浅谈VGA接口的FPGA实现

VGA 作为通用的显示接口，其可使用的设备非常多。根据 VGA 的文档，我们了解到使用 VGA，只需要在给定的时钟频率下，向 VGA 线发出不同的信号即可。

VGA 输出的信号一共有 5 个有效信号，分别是：

VGA_RED（红色端子），VGA_BLUE（蓝色端子），VGA_GREEN（绿色端子），VGA_HSYNC（水平同步端子），VGA_VSYNC（垂直同步端子）。

如果采用水平扫描的方法，且为 640 x 480 的分辨率，我们需要：

时钟频率为 25MHz（或者也可以采用 28.3MHz，参考 VGA 文档）。

水平同步端子输出信号包含 4 个阶段，每个周期共占用 800 个时钟周期。

脉冲周期（用于同步）：96 周期，输出低电平

前端周期（用于缓冲）：48 周期，输出高电平

显示周期（用于显示）：640 周期，每一个时钟周期显示一个像素点的内容，读取红、蓝、绿色端子的信息作出显示。同步端子输出高电平。

后端周期（用于缓冲）：16 周期，输出高电平

垂直同步端子输出信号也包含 4 个阶段，由于是水平扫描，所以在垂直同步中的显示周期中，水平同步端子将对其正确的进行显示，它包含了 480 个水平同步周期，扫描 480 行的内容。也可以说一个垂直同步周期中，显示出一个屏幕的内容。

垂直同步端子的脉冲周期为 2 个水平同步周期；后端周期为 29 个水平同步周期；显示周期为 480 个水平同步周期；前端周期为 10 个水平同步周期，故总周期数为

［latex］T=（480+2+10+29） * （96+16+640+48） = 416800［/latex］cycles

刷新频率为

［latex］f = frac {25MHz} {416800} = 59.98 Hz［/latex］

即屏幕的刷新频率约为 60Hz。若需采用其它的分辨率，只需改变显示周期长度以及为该模块提供不同的时钟周期即可。显示周期等参数都在 vga_header.v 文件中定义。编写过程中，如果出现屏幕提示类似于“显示超出范围”的提示语，则说明同步周期不正确，改正同步周期长度即可。

为了实现同步信号的准确计时，我们采用了有限状态机对它进行控制。以下源代码可供参考：

always @ (negedge clk)