哈尔滨理工大学 电技 FPGA课程设计.docx
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哈尔滨理工大学电技FPGA课程设计
HarbinUniversityOfScienceAndTechnology
课程设计报告
VGA图像显示控制电路设计
学校:
哈尔滨理工大学
学院:
自动化学院
专业:
电子信息科学与技术
班级:
姓名:
学号:
日期:
2014.12.17
1绪论……………………………………………………..1
2设计要求、目的及方案论证…………………………..1
2.1设计要求…………………………………………1
2.2设计目的…………………………………………1
2.3设计方案…………………………………………1
3系统设计………………………………………………..2
3.1设计原理…………………………………………2
3.2程序设计…………………………………………4
4程序结果截图…………………………………………..7
5课程设计心得…………………………………………..8
参考文献………………………………………………….8
1.绪论
本设计采用EDA技术,通过CPLD芯片实现了实现VGA图像显示的设计,本文采用Verilog硬件描述语言描述VGA图像显示电路,完成对电路的功能仿真。
通过屏幕直接将图像的显示出来。
与传统的设计方式相比,本设计由于采用了CPLD芯片来实现,它将大量的电路功能集成到一个芯片中,并且可以由用户自行设计逻辑功能,提高了系统的集成度和可靠性。
2设计要求、目的及方案论证
2.1课程设计要求
小组2名成员进行学习和讨论,来设计一个VHDL/Verilog程序来实现以下功能:
1.利用FPGA实现VGA图像显示器
2.通过屏幕将其显示
4.选用GW48-PK2系统,编写程序在FPGA上实现并加以验证.
2.2课程设计目的
1、熟悉VGA显示器的实现原理
2、加深对VHDL语言的设计编程和设计语言规则的应用
3、熟悉集成电路设计的流程,学习使用EDA集成电路设计软件QuartusII进行模拟综合,然后在FPGA上实现。
2.3设计方案
CPLD是整个系统的核心,通过对其编程可输出RGB三基色信号和HS、VS行场扫描同步信号。
当CPLD接受单片机输出的控制信号后,内部的数据选择器模块根据控制信号选通相应的图像生成模块,输出图像信号,与行场扫描时序信号一起通过15针D型接口电路送入VGA显示器,在VGA显示器上便可以看到对应的图像。
CPLD所需的工作时钟由外部高精度有源晶振提供,系统原理框图如下图:
3系统设计
此系统设计分主要由,二分频模块,地址译码器模块,VGA显示控制模块及图像数据ROM来实现对图像的显示。
计数器模块设计简单,用计数器计数来控制,以实现某一个区域显示相应的颜色。
具体以VGA显示模块和图像数据ROM为例进行详细分析与操作。
4VGA显示控制模块
VGA显示控制模块主要通过VGA时序产生640*480显示范围,并控制和消隐范围以及产生水平同步时序信号hs和垂直同步时序信号vs的值。
一个独立的计数器产生垂直时序信号。
垂直同步计数器在每个HS脉冲信号来临时自动加1,译码值产生VS信号。
计数器产生当前显示行。
这两个计数器从地址到显示缓冲器连续计数。
首先启动QUARTUSⅡ软件,新建vga640480显示扫描模块工程文件,单击完成按钮,创建好了设计工程,选择【FILE】>【NEW】菜单,选择【VHDLFile】,单击【OK】建立一个新的文本设计文件,命名为vga640480.vhd。
随即进行程序代码的输入。
在【File】菜单中点选【Saveas】存盘并保证该文件添加到了工程中,文件名为默认的即可。
至此,vga640480显示扫描模块文件建立完成。
在【File】菜单中点选【GreeUpdate】/【GreateSymbolFileForCunrentFile】对vga640480文本文件进行封装得出原理图模块如图4.1-5所示:
图4.1-5vga640480显示扫描模块
通过以上步骤,便完成了vga640480显示扫描模块的设计工作,即系统底成模块完成。
4.2imgrom(图像数据ROM)
4.2.1图像原理
本设计采用型号为28C040的4MEEPROM外部存储器,可以在单片内存储整屏图像,但考虑到存储空间的大小,本设计仅采用每个像素的颜色位深为3位,共可显示8种颜色的图像。
要把一幅图像的数据写入ROM,先将BMP格式文件转化成mif格式文件,再经过QuartusII直接将mif文件转化为Hex文件,最终将图像数据烧写入ROM中。
4.2.2具体实现步骤
通过Image2lcd对本设计采用的图片进行数据采集,转换成BMP格式的文图文件
将BMP格式文件转换成MIF文件,再经过QuartusII直接将mif文件转化为Hex文件,然后开始利用MegalWizardPlugManager定制图形数据ROM宏功能块,并将图形数据加载与此ROM中,设计步骤如下。
在原有的工程项目中创建新的工程imggrom文件,选择【FILE】>【NEW】菜单,选择【BLOCKDiagarm/SchemrticFile】,单击【OK】建立一个新的原理图设计文件,命名为imgrom.bdf。
在新建的原理图编辑窗口双击,产生元件查找对话框,找出lpm_rom元件,点击【ok】,弹出LPM宏功能设定窗口,
选择ROM控制线,地址线和数据线。
在对话框中选择地址线位宽和ROM数据线分别为3和4096,选择的地址锁存控制信号inclock。
单击NEXT按钮,在选择系统默认的Auto。
点击【Browse】,找出以生产的HEX文件的位置并添加。
至此,LPM-Rom设计完成,产生imgrom(图像数据Rom)模块器件,以供系统顶层调用
图4.2.2-7imgrom(图像数据ROM)
3.2程序设计
显示扫描模块代码
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.std_logic_1164.all;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entityvga640480is
port(clk:
inSTD_LOGIC;
hs,vs,r,g,b:
outSTD_logic;
rgbin:
instd_logic_vector(2downto0);
hcntout,vcntout:
outSTD_logic_vector(9downto0));
endvga640480;
architectureONEofvga640480is
signalhcnt,vcnt:
STD_logic_vector(9downto0);
begin
hcntout<=hcnt;
vcntout<=vcnt;
process(clk)
begin
if(rising_edge(clk))
then
if(hcnt=640+8)
then
if(vcnt<525)thenvcnt<=vcnt+1;
elsevcnt<=(others=>'0');
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process(clk)
begin
if(rising_edge(clk))
then
if((hcnt>=640+8+8)and(hcnt<640+8+8+96))thenhs<='0';
elsehs<='1';
endif;
endif;
endprocess;
process(clk)begin
if((vcnt>=4800+8+2)and(vcnt<480+8+2+2))thenvs<='0';
elsevs<='1';
endif;
endprocess;
process(clk)begin
if(rising_edge(clk))then
if(hcnt<640andvcnt<480)then
r<=rgbin
(2);g<=rgbin
(1);b<=rgbin(0);
elser<='0';g<='0';b<='0';
endif;
endif;
endprocess;
endONE;
管脚
管脚名
管脚号
管脚名
管脚号
R
PIN160
B
PIN158
G
PIN159
VS
PIN141
HS
PIN156
clock
PIN154
4、程序结果截图
5、课程设计心得
本实验在编程技术的基础上,根据VGA原理,运用VHDL描述语言实现了VGA控制设计的方案。
在设计的过程中,遇到了很多问题,在设计之初通过查找大量资料,对VGA的原理有了初步的认识,但是在进行行列时序信号的计算时还是有一定的不理解。
在指导老师的帮助下,了解了信号的产生。
通过老师的指点和自学,我也分析出了本设计存在的不足。
实验中我进一步熟悉了数字系统VHDL设计和仿真的流程,加深了对QuartusII软件的使用的理解。
通过设计时序控制电路,和彩条产生电路,我更深入地理解了FPGA技术,即通过软件编程的方法来实现硬件时序和组合电路。
同时通过本次设计,我知道光靠在课堂上所学的知识,我们无法真正的将所学的各个科目的知识融会贯通,应当学以致用,对我们学生来说,理论与实际同样重要,这是我们以后在工作中证明自己能力的一个重要标准。
通过了这次设计,我能更好的理解书本知识,相信也能够更好的运用他它。
在以后的学习和工作中,我们还会遇到许多类似的设计,但有了这次的经验,我相信我会尽自己的力做得更好!
参考文献
1、潘松、黄继业EDA技术实用教程(第三版)科学出版社2006
2、杨宝清.实用电路手册.北京.机械工业出版社.2002
3、侯佰亨,顾新编著.VHDL硬件描述语言与实际应用[M].西安.西安电子科社.2000
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