三基色是指通过其他颜色的混合无法得到的“基本色”。由于人的肉眼有感知RGB（红绿蓝）三种不同颜色的锥体细胞，因此色彩空间通常可以由RGB三种基本色来表达。
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自然界中的绝大部分彩色，都可以由三种基色按一定比例混合得到。
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所以VGA接口中，表示颜色分量的只有红绿蓝三种基色。由于VGA接口的三基色为模拟信号值，FPGA无法输出，所以在FPGA的IO到VGA接口中间要有对应的数字量转模拟量的电路。
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SANXIN – B01中采用电阻网络来实现数字量转模拟量的功能。
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图片在数字设备中，都是由像素点构成。
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像素是指由图像的小方格组成的，这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值，小方格颜色和位置就决定该图像所呈现出来的样子。可以将像素视为整个图像中不可分割的单位或者是元素。不可分割的意思是它不能够再切割成更小单位，它是以一个单一颜色的小格存在。每一个点阵图像包含了一定量的像素，这些像素决定图像在屏幕上所呈现的大小。
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VGA显示器上每一个像素点可以很多种颜色，由R、G、B三种颜色构成。如果每个像素点采用3位二进制数表示，即R用1bit表示，G用1bit表示，B用1bit表示，则此像素点一共可以显示8种颜色；如果每个像素点采用8位二进制数表示，即R用3bit表示，G用3bit表示，B用2bit表示，则此像素点一共可以显示256种颜色。在SANXIN – B01开发板中，采用RGB332的进行表示。
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在VGA显示器中，像素点RGB的二进制数越多，能够表示的颜色就越多，此时，显示的图像就会越清晰。
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在VGA显示器中，像素点的个数也是一个非常重要的一个指标。
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我们可以打开自己电脑的显示分辨率。
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分频率有各种模式，但是基本都是固定好的。分辨率都是长乘宽，前面的数为长，后面的数为宽。长表示屏幕横向可以有多少个像素点；宽表示屏幕纵向可以用多少个像素点。一般来说屏幕都是扁平的，所以长一般都会比宽大。
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像素的多少不改变实际物理的尺寸大小，只是呈现的清晰度不同。可以对比500万像素的相机拍的图片和2000万像素的相机拍的图片，大小相同的情况下，清晰度是不同的。
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只要我们按照显示器能够支持的分辨率的长和宽，将对应的像素点传输给VGA接口就可以了。但是VGA协议中，要求进行传输像素点的同时，还需要去传输一部分的同步信号。
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显示器扫描方式分为逐行扫描和隔行扫描：逐行扫描是扫描从屏幕左上角一点开始，从左向右逐点扫描，每扫描完一行,电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，每行结束时，用行同步信号进行同步；当扫描完所有的行，形成一帧，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕左上方，开始下一帧。隔行扫描是指电子束扫描时每隔一行扫一线，完成一屏后在返回来扫描剩下的线，隔行扫描的显示器闪烁的厉害，会让使用者的眼睛疲劳。在此我们选择逐行扫描的方式。
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VGA的时序主要包括行时序与场时序两个部分。其中行时序主要包括：行同步(Hor Sync) 、行消隐(Hor Back Porch) 、行视频有效(Hor Active Video)和行前肩(Hor Front Porch)这四个参数，行时序的时序图如下图所示：
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场时序主要包括：场同步(Ver Sync) 、场消隐(Ver Back Porch) 、场视频有效(Ver Active Video)和场前肩(Ver Front Porch)这四个参数，场时序的时序图如下图所示：
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需要注意的有三点：
1、行时序是以”像素”为单位的， 场时序是以”行”为单位的。
2、VGA 工业标准显示模式要求：行同步，场同步都为负极性，即同步脉冲要求是负脉冲。
3、VGA 行时序对行同步时间、 消隐时间、 行视频有效时间和行前肩时间有特定的规范， 场时序也是如此。常用VGA 分辨率时序参数如下表所示：
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本实验中选择640x480@60Hz。时钟的速率为25.175MHz，我们在设计时，时钟速率选择为25MHz 即可。
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- 设计要求1 q- ^. G' W5 f, G) W
控制VGA显示器显示全屏红色或者其他颜色。
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- 设计分析
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当我们选择640x480@60Hz的标准后，根据对应格式可以发现，此标准的一行为800个像素值，共有525行。也就是说并不是所有的像素值都可以显示出来，显示出来的只有中间的640列和480行，其他的像素值不显示（要求其他的像素值为黑色，即RGB全部给0）。
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选择标准需要25MHz的时钟，我们可以选择使用锁相环来进行生成25MHz的时钟。
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扫描方式为逐行扫描，从左上角开始。定义一个列坐标计数器（cnt_hs），每个驱动时钟周期加1，当一行结束后，计数器也同时清零。一行为800个像素值，所以计数器将会在0到799无限循环。HSYNC信号在此计数器的前96的计数值拉低，其他时间拉高即可。
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定义一个行坐标计数器（cnt_vs），扫描完一行后，进行加一，当一帧图片结束后，计数器清零。一行为800个像素值，所以等cnt_hs为799时，cnt_vs进行加一或者清零，由于一帧图片共有525行，所以计数器在0到524之间无限循环。VSYNC信号在此计数器的前两个计数器拉低，其他时间拉高即可。
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根据cnt_hs和cnt_vs，按照对应的标准，就可以得出显示的640列和480行的具体位置。
列显示的范围为：hs_a+hs_b+hs_c>cnt_hs>hs_a+hs_b-1.
行显示的范围为：vs_f+vs_g+vs_h>cnt_vs>vs_f+vs_g-1.
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同时在两个有效显示区范围内，就可以显示出来。
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- 设计架构和信号说明7 ~* Q$ n& \2 A7 w
此设计命名为vga_drive。
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pll_vga为锁相环，利用外部输入的50MHz的时钟，产生VGA协议所需要的25MHz的时钟。
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vga_ctrl为VGA协议的驱动模块。
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- vga_ctrl设计实现
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按照设计分析中的设计方法，进行设计即可。
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hs_en为列有效显示的表示信号；vs_en为行有效显示的表示信号。
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设计代码为：
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在设计中，给出的全屏颜色为红色。
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- vga_drive设计实现
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调用锁相环，产生25MHz的时钟。
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利用锁相环的输出锁定信号当作后续模块的复位信号使用。
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设计代码为：
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仿真时只需要给出clk和rst_n的信号即可，在此不做介绍。设计者可以通过modelsim观看是否每一行输出640个红色值，以及是否每一帧输出480行。仿真时间较长，大约等待20ms，就可以仿真完一帧图像。
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- 板级测试1 e$ o+ t; F5 |% {2 k- J/ g
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利用VGA线，将开发板的VGA接口和显示屏幕的VGA接口相连接，打开显示器。
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分配管脚，生成配置文件后，进行下板。
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红色全屏如下：
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更改颜色为绿色，vga_rgb <= 8’b000_111_00，生成配置文件后，下板。
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绿色全屏为：
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根据RGB332的排列，可以自由更改。不同的基色也可以进行混搭，进行验证。
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发表于 2023-3-22 16:47
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