基于CPLD-FPGA的VGA图像显示控制器研究(论文)

摘  要
可编程逻辑器件是一切通过软件手段更改，配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路。目前常用的可编程逻辑器件主要有简单的逻辑阵列（PAL/GAL）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程逻辑阵列（FPGA）等3大类。我们现在用FPGA来实现VGA图像显示控制器。这在产品开发设计中有许多实际应用。但是计算机显示器的显示有许多标准,常见的有VGA、SVGA等。一般这些显示控制都用专用的显示控制器(如6845) 。(优秀毕业设计网 www.2bysj.cn 优秀毕业设计网 www.papersay.com)
本文首先对图像的显示原理和VGA显示器的控制方法做了清晰的阐述，然后在此基础上使用FPGA设计了VGA图像的显示控制，并实现了彩条信号和汉字在CRT显示器（用于计算机）上的显示。实现了背景的变化,调用LPM模块在FPGA内部生成ROM区域，存放汉字的字模信息；同时用函数LPM_ROM对最大字的显示也做了研究；最后焊制了实验电路板，完成了显示控制器的制作。

关键词: VGA显示控制； 可编程逻辑门阵列； 彩条； 硬件描述语言

ABSTRACT
Programmable logic device is a kind of digital IC whose inner part structure and logic unit are readjusted all by software means to implement the function designed before. Presently, three kinds of programmable logic device used frequently are PAL/GAL, CPLD and FPGA. We use FPGA to make VGA image display controller. And this is practical in design of some products. But there are many standards of the display used for computer, such as VGA, SVGA. Commonly, they are controlled by special display controller, such as 6845.
Firstly, this page expatiates clearly on the display theory of images and means to control the VGA display. Then on the basis, it designs the display controlling of VGA image based on FPGA, and implements display of color strip signals and Chinese characters on the CRT display which is used for computer. It implements changing of background, and use LPM to build a ROM region for storing character module information. It studies the word’s maximum style by using LPM-ROM. In the end, I solder the circuit board and complete making the display controller.

Keywords:  VGA display control;  FPGA;  color strip;  HDL

前  言
目前，FPGA/CPLD能实现任何数字器件的功能，上至高性能的微处理器，下至简单的74电路。而且现在FPGA/CPLD支持的接口、标准越来越多，可直接利用的IP核与高性能的基本模块覆盖到各个专业领域。EDA越来越重要，而且EDA软件易学易用，逐渐成为当代系统设计与硬件设计的首选方式之一。
为了更好的学习和掌握EDA，同时为以后的图像的学习，选择了CPLD/FPGA的图像显示控制器研究。
该设计的难点就是先将图像存储在存储器中，然后根据图像的存储地址将图像的信息读取出来，然后根据VGA显示器的显示原理来显示图像。为了可以显示多幅图和多种变化的图，设计中必须加入对图像的显示控制部分。(优秀毕业设计网 www.2bysj.cn) (优秀毕业设计网 www.papersay.com)
上述即为本设计主要的工作内容。

结   论
在设计中，重要的是对图像以及VGA显示器的显示原理有了很好的了解。在对此学习和理解的基础上，设计了VGA图像显示与控制的程序。这个过程中首先思考和分析了具体的输出信息和实现的方法，做了比较宏观的设计。然后用VHDL 语言来实现自己的想法，最开始本计划显示输出时钟，但由于片内存储空间有限以及显示器用的是CRT，导致频率不匹配等原因，使得时钟无法实现。鉴于上次经验，考虑选择输出比较简单的图像，并且让存储的图像信息静态显示。最终选择了显示文字和彩条。其中，文字是存储在ROM中，调用函数实现。而彩条的实现则直接写在程序中。

目    录
前  言 1
第一章   FPGA/CPLD 简介 2
第一节  可编程逻辑设计技术与结构简介 2
一、可编程逻辑设计技术简介 2
二、FPGA/CPLD的基本结构 3
第二节  FPGA/CPLD的设计方法和HDL特征 6
一、FPGA/CPLD的设计流程 6
二、硬件描述语言特点 8
第三节  CPLD/FPGA基本工具 8
第四节  优秀FPGA设计的重要特征 9
第二章  VGA显示原理 10
第一节  显示器的基本知识 10
一﹑显示器的分类 10
二﹑发展趋势 12
第二节  VGA显示器显示原理 12
第三章  VGA显示控制设计 15
第一节  设计方案选择 15
第二节  程序的设计 15
一、程序的设计组成框图 15
二、设计思路 16
三、各模块的原理详解 16
第三节  芯片选择和管脚分配 21
第四节  仿真调试 22
第五节  编程与配置和芯片下载 23
一、Alter公司FPGA配置方式 23
二、编程与配置 23
三、芯片下载 24
第六节  功能调试与设计结果 24
结   论 26
致   谢 27
参考文献 28
附录一：程序清单 29
附录二：第一幅图 “毕设”.mif的文件代码 41
附录三：第二幅图 “毕业设计”.mif的文件代码 42
附录四：设计顶层文件.gdf图 43