2.11 VGA顯示圆(yuán)

本(běn)节(jié)的(de)文(wén)檔編号(hào)：001700000022

需要(yào)看(kàn)对(duì)應(yìng)的(de)視頻，請點(diǎn)擊視頻編号(hào)：001700000443

1、至(zhì)簡原理與(yǔ)應(yìng)用(yòng)配套(tào)的(de)案(àn)例和(hé)PPT講解(jiě)
2、本(běn)設計(jì)需要(yào)通(tòng)过(guò)VGA連(lián)接線(xiàn)将顯示器和(hé)開(kāi)發(fà)板進(jìn)行連(lián)接，FPGA在(zài)連(lián)接成(chéng)功後(hòu)産生(shēng)640*480分(fēn)辨率，刷新頻率为(wèi)60Hz的(de)VGA时(shí)序，使得顯示器産生(shēng)图(tú)像其中(zhōng)图(tú)像中(zhōng)間(jiān)有(yǒu)一(yī)个(gè)直(zhí)徑为(wèi)100像素的(de)圆(yuán)。圆(yuán)內(nèi)顯示顔色(sè)为(wèi)綠(lǜ)色(sè)，圆(yuán)外(wài)顯示顔色(sè)是(shì)白色(sè)。步驟性(xìng)教学；

3、这(zhè)是(shì)Altera和(hé)Xilinx入(rù)門(mén)学習案(àn)例文(wén)檔

1項目背景

在(zài)一(yī)个(gè)平面(miàn)內(nèi)，一(yī)動(dòng)點(diǎn)以(yǐ)一(yī)定(dìng)點(diǎn)为(wèi)中(zhōng)心(xīn)，以(yǐ)一(yī)定(dìng)长度(dù)为(wèi)距離旋轉(zhuǎn)一(yī)周所(suǒ)形成(chéng)的(de)封(fēng)閉曲(qū)線(xiàn)叫做圆(yuán)。圆(yuán)有(yǒu)无數个(gè)點(diǎn)。

在(zài)同(tóng)一(yī)平面(miàn)內(nèi)，到(dào)定(dìng)點(diǎn)的(de)距離等于(yú)定(dìng)长的(de)點(diǎn)的(de)集合叫做圆(yuán)。圆(yuán)可(kě)以(yǐ)表(biǎo)示为(wèi)集合{M||MO|=r},圆(yuán)的(de)标(biāo)準方(fāng)程是(shì)(x - a)2+ (y - b)2= r2。其中(zhōng)，o是(shì)圆(yuán)心(xīn)，r是(shì)半徑。

图(tú)399

在(zài)平面(miàn)直(zhí)角(jiǎo)坐标(biāo)系(xì)中(zhōng)，以(yǐ)點(diǎn)O（a，b）为(wèi)圆(yuán)心(xīn)，以(yǐ)r为(wèi)半徑的(de)圆(yuán)的(de)标(biāo)準方(fāng)程是(shì)（x-a）2+（y-b）2=r2。

特(tè)别地(dì)，以(yǐ)原點(diǎn)为(wèi)圆(yuán)心(xīn)，半徑为(wèi)r（r>0）的(de)圆(yuán)的(de)标(biāo)準方(fāng)程为(wèi)x2+y2=r2。

2設計(jì)目标(biāo)

通(tòng)过(guò)VGA連(lián)接線(xiàn)，将顯示器和(hé)教学板的(de)VGA接口(kǒu)相連(lián)。連(lián)接示意(yì)图(tú)如(rú)下(xià)。

图(tú)400

然後(hòu)FPGA産生(shēng)640*480分(fēn)辨率（使用(yòng)上(shàng)表(biǎo)中(zhōng)的(de)第(dì)一(yī)種(zhǒng)分(fēn)辨率），讓顯示器産生(shēng)顯示一(yī)幅图(tú)像。提(tí)示：顯示器一(yī)般都会(huì)自(zì)适應(yìng)功能(néng)，无須設置就(jiù)能(néng)識别不(bù)同(tóng)分(fēn)辨率的(de)图(tú)像。

图(tú)像的(de)內(nèi)容是(shì)：在(zài)屏幕的(de)中(zhōng)央顯示一(yī)个(gè)直(zhí)徑为(wèi)100个(gè)像素的(de)圆(yuán)，圆(yuán)內(nèi)的(de)顔色(sè)为(wèi)綠(lǜ)色(sè)，圆(yuán)外(wài)的(de)顔色(sè)是(shì)白色(sè)，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。

图(tú)401

上(shàng)板效果(guǒ)图(tú)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示（顯示器不(bù)同(tóng)，顯示效果(guǒ)也(yě)会(huì)有(yǒu)差别，請注意(yì)）。

图(tú)402

3設計(jì)实現(xiàn)

3.1頂层接口(kǒu)

新建目录(lù)：D:mdy_bookga_exec1。在(zài)該目录(lù)中(zhōng)，新建一(yī)个(gè)名为(wèi)vga_exec1.v的(de)文(wén)件(jiàn)，并用(yòng)GVIM打(dǎ)開(kāi)，開(kāi)始編写代(dài)碼。

我(wǒ)们(men)要(yào)实現(xiàn)的(de)功能(néng)，概括起来(lái)就(jiù)是(shì)FPGA産生(shēng)VGA时(shí)序，即控制VGA_R4~R0、VGA_G5~G0、VGA_B4~B0、VGA_HSYNC和(hé)VGA_VSYNC，讓顯示器顯示紅(hóng)色(sè)。其中(zhōng)，VGA_HSYNC和(hé)VGA_VSYNC，FPGA可(kě)根(gēn)據(jù)时(shí)序産生(shēng)高(gāo)低電(diàn)平。而(ér)顔色(sè)數據(jù)，由(yóu)于(yú)是(shì)固定(dìng)的(de)紅(hóng)色(sè)，FPGA也(yě)能(néng)自(zì)己産生(shēng)，不(bù)需要(yào)外(wài)部(bù)輸入(rù)图(tú)像的(de)數據(jù)。那(nà)麼(me)我(wǒ)们(men)的(de)FPGA工程，可(kě)以(yǐ)定(dìng)義輸出(chū)信(xìn)号(hào)hys表(biǎo)示行同(tóng)步，用(yòng)輸出(chū)信(xìn)号(hào)vys表(biǎo)示场同(tóng)步，定(dìng)義一(yī)个(gè)16位的(de)信(xìn)号(hào)lcd_rgb，其中(zhōng)lcd_rgb[15:11]表(biǎo)示VGA_R4~0，、lcd_rgb[10:5]表(biǎo)示VGA_G5~0，、lcd_rgb[4:0]表(biǎo)示VGA_B4~0。

我(wǒ)们(men)還(huán)需要(yào)时(shí)鐘(zhōng)信(xìn)号(hào)和(hé)複位信(xìn)号(hào)来(lái)進(jìn)行工程控制。

綜上(shàng)所(suǒ)述，我(wǒ)们(men)这(zhè)个(gè)工程需要(yào)五(wǔ)个(gè)信(xìn)号(hào)，时(shí)鐘(zhōng)clk，複位rst_n，场同(tóng)步信(xìn)号(hào)vys、行同(tóng)步信(xìn)号(hào)hys和(hé)RGB輸出(chū)信(xìn)号(hào)lcd_rgb。

将module的(de)名稱定(dìng)義为(wèi)vga_exec1。并且我(wǒ)们(men)已經(jīng)知道(dào)該模块(kuài)有(yǒu)五(wǔ)个(gè)信(xìn)号(hào)：clk、rst_n、lcd_hs、lcd_vs和(hé)lcd_rgb。为(wèi)此(cǐ)，代(dài)碼如(rú)下(xià)：

其中(zhōng)clk、rst_n是(shì)輸入(rù)信(xìn)号(hào)，lcd_hs、lcd_vs和(hé)lcd_rgb是(shì)輸出(chū)信(xìn)号(hào)，其中(zhōng)clk、rst_n、lcd_hs、lcd_vs的(de)值是(shì)0或(huò)者(zhě)1，一(yī)根(gēn)線(xiàn)即可(kě)，lcd_rgb为(wèi)16位位宽(kuān)的(de)，根(gēn)據(jù)这(zhè)些信(xìn)息，我(wǒ)们(men)補充輸入(rù)輸出(chū)端口(kǒu)定(dìng)義。代(dài)碼如(rú)下(xià)：

3.2架構設計(jì)

需要(yào)注意(yì)的(de)是(shì)，輸入(rù)進(jìn)来(lái)的(de)时(shí)鐘(zhōng)clk是(shì)50MHz，而(ér)從分(fēn)辨率參數表(biǎo)可(kě)知道(dào)，行單位的(de)基準时(shí)鐘(zhōng)是(shì)25 MHz。为(wèi)此(cǐ)我(wǒ)们(men)需要(yào)根(gēn)據(jù)50MHz来(lái)産生(shēng)一(yī)个(gè)25 MHz的(de)时(shí)鐘(zhōng)，然後(hòu)再用(yòng)于(yú)産生(shēng)VGA时(shí)序。

为(wèi)了(le)得到(dào)这(zhè)个(gè)25M时(shí)鐘(zhōng)，我(wǒ)们(men)需要(yào)一(yī)个(gè)PLL。PLL可(kě)以(yǐ)認为(wèi)是(shì)FPGA內(nèi)的(de)一(yī)个(gè)硬(yìng)核，它(tā)的(de)功能(néng)是(shì)根(gēn)據(jù)輸入(rù)的(de)时(shí)鐘(zhōng)，産生(shēng)一(yī)个(gè)或(huò)多(duō)个(gè)倍頻和(hé)分(fēn)頻後(hòu)的(de)輸出(chū)时(shí)鐘(zhōng)，同(tóng)时(shí)可(kě)以(yǐ)調整这(zhè)些輸出(chū)时(shí)鐘(zhōng)的(de)相位、占空比等。

例如(rú)，輸入(rù)進(jìn)来(lái)是(shì)50M时(shí)鐘(zhōng)，如(rú)果(guǒ)我(wǒ)需要(yào)一(yī)个(gè)100M时(shí)鐘(zhōng)，那(nà)麼(me)從邏輯上(shàng)、代(dài)碼上(shàng)是(shì)不(bù)可(kě)能(néng)産生(shēng)的(de)，我(wǒ)们(men)就(jiù)必須用(yòng)到(dào)PLL来(lái)産生(shēng)了(le)。

整个(gè)工程的(de)結構图(tú)如(rú)下(xià)。

图(tú)403

PLL的(de)生(shēng)成(chéng)方(fāng)式过(guò)程，請看(kàn)本(běn)案(àn)例的(de)綜合工程和(hé)上(shàng)板一(yī)节(jié)的(de)內(nèi)容。

3.3VGA驅動(dòng)模块(kuài)設計(jì)

3.3.1接口(kǒu)信(xìn)号(hào)

在(zài)目录(lù)：D:mdy_bookga_exec1中(zhōng)，建立一(yī)个(gè)vga_driver.v文(wén)件(jiàn)，并用(yòng)GVIM打(dǎ)開(kāi)，開(kāi)始編写代(dài)碼。

我(wǒ)们(men)先(xiān)分(fēn)析功能(néng)。要(yào)控制顯示器，讓其産生(shēng)紅(hóng)色(sè)，也(yě)就(jiù)是(shì)讓FPGA控制VGA_R0~4、VGA_G0~5、VGA_B0~4、VGA_VSYNC和(hé)VGA_HSYNC信(xìn)号(hào)。那(nà)麼(me)VGA驅動(dòng)模块(kuài)，可(kě)以(yǐ)定(dìng)義輸出(chū)信(xìn)号(hào)hys表(biǎo)示行同(tóng)步，用(yòng)輸出(chū)信(xìn)号(hào)vys表(biǎo)示场同(tóng)步，定(dìng)義一(yī)个(gè)16位的(de)信(xìn)号(hào)lcd_rgb，其中(zhōng)lcd_rgb[15:11]表(biǎo)示VGA_R4~0，、lcd_rgb[10:5]表(biǎo)示VGA_G5~0，、lcd_rgb[4:0]表(biǎo)示VGA_B4~0。

同(tóng)时(shí)該模块(kuài)的(de)工作时(shí)鐘(zhōng)为(wèi)25M，同(tóng)时(shí)需要(yào)一(yī)个(gè)複位信(xìn)号(hào)。

綜上(shàng)所(suǒ)述，我(wǒ)们(men)这(zhè)个(gè)模块(kuài)需要(yào)五(wǔ)个(gè)信(xìn)号(hào)，25M时(shí)鐘(zhōng)clk，複位rst_n，场同(tóng)步信(xìn)号(hào)vys、行同(tóng)步信(xìn)号(hào)hys和(hé)RGB輸出(chū)信(xìn)号(hào)lcd_rgb。

将module的(de)名稱定(dìng)義为(wèi)vga_driver。并且我(wǒ)们(men)已經(jīng)知道(dào)該模块(kuài)有(yǒu)五(wǔ)个(gè)信(xìn)号(hào)：clk、rst_n、hys、vys和(hé)lcd_rgb。为(wèi)此(cǐ)，代(dài)碼如(rú)下(xià)：

其中(zhōng)clk、rst_n是(shì)輸入(rù)信(xìn)号(hào)，hys、vys和(hé)lcd_rgb是(shì)輸出(chū)信(xìn)号(hào)，其中(zhōng)clk、rst_n、hys、vys的(de)值是(shì)0或(huò)者(zhě)1，一(yī)根(gēn)線(xiàn)即可(kě)，lcd_rgb为(wèi)16位位宽(kuān)的(de)，根(gēn)據(jù)这(zhè)些信(xìn)息，我(wǒ)们(men)補充輸入(rù)輸出(chū)端口(kǒu)定(dìng)義。代(dài)碼如(rú)下(xià)：

3.3.2信(xìn)号(hào)設計(jì)

我(wǒ)们(men)先(xiān)設計(jì)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)hys，VGA时(shí)序中(zhōng)的(de)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)，其时(shí)序图(tú)如(rú)下(xià)：

图(tú)404

hys就(jiù)是(shì)一(yī)个(gè)周期(qī)性(xìng)地(dì)高(gāo)低變(biàn)化(huà)的(de)脈沖。我(wǒ)们(men)使用(yòng)的(de)是(shì)下(xià)表(biǎo)中(zhōng)的(de)第(dì)一(yī)種(zhǒng)分(fēn)辨率，也(yě)就(jiù)是(shì)同(tóng)步脈沖a的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)96个(gè)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)，而(ér)顯示後(hòu)沿b是(shì)48个(gè)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)，顯示时(shí)序c是(shì)640个(gè)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)，顯示前(qián)沿是(shì)16个(gè)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)，一(yī)共(gòng)是(shì)800个(gè)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)。

图(tú)405

很顯然，我(wǒ)们(men)需要(yào)1个(gè)計(jì)數器来(lái)産生(shēng)这(zhè)个(gè)时(shí)序，我(wǒ)们(men)将該計(jì)數器命名为(wèi)h_cnt。由(yóu)于(yú)hys是(shì)不(bù)停地(dì)産生(shēng)的(de)，那(nà)麼(me)h_cnt就(jiù)是(shì)不(bù)停地(dì)計(jì)數，每个(gè)时(shí)鐘(zhōng)都要(yào)計(jì)數器，所(suǒ)以(yǐ)認为(wèi)該計(jì)數器的(de)加1条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)“1”，可(kě)写成(chéng)：assign add_h_cnt = 1。從上(shàng)图(tú)可(kě)知，該計(jì)數器的(de)周期(qī)是(shì)800。綜上(shàng)所(suǒ)述，該計(jì)數器的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

有(yǒu)了(le)計(jì)數器h_cnt，那(nà)麼(me)hys信(xìn)号(hào)就(jiù)有(yǒu)了(le)对(duì)齊的(de)对(duì)象(xiàng)。從时(shí)序图(tú)可(kě)以(yǐ)發(fà)現(xiàn)， hys有(yǒu)两(liǎng)个(gè)變(biàn)化(huà)點(diǎn)，一(yī)个(gè)是(shì)h_cnt數到(dào)96个(gè)时(shí)，由(yóu)0變(biàn)1；另(lìng)一(yī)个(gè)是(shì)當h_cnt數到(dào)800个(gè)时(shí)，由(yóu)1變(biàn)0。所(suǒ)以(yǐ)，场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

接下(xià)来(lái)設計(jì)vys信(xìn)号(hào)。該信(xìn)号(hào)的(de)时(shí)序图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示。

图(tú)406

vys就(jiù)是(shì)一(yī)个(gè)周期(qī)性(xìng)地(dì)高(gāo)低變(biàn)化(huà)的(de)脈沖。我(wǒ)们(men)使用(yòng)的(de)是(shì)表(biǎo)中(zhōng)的(de)第(dì)一(yī)種(zhǒng)分(fēn)辨率，查詢表(biǎo)可(kě)知，同(tóng)步脈沖a的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)2行的(de)时(shí)間(jiān)，而(ér)顯示後(hòu)沿b是(shì)33行，顯示时(shí)序c是(shì)480行，顯示前(qián)沿是(shì)10行，一(yī)共(gòng)是(shì)525行。其中(zhōng)，一(yī)“行”結束(shù)，也(yě)就(jiù)是(shì)h_cnt數完了(le)。

将时(shí)間(jiān)信(xìn)号(hào)填入(rù)图(tú)中(zhōng)，更(gèng)新後(hòu)的(de)时(shí)序图(tú)如(rú)下(xià)：

图(tú)407

很顯然，我(wǒ)们(men)還(huán)需要(yào)1个(gè)計(jì)數器来(lái)産生(shēng)这(zhè)个(gè)时(shí)序，我(wǒ)们(men)将該計(jì)數器命名为(wèi)v_cnt。該計(jì)數器是(shì)用(yòng)来(lái)數有(yǒu)多(duō)少(shǎo)行的(de)，所(suǒ)以(yǐ)加1条(tiáo)件(jiàn)就(jiù)是(shì)一(yī)行結束(shù)，即end_h_cnt，可(kě)写成(chéng)：assign add_v_cnt = end_h_cnt。從上(shàng)图(tú)可(kě)知，該計(jì)數器的(de)周期(qī)是(shì)525。綜上(shàng)所(suǒ)述，該計(jì)數器的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

有(yǒu)了(le)計(jì)數器v_cnt，那(nà)麼(me)vys信(xìn)号(hào)就(jiù)有(yǒu)了(le)对(duì)齊的(de)对(duì)象(xiàng)。從时(shí)序图(tú)可(kě)以(yǐ)發(fà)現(xiàn)， vys有(yǒu)两(liǎng)个(gè)變(biàn)化(huà)點(diǎn)，一(yī)个(gè)是(shì)v_cnt數到(dào)2个(gè)时(shí)，由(yóu)0變(biàn)1；另(lìng)一(yī)个(gè)是(shì)當h_cnt數到(dào)525个(gè)时(shí)，由(yóu)1變(biàn)0。所(suǒ)以(yǐ)，场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

最(zuì)後(hòu)我(wǒ)们(men)還(huán)有(yǒu)一(yī)个(gè)信(xìn)号(hào)需要(yào)設計(jì)，那(nà)就(jiù)是(shì)lcd_rgb信(xìn)号(hào)。

图(tú)408

我(wǒ)们(men)在(zài)顯示器中(zhōng)一(yī)共(gòng)要(yào)顯示两(liǎng)種(zhǒng)顔色(sè)：綠(lǜ)色(sè)和(hé)白色(sè)。lcd_rgb等于(yú)16’b00000_111111_00000时(shí)表(biǎo)示綠(lǜ)色(sè)；lcd_rgb等于(yú)16’b11111_111111_11111时(shí)表(biǎo)示白色(sè)。還(huán)要(yào)注意(yì)的(de)是(shì)，在(zài)非(fēi)顯示區(qū)域，lcd_rgb的(de)值要(yào)为(wèi)0，才能(néng)正(zhèng)确顯示。我(wǒ)们(men)現(xiàn)在(zài)要(yào)仔细(xì)區(qū)分(fēn)，在(zài)什麼(me)时(shí)候分(fēn)别輸出(chū)上(shàng)面(miàn)的(de)值。

图(tú)像分(fēn)成(chéng)两(liǎng)部(bù)分(fēn)：圆(yuán)內(nèi)和(hé)圆(yuán)外(wài)。圆(yuán)外(wài)顯示白色(sè)，圆(yuán)內(nèi)顯示綠(lǜ)色(sè)。所(suǒ)以(yǐ)我(wǒ)们(men)進(jìn)一(yī)步分(fēn)析，如(rú)何知道(dào)是(shì)圆(yuán)內(nèi)還(huán)是(shì)圆(yuán)外(wài)呢？我(wǒ)们(men)需要(yào)用(yòng)到(dào)圆(yuán)的(de)定(dìng)義公式：（x-a）2+（y-b）2=r2。自(zì)然地(dì)，當（x-a）2+（y-b）22的(de)區(qū)域是(shì)圆(yuán)內(nèi)，（x-a）2+（y-b）2>=r2的(de)區(qū)域就(jiù)是(shì)圆(yuán)外(wài)。

圆(yuán)的(de)原理和(hé)公式是(shì)初中(zhōng)的(de)知識，非(fēi)常簡單，我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)認为(wèi)这(zhè)个(gè)公式就(jiù)是(shì)一(yī)个(gè)算法，關(guān)鍵的(de)是(shì)我(wǒ)们(men)如(rú)何使用(yòng)FPGA来(lái)实現(xiàn)这(zhè)个(gè)算法。常听(tīng)到(dào)有(yǒu)人(rén)说(shuō)，学FPGA工具是(shì)很簡單的(de)，算法才是(shì)最(zuì)重(zhòng)要(yào)的(de)。对(duì)于(yú)这(zhè)一(yī)點(diǎn)，我(wǒ)不(bù)敢苟同(tóng)。

有(yǒu)读(dú)者(zhě)一(yī)听(tīng)到(dào)算法，就(jiù)覺得很高(gāo)大上(shàng)。其实算法就(jiù)是(shì)解(jiě)決某个(gè)問(wèn)題(tí)的(de)數学公式，簡單的(de)就(jiù)是(shì)一(yī)个(gè)加法運算，例如(rú)求和(hé)、求平均數等，再複雜一(yī)些就(jiù)是(shì)FFT等。要(yào)創造、發(fà)明(míng)、改進(jìn)一(yī)套(tào)算法很難，这(zhè)些真(zhēn)是(shì)需要(yào)一(yī)些數学功底很好(hǎo)的(de)高(gāo)材生(shēng)才能(néng)做的(de)事(shì)，需要(yào)天(tiān)賦，訓練也(yě)訓練不(bù)出(chū)来(lái)。我(wǒ)们(men)更(gèng)多(duō)地(dì)找(zhǎo)到(dào)算法、读(dú)懂算法、实現(xiàn)算法、解(jiě)決問(wèn)題(tí)。我(wǒ)们(men)学習FPGA，学習怎麼(me)把各(gè)種(zhǒng)算法用(yòng)FPGA实現(xiàn)，这(zhè)是(shì)比較实現(xiàn)可(kě)行的(de)目标(biāo)（當然，这(zhè)是(shì)笔(bǐ)者(zhě)基于(yú)自(zì)身(shēn)水(shuǐ)平而(ér)自(zì)定(dìng)的(de)目标(biāo)哈，天(tiān)外(wài)有(yǒu)天(tiān)，人(rén)外(wài)有(yǒu)人(rén)，厉害的(de)人(rén)物(wù)要(yào)忽略这(zhè)建議）。

現(xiàn)在(zài)我(wǒ)们(men)要(yào)用(yòng)FPGA实現(xiàn)算法（x-a）2+（y-b）22，我(wǒ)们(men)應(yìng)該如(rú)何考慮呢？我(wǒ)们(men)重(zhòng)要(yào)的(de)是(shì)先(xiān)搞清(qīng)楚公式里(lǐ)各(gè)个(gè)元(yuán)素是(shì)什麼(me)，在(zài)FPGA里(lǐ)面(miàn)怎麼(me)表(biǎo)示。

图(tú)409

首先(xiān)看(kàn)r。r是(shì)圆(yuán)的(de)半徑，根(gēn)據(jù)功能(néng)要(yào)求，我(wǒ)们(men)顯示的(de)圆(yuán)的(de)直(zhí)徑是(shì)100个(gè)像素，所(suǒ)以(yǐ)r的(de)值應(yìng)該为(wèi)50。

其次(cì)看(kàn)a和(hé)b。a和(hé)b是(shì)圆(yuán)心(xīn)的(de)坐标(biāo)。我(wǒ)们(men)要(yào)在(zài)屏幕的(de)中(zhōng)心(xīn)顯示一(yī)个(gè)圆(yuán)，中(zhōng)間(jiān)位置就(jiù)是(shì)行列的(de)中(zhōng)間(jiān)值，所(suǒ)以(yǐ)a的(de)值为(wèi)640/2=320，b的(de)值为(wèi)480/2=240。

最(zuì)後(hòu)我(wǒ)们(men)再来(lái)看(kàn)x和(hé)y。x和(hé)y是(shì)現(xiàn)时(shí)屏幕上(shàng)顯示的(de)坐标(biāo)。在(zài)屏幕中(zhōng)x的(de)範圍是(shì)0~639，y的(de)範圍是(shì)0~479，最(zuì)左(zuǒ)上(shàng)角(jiǎo)的(de)值为(wèi)(0,0)，最(zuì)右(yòu)下(xià)角(jiǎo)的(de)坐标(biāo)是(shì)(639,479)。現(xiàn)在(zài)FPGA的(de)信(xìn)号(hào)中(zhōng)沒(méi)有(yǒu)x和(hé)y，但有(yǒu)相似的(de)信(xìn)号(hào)h_cnt和(hé)v_cnt，我(wǒ)们(men)想(xiǎng)辦(bàn)法将h_cnt和(hé)v_cnt表(biǎo)示x和(hé)y。

考慮到(dào)VGA时(shí)序中(zhōng)的(de)同(tóng)步脈沖和(hé)顯示前(qián)沿的(de)因(yīn)素，當h_cnt=96+48，v_cnt=2+33时(shí)，才表(biǎo)示x=0和(hé)y=0。所(suǒ)以(yǐ)用(yòng)h_cnt和(hé)v_cnt来(lái)表(biǎo)示x和(hé)y，則有(yǒu)x = h_cnt-96-48，y=v_cnt-2-33。

用(yòng)distance表(biǎo)示距離的(de)平方(fāng)，則有(yǒu)distance = (x-a)*(x-a) + (y-b)*(y-b) = (h_cnt-96-48 -320) *(h_cnt-96-48 -320) +(v_cnt-2-33 -240) *(v_cnt-2-33 -240)

如(rú)果(guǒ)distance小于(yú)r2=(50)2=2500 ，说(shuō)明(míng)在(zài)圆(yuán)內(nèi)，否則在(zài)圆(yuán)外(wài)。

顯示區(qū)域：(h_cnt >=（96+48）&& h_cnt <（96+48+640）)，并且(v_cnt>=(2+33) && v_cnt<（2+33+480）)

綠(lǜ)色(sè)區(qū)域：distance < 2500

白色(sè)區(qū)域：在(zài)顯示區(qū)域中(zhōng)，非(fēi)綠(lǜ)色(sè)區(qū)域的(de)，就(jiù)是(shì)白色(sè)區(qū)域。

非(fēi)顯示區(qū)域：顯示區(qū)域之外(wài)的(de)，就(jiù)是(shì)非(fēi)顯示區(qū)域。

我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)設計(jì)幾(jǐ)个(gè)信(xìn)号(hào)来(lái)表(biǎo)示这(zhè)些區(qū)域。顯示區(qū)域用(yòng)valid_area=1表(biǎo)示，紅(hóng)色(sè)區(qū)域用(yòng)red_area=1表(biǎo)示，綠(lǜ)色(sè)區(qū)域用(yòng)green_area=1表(biǎo)示。可(kě)得到(dào)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

有(yǒu)了(le)green_area和(hé)valid_area後(hòu)，設計(jì)lcd_rgb就(jiù)好(hǎo)辦(bàn)了(le)。

非(fēi)顯示區(qū)域（valid_area=0），lcd_rgb輸出(chū)“16’b0”；

顯示區(qū)域（valid_area）中(zhōng)的(de)綠(lǜ)色(sè)區(qū)域（green_area=1），lcd_rgb輸出(chū)“16’b00000_111111_00000”；

顯示區(qū)域（valid_area）中(zhōng)的(de)非(fēi)綠(lǜ)色(sè)區(qū)域（green_area=0），lcd_rgb輸出(chū)“16’b11111_111111_11111”。

則可(kě)以(yǐ)写出(chū)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

此(cǐ)次(cì)，主(zhǔ)體(tǐ)程序已經(jīng)完成(chéng)。接下(xià)来(lái)是(shì)将module補充完整。

3.3.3信(xìn)号(hào)定(dìng)義

接下(xià)来(lái)定(dìng)義信(xìn)号(hào)類(lèi)型。

h_cnt是(shì)用(yòng)always産生(shēng)的(de)信(xìn)号(hào)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。h_cnt計(jì)數的(de)最(zuì)大值为(wèi)800，需要(yào)用(yòng)10根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示，即位宽(kuān)是(shì)10位。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

add_h_cnt和(hé)end_h_cnt都是(shì)用(yòng)assign方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire。并且其值是(shì)0或(huò)者(zhě)1，1个(gè)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

v_cnt是(shì)用(yòng)always産生(shēng)的(de)信(xìn)号(hào)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。v_cnt計(jì)數的(de)最(zuì)大值为(wèi)525，需要(yào)用(yòng)10根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示，即位宽(kuān)是(shì)10位。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

add_v_cnt和(hé)end_v_cnt都是(shì)用(yòng)assign方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire。并且其值是(shì)0或(huò)者(zhě)1，1根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

lcd_rgb是(shì)用(yòng)always方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。并且它(tā)的(de)位宽(kuān)是(shì)16位，16根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

hys和(hé)vys是(shì)用(yòng)always方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。并且其值是(shì)0或(huò)1，需要(yào)1根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

distance是(shì)用(yòng)always方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。其位宽(kuān)为(wèi)20位，需要(yào)20根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

valid_area和(hé)green_area是(shì)用(yòng)always方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。并且其值是(shì)0或(huò)1，用(yòng)一(yī)根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

3.4頂层模块(kuài)設計(jì)

3.4.1例化(huà)子模块(kuài)

例化(huà)PLL IP核的(de)代(dài)碼

例化(huà)驅動(dòng)模块(kuài)的(de)代(dài)碼

3.4.2信(xìn)号(hào)定(dìng)義

clk_0是(shì)在(zài)例化(huà)文(wén)件(jiàn)中(zhōng)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire。并且其值是(shì)0或(huò)1，用(yòng)一(yī)根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

lcd_sh和(hé)lcd_vs是(shì)在(zài)例化(huà)文(wén)件(jiàn)中(zhōng)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire。并且其值是(shì)0或(huò)1，用(yòng)一(yī)根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

lcd_rgb是(shì)在(zài)例化(huà)文(wén)件(jiàn)中(zhōng)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire。它(tā)的(de)位宽(kuān)是(shì)16位的(de)，用(yòng)16根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。因(yīn)此(cǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：

至(zhì)此(cǐ)，整个(gè)代(dài)碼的(de)設計(jì)工作已經(jīng)完成(chéng)。下(xià)一(yī)步是(shì)新建工程和(hé)上(shàng)板查看(kàn)現(xiàn)象(xiàng)。

4綜合與(yǔ)上(shàng)板

4.1新建工程

1.首先(xiān)在(zài)d盤中(zhōng)創建名为(wèi)“vga_exec1”的(de)工程文(wén)件(jiàn)夾，将写的(de)代(dài)碼命名为(wèi)“vga_exec1.v”,頂层模块(kuài)名为(wèi)“vga_exec1”,例化(huà)文(wén)件(jiàn)命名为(wèi)“vga_driver.v”。

图(tú)410

图(tú)411

图(tú)412

2.然後(hòu)打(dǎ)開(kāi)QuartusⅡ，點(diǎn)擊File下(xià)拉列表(biǎo)中(zhōng)的(de)New Project Wzard...新建工程選項。

图(tú)413

3.在(zài)出(chū)現(xiàn)的(de)界面(miàn)中(zhōng)直(zhí)接點(diǎn)擊最(zuì)下(xià)方(fāng)的(de)“Next”。

图(tú)414

4.之後(hòu)出(chū)現(xiàn)的(de)是(shì)工程文(wén)件(jiàn)夾、工程名、頂层模块(kuài)名設置界面(miàn)。按照之前(qián)的(de)命名進(jìn)行填写，第(dì)一(yī)欄選擇工程文(wén)件(jiàn)夾“vga_exec1”，第(dì)二(èr)欄選擇工程文(wén)件(jiàn)“vga_exec1.v”，最(zuì)後(hòu)一(yī)欄選擇頂层模块(kuài)名“vga_exec1”,然後(hòu)點(diǎn)擊”Next”，在(zài)出(chū)現(xiàn)的(de)界面(miàn)選擇empty project。

图(tú)415

图(tú)416

5.之後(hòu)是(shì)文(wén)件(jiàn)添加界面(miàn)。在(zài)上(shàng)方(fāng)一(yī)欄中(zhōng)添加之前(qián)写的(de)”vga_driver.v和(hé)vga_exec1.v”文(wén)件(jiàn)和(hé)生(shēng)成(chéng)的(de)“my_pll.v”，點(diǎn)擊右(yòu)側的(de)“Add”按鈕，之後(hòu)文(wén)件(jiàn)還(huán)会(huì)出(chū)現(xiàn)在(zài)大方(fāng)框中(zhōng)，之後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。

图(tú)417

6.器件(jiàn)型号(hào)選擇界面(miàn)。在(zài)“Device family”处選擇CycloneⅣE，在(zài)“Available devices”处選擇EP4CE15F23C8，然後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。

图(tú)418

7.EDA工具界面(miàn)。該页(yè)面(miàn)用(yòng)默認的(de)就(jiù)行，直(zhí)接點(diǎn)擊最(zuì)下(xià)方(fāng)“Next”。

图(tú)419

8.之後(hòu)出(chū)現(xiàn)的(de)界面(miàn)是(shì)我(wǒ)们(men)前(qián)面(miàn)的(de)設置的(de)總(zǒng)結，确認沒(méi)有(yǒu)錯誤後(hòu)點(diǎn)擊“Finish”。

图(tú)420

4.2生(shēng)成(chéng)PLL IP核

新建工程後(hòu)，就(jiù)要(yào)生(shēng)成(chéng)PLL IP核。本(běn)节(jié)的(de)PLL生(shēng)成(chéng)过(guò)程，與(yǔ)案(àn)例“VGA顯示顔色(sè)”第(dì)四(sì)點(diǎn)綜合工程和(hé)上(shàng)板中(zhōng)的(de)PLL內(nèi)容一(yī)致(zhì)，注意(yì)其中(zhōng)的(de)地(dì)址有(yǒu)不(bù)同(tóng)。

4.3綜合

1.新建工程步驟完成(chéng)後(hòu)，就(jiù)会(huì)出(chū)現(xiàn)以(yǐ)下(xià)界面(miàn)。在(zài)“Project Navigator”下(xià)選中(zhōng)要(yào)編譯的(de)文(wén)件(jiàn)，點(diǎn)擊上(shàng)方(fāng)工具欄中(zhōng)“Start Compilation”編譯按鈕（藍(lán)色(sè)三(sān)角(jiǎo)形）。

图(tú)421

2.編譯成(chéng)功後(hòu)会(huì)出(chū)現(xiàn)以(yǐ)下(xià)界面(miàn)，點(diǎn)擊“OK”。

图(tú)422

4.4配置管(guǎn)脚

图(tú)423

在(zài)菜單欄中(zhōng)，選中(zhōng)Assignments，然後(hòu)選擇Pin Planner，就(jiù)会(huì)弹出(chū)配置管(guǎn)脚的(de)窗(chuāng)口(kǒu)。

图(tú) 424

在(zài)配置窗(chuāng)口(kǒu)最(zuì)下(xià)方(fāng)中(zhōng)的(de)location一(yī)列，參考下(xià)表(biǎo)中(zhōng)最(zuì)右(yòu)两(liǎng)列配置好(hǎo)FPGA管(guǎn)脚。

注意(yì)注意(yì)：與(yǔ)其他(tā)案(àn)例不(bù)同(tóng)的(de)是(shì)，VGA案(àn)例中(zhōng)所(suǒ)有(yǒu)管(guǎn)脚的(de)電(diàn)平必須選用(yòng)为(wèi)LVCMOS3.3，而(ér)不(bù)能(néng)是(shì)default。如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。

配置完成(chéng)後(hòu)，關(guān)閉Pin Planner，软(ruǎn)件(jiàn)自(zì)動(dòng)会(huì)保存管(guǎn)脚配置信(xìn)息。

4.5再次(cì)綜合

图(tú)425

在(zài)菜單欄中(zhōng)，選中(zhōng)Processing，然後(hòu)選擇Start Compilation，再次(cì)对(duì)整个(gè)工程進(jìn)行編譯和(hé)綜合。

图(tú)426

出(chū)現(xiàn)上(shàng)面(miàn)的(de)界面(miàn)，就(jiù)说(shuō)明(míng)編譯綜合成(chéng)功。

4.6連(lián)接開(kāi)發(fà)板

图(tú)中(zhōng)，下(xià)载器接入(rù)電(diàn)腦USB接口(kǒu)，電(diàn)源接入(rù)電(diàn)源，vga線(xiàn)連(lián)接顯示器，然後(hòu)摁下(xià)電(diàn)源開(kāi)關(guān)，看(kàn)到(dào)開(kāi)發(fà)板燈(dēng)亮(liàng)。

图(tú)427

4.7上(shàng)板

1.双(shuāng)擊Tasks一(yī)欄中(zhōng)”Program Device”。

图(tú) 428

2.会(huì)出(chū)現(xiàn)如(rú)下(xià)界面(miàn)，點(diǎn)擊add file添加.sof文(wén)件(jiàn)，在(zài)右(yòu)側點(diǎn)擊“Start”，会(huì)在(zài)上(shàng)方(fāng)的(de)“Progress”处顯示進(jìn)度(dù)。

图(tú)429

3.進(jìn)度(dù)条(tiáo)中(zhōng)提(tí)示成(chéng)功後(hòu)，即可(kě)在(zài)顯示器上(shàng)观察到(dào)相應(yìng)的(de)現(xiàn)象(xiàng)。