VGA介绍

以下内容来自正点原子的FPGA开发指南，觉得讲的不错，就搬了过来。

一、VGA简介

VGA的全称是Video Graphics Array，即视频图形阵列，是一个使用模拟信号进行视频传输的标准。早期的CRT显示器由于设计制造上的原因，只能接收模拟信号输入，因此计算机内部的显卡负责进行数模转换，而VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口。如今液晶显示器虽然可以直接接收数字信号，但是为了兼容显卡上的VGA接口，也大都支持VGA标准。

VGA接口定义及各引脚功能说明如图 18.1.2所示，我们一般只用到其中的1（RED）、2 （GREEN）、3（BLUE）、13（HSYNC）、14(VSYNC)信号。引脚1、2、3分别输出红、绿、蓝三原色模拟信号，电压变化范围为 0~0.714V，0V代表无色，0.714V 代表满色；引脚13、14输出TTL电平标准的行/场同步信号。

在VGA视频传输标准中，视频图像被分解为红、绿、蓝三原色信号，经过数模转换之后，在行同步（HSYNC）和场同步（VSYNC）信号的同步下分别在三个独立通道传输。VGA在传输过程中的同步时序分为行时序和场时序，如图 18.1.3、图 18.1.4所示。

从上面两幅图中我们可以看到VGA传输过程中的行同步时序和场同步时序非常类似，一行 或一场（又称一帧）数据都分为四个部分：低电平同步脉冲、显示后沿、有效数据段以及显示前沿。

行同步信号HSYNC在一个行扫描周期中完成一行图像的显示，其中在a段维持一段时间的低电平用于数据同步，其余时间拉高；在有效数据期间（c段），红绿蓝三原色数据通道上输出一行图像信号，其余时间数据无效。

与之类似，场同步信号在在一个场扫描周期中完成一帧图像的显示，不同的是行扫描周期的基本单位是像素点时钟，即完成一个像素点显示所需要的时间；而场扫描周期的基本单位是完成一行图像显示所需要的时间。

早期的VGA特指分辨率为640X480的显示模式，后来根据分辨率的不同，VGA又分为VGA（640x480）、SVGA（800x600）、XGA（1024x768）、SXGA（1280x1024）等。不同分辨率的VGA显示时序是类似的，仅存在参数上的差异，如图 18.1.5所示。

需要注意的是，即便分辨率相同，刷新速率（每秒钟图像更新次数）不一样时，对应的VGA像素时钟及时序参数也存在差异。例如，显示模式 “640480@75”刷新速率为75hz，与相同分辨率下刷新速率为60hz的“640480@60”模式相比，像素时钟更快，其他时序参数也不尽相同。

二、FPGA上VGA接口部分的原理图

以正点原子的开拓者开发板为例

这部分的原理图很关键，因为我们并不是在代码中直接将图像数据转换成RGB三路模拟信号，而是由开发板上的转换电路实现的。我们在代码中要做的，就是获取正确的RGB565格式的数据，然后由转换电路转换成RGB三路模拟信号输出给显示器。

从上图中可以看到，FPGA管脚输出的颜色数据位宽为16bit，数据格式为RGB565，即数据高5位表示红色，中间6位表示绿色，低5位表示蓝色。RGB565格式的数据一共可表示65536种颜 色，此外常用的颜色数据格式还有RGB888，数据位宽越大，可以表示的颜色种类就越丰富。

由前面的简介我们知道，VGA传输的是模拟信号，因此需要对FPGA输出的RGB565颜色数据进行数模转换。此过程可以通过专用的视频转换芯片（如ADV7123）来实现，在这里我们采用另外一种更简单的方案——利用电阻匹配网络来实现数字信号到模拟信号的转换，如图18.3.1所示。