在图片显示系统实验中我们学习过图片取模的方法，根据取模数据创建ram模块，本实验我们要学习VGA接口液晶显示器的驱动原理及方法，结合图片ram数据，最终实现的总体设计。VGA接口显示有固定的模式，本实验800×600@60Hz模式需要40MHz的时钟主频，可根据简易电压表实验中的方法例化PLL的IP核实现。

  VGA(Video Graphics Array)是IBM在1987年随PS/2机一起推出的一种视频传输标准，具有分辨率比较高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用，VGA接口定义如下：

  其中三色信号（RGB）都是模拟信号，行场同步信号（HSVS）都是数字信号。

  对于VGA的接口模拟电压（RGB），为0~0.714V范围峰峰值，0代表无色，0.714代表满色，一些非标准的显示器使用的是1Vpp的满色电平。三基色信号源端和终端匹配电阻均为75欧姆，如下图所示：

  FPGA为数字逻辑器件，想要得到0~0.714V范围电压主要有两种方法，DAC转换方式和电阻分压方式，我们的扩展板卡上就是采用的电阻分压的方式，因VGA显示器端有75欧的下拉电阻，为得到0.714V的电压我们给RGB信号线V。如下图所示：

  当FPGA驱动输出高电平（3.3V）时，模拟分压为0.714V，为满色，当FPGA驱动输出低电平（0V）时，模拟分压为0V，为无色，这样RGB三基色都对应两种状态输出，共有2^3=8种颜色输出。

  VGA 接口时序是对其实现驱动与控制的关键，也是难点所在。难不光难在时序的产生，更多的是在于处理速度上的问题。VGA扫描显示实际上的意思就是两条线，一个是行扫描，一个是场扫描，在行有效和场有效的时候把数据发送给VGA即可显示了。显示标准就是行分辨率x列分辨率@60hz即一秒屏幕刷新60次，以800×600@60Hz模式为例，即行为800个像素，场为600个像素。

  显示器扫描一般都会采用逐行扫描的方式实现：逐行扫描是扫描从屏幕左上角一点开始，从左像右逐点扫描，每扫描完一行,电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT对电子束进行消隐，行与行之间的返回过程称为水平消隐，也称行消隐（HBlank)，每行结束时，用行同步信号进行同步；当扫描完所有的行，形成一帧，扫描点扫描完一帧后，要从图像的右下角返回到图像的左上角，开始新一帧的扫描，这一时间间隔，叫做垂直消隐，也称场消隐（VBlank），用场同步信号进行场同步。

  底板上的VGA显示电路与1.8寸串行彩色液晶屏电路复用部分FPGA管脚，两者不能同时使用，当使用VGA接口模块电路时，FPGA直接驱动VGA接口完成VGA液晶显示器控制即可。VGA硬件采用电阻分压方式连接，每个基色智能显示无色或满色，所以显示效果最多有2^3=8种颜色显示（包含黑色）。

  端口列表中三基色控制管脚定义为vga[2:0]，高位到低位依次接红绿蓝，那么8中颜色对应的数据如下：

  本实验使用800×显示模式，首先将该VGA显示模式下的参数定义，在40MHz的主频下，参数如下：

  根据VGA扫描的时序，在40MHz主频时钟下，每一行需要1056个主频时钟周期的时间，而每一帧需要628行扫描时间，我们定义两个计数器，分别对主频时钟和行扫描进行计数，程序实现如下：

  当行计数器xcnt计数到1056且场计数器ycnt计数到628时，就是VGA扫描一帧的时间，行计数和场计数开始的时候为同步信号，行场同步信号端口输出，根据时序要求程序实现如下：

  行同步和场同步的信号有了，接下来就是三基色数据的控制了，如果整个扫描过程中三基色端口一直输出红色数据，那么我们就能够正常的看到整个显示器显示红色，整个扫描过程分为消隐区和显示区，只有在显示区的数据才能显示出来，落在消隐区的颜色数据没有一点意义，显示区就是当行场计数器都在对应有效线数的区间。即是说，如果我们让三基色端口只在行计数器xcnt计数在216~1056之间且场计数器ycnt计数在27~627之间时输出红色数据，依然能够正常的看到整个显示器显示红色。

  屏幕保护实验需要小脚丫Logo图片显示并反弹移动，图片显示在液晶显示器上我们应该知道图片所在显示区的坐标，图片宽度和高度已知，我们以图片左上角的像素点作为基点，就不难得知图片ram数据中每个数据对应的坐标，假设我们大家都知道了图片基点的坐标为（xset，yset）。图片的显示程序实现如下：

  图片可能显示在屏幕的任何位置，那么基点（xset，yset）的移动轨迹范围为上图中红色虚线框区域，只要控制基点移动和反弹就能轻松实现图片的移动和反弹，这里需要仔细考虑两个参数：移动速度和反弹方向。

  移动速度就是基点（xset，yset）变化的速度，我们设置一个计数器延迟来控制基点的变化速度，cnt的计数周期为2^19 * 1000ms / 12000000 = 44ms，基点坐标每秒移动次数为1s / 44ms = 23次，计数程序实现如下：

  屏幕保护图片碰到显示器边沿会反弹，反弹效果同镜面反射一样，与边沿平行方向不变，垂直方向反向，所以行方向和场方向的反弹控制是相互独立的，实现方法相同，这里我们以行（水平）方向的控制为例，程序实现如下：

  例化pll IP核得到40MHz时钟信号，提供给VGA驱动模块做时钟信号，例化配置方法在简易电压表实验中有讲解，这里不再重复。

  屏幕保护图片数据的ram模块，提供小脚丫Logo图片数据，图片显示系统实验中也有相关联的内容，调整一下图像分辨率的宽度和高度就可以直接使用。

  将程序加载到FPGA中，使用VGA线连接液晶显示器和FPGA底板，观察显示现象。小脚丫Logo图片在显示屏上移动，到达边沿后反弹，每次反弹都会颜色改变，共有6中颜色。