基于Verilog的VGA驱动设计（一）VGA时序分析

VGA时序分析

电阻DAC转换网络和640X480的VGA时序图:

                                                                  图1

扫描频率

显示器采用光栅扫描方式，即轰击荧光屏的电子束在CRT屏幕上从左到右（受水平同步信号HSYNC控制）、从上到下（受垂直同步信号VSYNC控制）做有规律的移动。光栅扫描又分逐行扫描和隔行扫描。电子束采用光栅扫描方式，从屏幕左上角一点开始，向右逐点进行扫描，形成一条水平线；到达最右端后，又回到下一条水平线的左端，重复上面的过程；当电子束完成右下角一点的扫描后，形成一帧。此后，电子束又回到左上方起点，开始下一帧的扫描。这种方法也就是常说的逐行扫描显示。

Horizonal Timing

                      图2

A (us) Line Period

B (us) Sync pulse lenght 

C (us) Back porch

D (us) Active video time

E (us) Front porch

Vertical Timing

图3

O (ms) Frame Period

P (ms) Sync length

Q (ms) Back porch

R (ms) Active video time

S (ms) Front porch

Horizonal timing information 水平扫描时序

图4

Notes:

·                     Active area is actually an active area added with 6 overscan border pixels (in some other VGA timing tables those border pixels are included in back and front porch)

Vertical timing information   垂直扫描时序

图5

Notes:

·                     Active area is actually an active area added with 4 overscan border lines (in some other VGA timing tables those border lines are included in back and front porch)

·                     Note than when the active part of VGA page is widened, it passes by the rising edge of the vertical sync signal in some modes (marked with *)

根据上面的水平和垂直扫描时序可以分析显示800x600模式，FPGA系统时钟采用Spartan-3E Starter Kit板上的50MHz的有源晶振。为了显示器显示效果好，采用刷新频率为72Hz。

以下以系统时钟频率为50MHz，显示器显示800x600模式为例分析水平扫描和垂直扫描时序：系统时钟周期为1/50MHz=20ns

水平扫描Horizonal(Line)

A 水平（行）周期为1040个像素(Pix)，时间为1040x20ns=20.8us；

B 同步脉冲为120像素（Pix）；

C 后沿为61个像素(Pix)；

D 有效时间为806个像素(Pix)；

E 前沿为53个像素。

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////////// 水平扫描参数的设定

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////parameter LinePeriod =12'd1040;

parameter H_SyncPulse=10'd120;

parameter H_BackPorch=10'd61;

parameter H_ActivePix=10'd806;

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////////// 水平扫描计数

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always @ (posedge clk or negedge rst_n)

       if(!rst_n) x_cnt <= 1;

       else if(x_cnt == LinePeriod) x_cnt <= 1;

       else x_cnt <= x_cnt+ 1;

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////////// 水平扫描信号hsync产生

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always @ (posedge clk or negedge rst_n)

       if(!rst_n) hsync_r <= 1'b1;

       else if(x_cnt == 1) hsync_r <= 1'b0;   //产生hsync信号

       else if(x_cnt == H_SyncPulse) hsync_r <= 1'b1;

垂直扫描Vertical(Frame)

O 垂直扫描周期为666个行扫描，时间为666x1040x20ns=13853us；

P 同步脉冲为6个行扫描，时间为6x1040x20ns=125us；

Q 后沿为21个行扫描，时间为21x1040x20ns=436us；

R 有效时间为604个行扫描，时间为604x1040x20ns=12563us；

S 前沿为35个行扫描，时间为35x1040x20ns=728us。

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////////// 垂直扫描参数的设定

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parameter FramePeriod="10"'d666;

parameter V_SyncPulse=10'd6;

parameter V_BackPorch=10'd21;

parameter V_ActivePix=10'd604;

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////////// 垂直扫描计数

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always @ (posedge clk or negedge rst_n)

       if(!rst_n) y_cnt <= 1;

       else if(y_cnt == FramePeriod) y_cnt <= 1;

       else if(x_cnt == LinePeriod) y_cnt <= y_cnt+1;

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////////// 垂直扫描信号hsync产生

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always @ (posedge clk or negedge rst_n)

       if(!rst_n) vsync_r <= 1'b1;

       else if(y_cnt == 1) vsync_r <= 1'b0;    //产生vsync信号

       else if(y_cnt == V_SyncPulse) vsync_r <= 1'b1;

并不是每个像素都能显示的，只有在有效区域像素区域内才能显示RGB

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////////// 垂直扫描信号hsync产生

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wire valid;                 //有效显示区标志

assign valid =

(x_cnt >= (H_SyncPulse+H_BackPorch)) &&

(x_cnt < (H_SyncPulse+H_BackPorch+H_ActivePix)) &&

(y_cnt >= (V_SyncPulse+V_BackPorch)) &&

(y_cnt < (V_SyncPulse+V_BackPorch+V_ActivePix));

   下面是测量逐行扫描60HZ的电视盒的VGA时序波形:

图6水平—垂直同步信号

图7水平—垂直同步信号

             

图8 RED-BLUE颜色信号

图9水平同步-R颜色

图10颜色R-垂直同步

图11

初步整理的时序
行周期32us（频率31.3Hz）
行同步脉冲时间7us
场频率60Hz

参考资料

1）VGA Signal Generation with the XS Board

2）CPLD驱动VGA显示器

http://blog.21ic.com/user1/636/archives/2007/43935.html

（图1）

3）VGA timing information

http://www.epanorama.net/documents/pc/vga_timing.html

（图2、图3、图4、图5）

4）瑞芯科技设计示例RHic013： 使用FPGA控制VGA显示

5）VGA Controller,Altium

6) VGA接口时序波形