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1、xx大学学士学位论文基于FPFA的VGA显示控制器设计摘要目前，数码产品逐渐进入了人们生活的每一个领域，而此类产品大多都带有显示屏，可见对显示屏的控制电路进行研究具有很大的市场需求。VGA作为一种标准的显示接口得到了广泛的应用，同时基于VGA技术的显示控制器也拥有广泛的使用领域。本文所设计的VGA控制器就是通过利用超大规模可编程逻辑器件FPGA和Altera公司开发的EDA设计软件Quartus II 8.0，并采用自顶向下的VHDL设计方法，将该控制器分成用VHDL语言进行描述的五个子模块来实现的。在Quartus II 8.0软件平台上，完成了对该控制器的设计输入、综合、仿真和下载。在实验
2、开发板上，也进行了硬件调试。调试结果表明，设计的VGA控制器能够正确地输出RGB颜色信号和时序控制信号，可以显示符合VGA工业标准的测试彩条信号，内置ROM信息,实时RAM信息，还能够分屏显示三路RGB图像信息，并在这几种模式之间灵活切换和通断。它工作稳定，达到了设计要求。本设计利用了不同于以往传统的电子设计方法，具有修改灵活，高移植性，维护简单，可靠性好等优点。大大地缩短了设计周期，降低了生产成本。关键词现场可编程门阵列；硬件描述语言；视频图像阵列The VGA Display Controller Design Based on FPFAAbstractThe currently, the
3、 digital products which most of them have a display screen entered in every area of peoples lives gradually, so we can see the great market demand of the study on the control circuit .As a standard display interface has been widely used, the VGA display controller based on this VGA norm also has a b
4、road field of use at the same time.In this paper, designed through the use of ultra-large-scale programmable logic device-FPGA and Altera developed EDA design software Quartus II of version 8.0, and the VHDL top-down design methodology,the VGA controller was divided into five sub-modules which descr
5、ibed with VHDL language. It has finished the design of the controller input, integrated, simulation, and download on Quartus II 8.0 software platform,and it has carried out hardware debugging on the experimental development board. The results from debugging showed that the design of the VGA controll
6、er can output the color signals of RGB and the control signals correctly. It can show the images that compliance with industry standard of VGA ,such as the color bar test signal, a built-ROM image, and a real-time RAM image, but also to show the three-way RGB image information on one screen separate
7、ly,and it can make a choice between these types of models and control the output connect or disconnector.It work Stable and achieve the design requirements.With the advantage of easily change, high portability, easy maintenance, good reliability,this design is different from the traditional method o
8、f electronic design.It greatly short the design cycle and reduce the production costs.KeywordsFPGA；VHDL；VGA不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- I -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外文献综述11.2.1 显示技术的发展史11.2.2 各种显示器的显示原理21.2.3 显示标准的发展41.2.4 VGA概述及其接口51.3 论文研究内容7第2章 VGA显示控制的相关理论82.1 VGA显示控制82.1.1 VGA显示控制方式82.1.2 颜色模
9、型102.1.3 分屏显示技术122.1.4 矩阵切换技术122.2 实现工具简介122.2.1 基于VHDL的自顶向下设计方法122.2.2 QuartusII软件简介142.2.3 VHDL语言简介162.2.4 FPGA简介162.3 本章小结18第3章 VGA显示控制器的VHDL设计193.1 显示控制器的整体设计193.1.1 系统整体设计思想193.1.2 系统的功能模块划分193.1.3 各个模块的分别实现203.1.4 系统的整体硬件设计203.2 系统各个功能模块的设计213.2.1 PLL锁相环设计213.2.2 彩条信号发生器设计233.2.3 ROM信息读取显示控制器设
10、计263.2.4 实时RAM信息读取显示控制器设计293.2.5 多路RGB图像信号分屏显示控制器设计303.2.6 4路VGA图像信号矩阵切换控制器设计323.3 本章小结35第4章 基于FPGA的VGA显示控制器实现364.1 顶层原理图设计输入364.2 编译综合374.3 整体仿真384.4 引脚锁定和下载384.5 调试结果394.6 本章小结42结论43致谢44参考文献45附录A46附录B50附录C53千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课
11、题背景研究表明人的各种感觉器官从外界获得的信息中视觉占60%，听觉占20%，触觉占15%，味觉占3%，嗅觉占2%，近2/3的信息是通过眼睛获得的，从而图像显示成为传递信息最重要的方式，由此也就促进人们对显示以及控制技术的研究开发。随着半导体技术、材料技术、微电子技术和加工工艺的发展，基于乘积项结构的CPLD以及基于查找表法的FPGA等超大规模可编程逻辑器件的产生。它们的功能强大，逻辑资源丰富，编程方式简单先进，高速度，高可靠性，使用方便，开发简洁，维护简单，易学易用，开发周期和上市时间短以及节约开发成本等众多特点。与此同时，EDA(Electronic Design Automation)技术
12、，即电子设计自动化技术也取得飞速发展。它依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的设计。这使得该技术成为了现代电子技术设计的核心。它与这些超大规模可编程逻辑器件相结合，更是具备了开发SOPC(可编程片上系统)的实力，极大地改变了传统的ASIC等电子设计
13、方法。未来的电子设计更是在朝着这个方向发展。目前，连接计算机与显示设备的主要接口是VGA接口，而且在较短的一段时间内VGA接口仍然会有很大的使用价值。国内的现实设备绝大多数仍然是VGA显示类型的显示器，只有在诸如笔记本、数码相机等数码便携产品或者其他有特殊要求或更高端的产品中应用LCD等先进的显示设备来作为主要显示，但是为了跟其它的显示设备兼容互联，它也带有VGA接口；不仅如此在等离子电视、DVD、数字机顶盒等设备中都带有VGA接口。同时，基于VGA技术的数码产品也逐渐进入到人们的生活中，例如手机、MP4等产品，这些产品中的显示屏都是利用VGA控制方式进行显示的。可以见得，对VGA控制器的研究
14、仍有着广泛的市场需求1。1.2 国内外文献综述1.2.1 显示技术的发展史1897年德国K.F.布劳恩发明阴极射线管，用于测量仪器上显示快速变化的电信号。后来经过显示材料及显示技术的发展，实现了从最简单的图象显示单元（即黑白两色或明暗两个状态点的集合），进一步发展到明暗程度可调，具有灰度等级的黑白显示，甚至引进红蓝绿三基色颜色模型，实现了彩色显示2。到20世纪50年代，电视技术的发展成为显示技术发展的重要基础。显示设备和显示软件构成了现代显示技术的基础。显示设备分为电子束管型、平板型和投影型。显示处理器是显示设备的重要部件，功能是对各种数据信息进行控制、处理等操作。键盘、光笔、图形板等输入装置
15、提供了人机交互的工具。显示软件是在计算机系统软件的基础上编制而成的。交互式显示设备的交互能力由图形软件实现。在医疗、工程设计、办公自动化等方面显示软件得到广泛应用。电子束管显示器件在显示技术中居主要地位，但各种平板显示器件（即矩阵显示）将得到迅速发展。计算机显示技术的发展也将推动显示软件的发展。到目前为止，从CRT到LCD、PDP、LED、OELD、FED及FPD等各种显示技术以及显示控制技术都在不断发展，不断完善，呈现出百花齐放，百家争鸣的景象。每种显示技术都有其存在的优势，具有自己的市场定位和应用领域。1.2.2 各种显示器的显示原理通过对不同的物理特性的技术应用，产生了不同显示原理的显示器。这也就促进了显示控制技术的发展，拓宽了显示应用领域，这些显示器各有优点，适用于不同的领域，下面将分别介绍这些显示器及其显示原理：1.CRT显示器的的显示原理CRT显示器的主体就是CRT显像管，CRT显像管是一种真空电子管，利用电子束轰击荧光屏来工作。所以CRT必然包含三大部件：发射电子并将它们会聚成细束的电子枪、使电子束在荧光屏上扫描的偏转系统、根据电子束能量强弱而发出不同亮度光的荧光屏。在电子枪中，阴极的圆筒内装有灯丝，用来加热阴极，阴极受热后便能发射电子；控制极，又称栅极，
