VGA显示原理与VGA时序实现VGAVideoGraphicsArray是IBM在.PDF

VGA 显示原理与VGA 时序实现 VGA(Video Graphics Array)是IBM 在1987 年随PS ／2 机一起推 出的一种视频传输标准，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等 优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。目前VGA 技术的应用 还主要基于VGA 显示卡的计算机、笔记本等设备，而在一些既要求 显示彩色高分辨率图像又没有必要使用计算机的设备上，VGA 技术 的应用却很少见到。本文对嵌入式VGA 显示的实现方法进行了研 究。基于这种设计方法的嵌入式VGA 显示系统，可以在不使用VGA 显示卡和计算机的情况下，实现VGA 图像的显示和控制。系统具有 成本低、结构简单、应用灵活的优点，可广泛应用于超市、车站、 飞机场等公共场所的广告宣传和提示信息显示，也可应用于工厂车 间生产过程中的操作信息显示，还能以多媒体形式应用于口常生活。 1 显示原理与VGA 时序实现 通用VGA 显示卡系统主要由控制电路、显示缓存区和视频 BIOS 程序三个部分组成。控制电路如图 1 所示。控制电路主要完成 时序发生、显示缓冲区数据操作、主时钟选择和 D ／A 转换等功能； 显示缓冲区提供显示数据缓存空间；视频BIOS 作为控制程序固化在 显示卡的 ROM 中。 1.1 VGA 时序分析 通过对VGA 显示卡基本工作原理的分析可知，要实现VGA 显 示就要解决数据来源、数据存储、时序实现等问题，其中关键还是 如何实现VGA 时序。VGA 的标准参考显示时序如图2 所示。行时 序和帧时序都需要产生同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)、 显示时序段(Display interval c)和显示前沿(Front porch d) 四个部分。 几种常用模式的时序参数如表1 所示。 1.2 VGA 时序实现 首先，根据刷新频率确定主时钟频率，然后由主时钟频率和图 像分辨率计算出行总周期数，再把表1 中给出的a、b 、c、d 各时序 段的时间按照主计数脉冲源频率折算成时钟周期数。在CPLD 中利 用计数器和RS 触发器，以计算出的各时序段时钟周期数为基准，产 生不同宽度和周期的脉冲信号，再利用它们的逻辑组合构成图2 中 的a、b 、c、d 各时序段以及D ／A 转换器的空白信号BLANK 和同 步信号SYNC。 1.3 读SRAM 地址的产生方法 主时钟作为像素点计数脉冲信号，同时提供显存SRAM 的读信 号和D ／A 转换时钟，它所驱动的计数器的输出端作为读SRAM 的 低位地址。行同步信号作为行数计数脉冲信号，它所驱动的计数器 的输出端作为读SRAM 的高位地址。由于采用两片SRAM，所以最 高位地址作为SRAM 的片选使用。由于信号经过CPLD 内部逻辑器 件时存在一定的时间延迟，在CPLD 产生地址和读信号读取数据时， 读信号、地址信号和数据信号不能满足SRAM 读数据的时序要求。 可以利用硬件电路对读信号进行一定的时序调整，使各信号之间能 够满足读SRAM 和为DAC 输入数据的时序要求。 1.4 数据宽度和格式 如果VGA 显示真彩色BMP 图像，则需要R 、G、B 三个分量各 8 位，即24 位表示一个像素值，很多情况下还采用32 位表示一个像 素值。为了节省显存的存储空间，可采用高彩色图像，即每个像素 值由16 位表示，R 、G、B 三个分量分别使用5 位、6 位、5 位，比 真彩色图像数据量减少一半，同时又能满足显示效果。 2 功能单元设计 实现VGA 显示，除了实现时序控制，还必须有其他功能单元的 支持才能实现完整的图像显示。 (1) 控制器：VGA 显示有多种模式，需要通过控制器实现模式 间切换，还需要对显示的内容进行接收、处理和显示。所以控制器 的性能越高，数据更新和显示效果就越好。 (2) 显示数据缓存区：VGA 显示要求显存速度快、容量大。读 速度要达到65MHz 以卜，存储容量至少要2MB 。可采用高速SRAM 或SDRAM 作为显示数据缓存。 (3) 数模转换器DAC ：VGA 显示对数模转换DAC 有如下要求： 一是高速转换，转换的速度应该在80MHz 或以上；二是刚步性好， 能保证 R 、G、B 三路信号的同步性；三是有相应的精度。可选择一 种包括3 路8 位高速D ／A 的专用视频芯片。 (4) 数据源及其接口：要提高VGA 显示的效率，就要不断更新 数据，同时还要保证实时性，因此需要非