     else begin  colour <= `C_BLACK;  end

     end  else

         colour <= `C_BLACK;

end

最终运行我们的VGA模拟彩条驱动代码，运行在我们开发板上的显示效果如下图所示，可以看得出我们代码是正确的。