4.4 VGA 接口设计

4.4.1 VGA 接口设计部分一、实验目的

⑴ 学习 VGA 接口的工作原理和在显示器上显示某种特定图形的方法。

⑵ 掌握数字逻辑系统的设计方法。

⑶ 掌握 EDA 软件 Quartus Ⅱ的基本使用方法。

⑷ 掌握用 VHDL 语言设计复杂数字电路的方法。

二、实验原理

1．VGA 接口

VGA 彩色显示器(640×480/60Hz)显示过程中所必需的信号，除 R、G、B 三基色信号外，行同步

HS 和场同步 VS 也是非常重要的两个信号。在显示器显示过程中，HS 和 VS 的极性可正可负，显示器内可自动转换为正极性逻辑。

现以正极性为例，说明 CRT 的工作过程：R、G、B 为正极性信号，即高电平有效。当 VS=0，HS=0，

CRT 显示的内容为亮的过程，即正向扫描过程约为 26µS，当一行扫描完毕，行同步 HS=1，约需 6µS； 其间，CRT 扫描产生消隐，电子束回到 CRT 左边下一行的起始位置(X=0，Y=1)；当扫描完 480 行后，

CRT 的场同步 VS=1，产生场同步使扫描线回到 CRT 的第一行第一列(X=0，Y=0)处(约为两个行周期)，

HS 和 VS 的时序如图 4.3 所示。

图 4.3 HS 和 VS 时序图

在图 4.3 中，T1 为行同步消隐(约为 6µS)；T2 为行显示时间(约为 26µS)；T3 为场同步消隐(两行周期)；T4 为场显示时间(480 行周期)。

表 4.2 是是各种颜色的编码表。

表 4.2 颜色编码表

颜色	黑	黄	红	品红	绿	青	黄	白
R	0	0	0	0	1	1	1	1
G	0	0	1	1	0	0	1	1
B	0	1	0	1	0	1	0	1

2．VGA 接口驱动

TEC-8 实验系统中，对 VGA 接口的驱动如图 4.4 所示。

GND

74244 J2

VGA-R VGA-V VGA-G

VGA-B VGA-H

图 4.4 VGA 接口驱动电路

图 4.4 中，J2 是一个 15 芯的插座，与个人计算机 PC 上的显示器插座相同。VGA 接口的控制信号 VGA-R(红)、VGA-G(绿)、VGA-B(蓝)、VGA-H(行同步)、VGA-V(场同步)经 74244 驱动后通过 100 欧姆电阻送往插座 J2。

三、实验设备

序 号	名 称	数 量	备 注
1	个人计算机	1 台
2	TEC-8 实验系统	1 台
3	双踪示波器	1 台
4	万用表	1 只
5	PC 机显示器	1 台

四、实验任务

⑴在 VGA 接口显示器上显示出下列图形：横彩条、竖彩条、彩色方格和全屏同一彩色。其中横彩条要包括黑、黄、红、品红、绿、青、黄、白 8 种颜色，每种颜色彩条宽度基本相等。同样竖彩

条也要包括黑、黄、红、品红、绿、青、黄、白 8 种颜色，每种颜色彩条宽度基本相等。

⑵内部设置一个 2 位的模式计数器。当 CLR#为低电平时，模式计数器复位为 00，当 QD 的上升沿到来后，模式计数器加 1。当模式计数器为 00 时，显示横彩条；当模式计数器为 01 时，显示竖

彩条；当模式计数器为 10 时，显示彩色方格；当模式计数器为 11 时，显示同一种颜色。

四、实验提示

1．EPM7128 器件引脚信号

本实验中使用的信号对应的 EPM7128 引脚如下：

信号名	信号属性	引脚号	信 号 说 明
VGA-R	out	34	VGA 接口的红色信号
VGA-G	out	35	VGA 接口的绿色信号
VGA-B	out	36	VGA 接口的蓝色信号
VGA-H	out	37	VGA 接口的行同步信号
VGA-V	out	39	VGA 接口的场同步信号
MF	In	55	频率为 1MHz 的主时钟信号
QD	in	60	模式计数器时钟，按 QD 按钮后产生，高电平有效
CLR#	in	1	复位信号，按 CLR 按钮后产生，低电平有效

由于信号 MF、QD 的 EPM7128 引脚和实验台上的相应信号没有直接连接，因此在实验时首先要将扁平电缆的 34 芯端插到插座 J6 上，将扁平电缆的 6 芯端插到插座 J5 上。注意：扁平电缆进行插接或者拔出必须在关电源后进行。

2．主时钟 MF 的频率是 1MHz，因此很容易通过计数的办法产生 26µS 和 6µS 左右的时间长度。由于每台显示器参数上略有差别，实验时需要根据显示器的参数调整时间长度。

3．可以使用行同步脉冲作为行计数器的计数时钟。

4．把 26µS 时间段分为 8 个小时间段，在每个小时间段内向 VGA 接口输出一个固定的 VGA-R、VGA-G、VGA-B 值，就会在显示器上显示出希望的竖彩条。

5．将 480 行分为 8 部分，在每一部分向 VGA 接口输出一个固定的 VGA-R、VGA-G、VGA-B 值，就会在显示器上显示出希望的横彩条。

6．将竖彩条和横彩条异或，就能得到颜色方格。

7． 如果只进行演示性实验，则可以直接把 VGA 文件夹中的.sof 文件下载到 EPM7128 中进行。六、实验完成后，必须要将硬连线控制器重新装入 EPM7128 中。以备以后做其他实验使用。