Xilinx FPGA设计与实践教程 教学课件 作者 赵吉成 第11 16章 第12章.ppt

　12.1 CRT显示器原理12.1.1 CRT显示的基本原理　　CRT显示的基本框图如图12-1所示，电子枪(阴极)产生会聚的电子束，穿过真空管后最终撞击到荧光屏上，在电子撞击在荧光屏的一刹那产生光。由于外部输入信号的电压不同，电子束的强度和撞击点的亮度就会不同，从而能够形成不同的颜色和亮度。在图12-1上用mono标识外部输入信号，mono信号是电压值范围在0～0.7 V的模拟信号。 图12-1 CRT显示器结构框图 　　显示器的扫描方式是由外部控制电路中的垂直偏转和水平偏转控制的电子束的运动方向决定的。在现代显示器中，一般电子束的运动是在一个固定的模式下，水平方向从左到右，垂直方向从上到下，按照如图12-2箭头所示的方向扫描的。 图12-2 CRT显示器扫描模式 12.1.2 视频显示基本术语　　1．像素与分辨率　　显示器上输出的所有信息，包括数值、文字、图表、动画等都是由电子束撞击荧光屏产生的光点(也就是像素)构成的。组成屏幕显示画面的最小单位是像素。像素之间的最小距离为点距(Pitch)，点距越小，像素密度越大，画面越清晰。显示器的点距有0.31 mm、0.28 mm、0.24 mm、0.22 mm等多种。　　分辨率是指整屏显示的像素多少，是衡量显示器的一个常用指标。它同屏幕尺寸以及点距密切相关，可用屏幕实际显示的尺寸与点距相除来近似求得。点距为0.28 mm的15英寸显示器，其分辨率最高为1024×768。 　　2．扫描频率　　电子束从屏幕的左上角一点开始，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。完成一行扫描所需的时间称为水平扫描时间，其倒数称为行频率(简称行频)；完成一帧(整个屏幕)扫描所需的时间称为垂直扫描时间，其倒数为垂直扫描频率，又称屏幕刷新率或场频。常见的屏幕刷新率有60 Hz、75 Hz等，标准VGA显示器的场频为60 Hz，行频为31.5 kHz。 　　3．显示带宽　　显示带宽即显示器可以处理的频率范围。如果是VGA方式，刷新率为60 Hz，则其带宽达640×480×60=18.4 MHz；如果是SVGA标准，刷新率为70 Hz，分辨率为1024?×?768，则其带宽为1024×768×70=55.1 MHz。 12.1.3 S3开发板上的VGA端口　　在VGA端口有5根信号线，包括水平同步信号(hsync)线、垂直同步信号(vsync)线以及三根视频信号线(R、G、B)。物理上采用标准的DB—15连接器连接显示器和开发板。视频信号属于模拟信号，所以视频控制器需要一个D/A转换器将数字信号转换成模拟电平。如果某个视频信号采用N位数字信号表示，那么可以转换成2N种电平，三根视频信号线可以产生23N种不同的颜色。在S3板子上，每位视频信号用1位数字信号表示，所以三根视频信号线总共可以产生8种颜色，如表12-1所示，虽然能够显示的颜色不多，但是对于我们理解VGA的时序原理以及显示简单的字符和图形是足够用的。 12.1.4 VGA视频控制器　　VGA显示控制器的设计实质上就是完成VGA显示的功能。　　(1) 在一定的工作频率下，产生正确的时序关系(工作时钟信号、水平同步信号(hsync)、垂直同步信号(vsync)、消隐信号之间的关系)；　　(2) 在正确的时序控制下读出视频数据输出信号，其简单的原理框图如图12-3所示，主要包含同步电路产生模块和像素产生电路。 　　VGA同步电路模块产生相关时序和同步信号。其核心电路为一个计数器，计数器的输出信号为pixel_x和pixel_y，反映了当前扫描像素的位置，而水平同步信号hsync和垂直同步信号vsync也是由内部计数器译码产生的，它们与VGA端口连接并控制显示器的水平和垂直扫描。VGA同步电路还产生video_on信号，控制是否使能显示，具体电路后面将详细介绍。　　像素产生电路主要产生RGB视频信号。视频信号色彩值根据当前像素坐标(pixel_x和pixel_y)以及外部控制和数据信号组成。这部分电路在后边的章节中会详细介绍。 图12-3 VGA视频控制器原理框图 　12.2 VGA同步电路　　VGA同步电路产生hsync信号和vsync信号，它们分别代表了电子束扫描一行和整个屏幕所需要的时间。下面以分辨率为640×480，显示带宽为25 MHz的VGA显示模式举例。　　CRT显示器通常包含有一圈黑边，属于消隐区，即不可视区域。如图12-4所示，中间矩形部分属于可视区。需要注意的是，通常我们定义屏幕的垂直坐标轴是从上至下的，也就是说屏幕坐标的左上角坐标