VGA显示器驱动设计与验证

1.原理

场同步信号的单位是像素点

场同步信号的单位是一行

@60的含义是每秒钟刷新60帧图像

全0表示黑色

2.1 CLK_gen.v

module CLK_gen(
	input wire 		sys_clk		,
	input wire 		sys_rst_n	,
	
	output wire 	CLK_out		,
	output wire 	locked		
);

parameter STATE=1'b0;
reg [1:0] cnt;
reg       flag_clk;

assign locked=STATE;
assign CLK_out=flag_clk;



always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n==1'b0)
		cnt<=2'b0;
	else if(cnt==2'd1)
		cnt<=2'b0;
	else 
		cnt<=cnt+1'b1;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n==1'b0)
		flag_clk<=1'b0;
	else if(cnt==2'd1)
		flag_clk<=1'b1;
	else
		flag_clk<=1'b0;

endmodule
		

	

2.2 Vga_ctrl.v

module Vga_ctrl(
	input wire 			Vga_clk		,
	input wire 			sys_rst_n	,
	input wire [15:0]	Pix_data	,
	
	output wire [9:0]    Pix_x		,
	output wire [9:0]    Pix_y		,	
	output wire [15:0]	rgb			,
	output wire 		    hsync		,
	output wire		    vsync
);

parameter 	H_SYNC=10'd96   , 
			H_BACK=10'd40   ,
			H_LEFT=10'd8    ,
			H_VALID=10'd640 ,
			H_RIGHT=10'd8   ,
			H_FRONT=10'd8   ,
			H_TOTAL=10'd800 ;
			
parameter	V_SYNC=10'd2	,
			V_BACK=10'd25   ,
			V_TOP=10'd8     ,
			V_VALID=10'd480 ,
			V_BOTTOM=10'd8  ,
			V_FRONT=10'd2   ,
			V_TOTAL=10'd525;

reg [9:0] Cnt_h;
reg [9:0] Cnt_v;
wire Rgb_valid;
wire pix_data_req;

assign Rgb_valid=(Cnt_h>=H_SYNC+H_BACK+H_LEFT
		  &&Cnt_h<H_SYNC+H_BACK+H_LEFT+H_VALID
		  &&Cnt_v>=V_SYNC+V_BACK+V_TOP
		  &&Cnt_v<V_SYNC+V_BACK+V_TOP+V_VALID)
		  ?1'b1:1'b0;
		  //这里为什么不减1呢,画个简单的图就知道了
		  //因为前面的时间要满足H_SYNC+H_BACK+H_LEFT，
		  //有效信号是从他们之和加1开始计数的
		  //比如Cnt_h=10，就是计数了11个，
		  //而H_SYNC+H_BACK+H_LEFT=1+2+3=5
		  //所以前面要计满5个，也就是计数到4，10-5=5刚好是大于等于5开始信号有效

assign pix_data_req=(Cnt_h>=H_SYNC+H_BACK+H_LEFT-1'b1
		  &&Cnt_h<H_SYNC+H_BACK+H_LEFT+H_VALID-1'b1
		  &&Cnt_v>=V_SYNC+V_BACK+V_TOP
		  &&Cnt_v<V_SYNC+V_BACK+V_TOP+V_VALID)
		  ?1'b1:1'b0;
		 

assign Pix_x=pix_data_req?Cnt_h-(H_SYNC+H_BACK+H_LEFT-1'b1):10'h3ff;
assign Pix_y=pix_data_req?Cnt_v-(V_SYNC+V_BACK+V_TOP):10'h3ff;	  
//assign Pix_x=Rgb_valid?Cnt_h-(H_SYNC+H_BACK+H_LEFT):10'd0;
//assign Pix_y=Rgb_valid?Cnt_v-(V_SYNC+V_BACK+V_TOP):10'd0;
//这里也没有减1为什么呢
//同理Cnt_h是从0开始计数的，假如Cnt_h=10
//H_SYNC+H_BACK+H_LEFT=1+2+3=5
//那么此时的行坐标就等于10-5=5，因为前面的0-4是5个周期
//如果此时在H_SYNC+H_BACK+H_LEFT的基础上减1的话
//那么10-4=6，前面就是0-5等于6个时钟周期了，时序不符合

assign hsync=(Cnt_h<=H_SYNC-1'b1)?1'b1:1'b0;
assign vsync=(Cnt_v<=V_SYNC-1'b1)?1'b1:1'b0;
//为什么这里要减呢，因为Cnt_h是从0开始计数的，假如说计数到了10，就是0-11
//假如行同步信号是2个时钟周期，那么有效的就是第3个时钟周期，也就是计数到1.
//举个例子就能看出是不是需要减了


assign rgb=(Rgb_valid==1'b1)?Pix_data:16'd0;

always@(posedge Vga_clk or negedge sys_rst_n )
	if(sys_rst_n==1'b0)
		Cnt_h<=10'd0;
	else if(Cnt_h==H_TOTAL-1'b1)
		Cnt_h<=10'd0;
	else
		Cnt_h<=Cnt_h+1'b1;
		
always@(posedge Vga_clk or negedge sys_rst_n )
	if(sys_rst_n==1'b0)
		Cnt_v<=10'd0;
	else if((Cnt_v==V_TOTAL-1'b1)&&(Cnt_h==H_TOTAL-1'b1))
		Cnt_v<=10'd0;
	else if(Cnt_h==H_TOTAL-1'b1)
		Cnt_v<=Cnt_v+1'b1;
	else
		Cnt_v<=Cnt_v;

		
endmodule

		
	

2.3 tb_Vga_ctrl.v

module tb_Vga_ctrl();

reg sys_clk;
reg sys_rst_n	;
reg[15:0] Pix_data	;

wire [9:0] Pix_x	  ;
wire [9:0] Pix_y    ;
wire [15:0]rgb	  ;
wire hsync    ;
wire vsync    ;
wire CLK_out	;	  
wire locked	   ;
wire rst_n;

initial 
	begin
		sys_clk=1'b1;
		sys_rst_n<=1'b0;
		#20
		sys_rst_n=1'b1;
	end	
	
assign rst_n=(sys_rst_n&&locked);

always#10 sys_clk=~sys_clk;

always@(posedge CLK_out or negedge rst_n)
	if(rst_n==1'b0)
		Pix_data<=16'h0000;
	else if (Pix_x>=10'd0&&Pix_x<=10'd639
				&&Pix_y>=10'd0&&Pix_y<=10'd479)
		Pix_data<=16'hffff;
	else
		Pix_data<=16'h0000;

defparam CLK_gen_inst.STATE=1'b1;	
		
Vga_ctrl Vga_ctrl_inst(
	.Vga_clk	(CLK_out)	,
	.sys_rst_n	(rst_n),
	.Pix_data	(Pix_data),
	             
	.Pix_x		(Pix_x		),
	.Pix_y		(Pix_y		),	
	.rgb		(rgb		)	,
	.hsync		(hsync		),
	.vsync      (vsync    )
);


CLK_gen CLK_gen_inst(
	.sys_clk	(sys_clk	)	,
	.sys_rst_n	(sys_rst_n	),
	             
	.CLK_out	(CLK_out	)	,
	.locked		(locked		)
);

endmodule

要显示1帧图像，1s是60帧，1帧就是0.0167s，所以等于16.7ms

时钟正确25mhz，锁定信号是拉高的，表示锁定信号在高电平时，时钟的输出有效，因为若锁定信号为0，那么复位信号就一直为0，时钟就起不了作用。

复位信号为0，数据就为0，坐标信号大于等于0且小于一定范围就为全为白色ffff。否则就全为0。

完成一帧

场同步信号也正确。

这里有错。因为有效信号多记了一个时钟周期

因此这里要修改数据有效信号

现在计数正确了

修改时钟换成分频后的信号

还是有问题，当数据有效时，数据仍为0。说明数据滞后数据有效信号一个时钟周期，所以得让数据提前一个时钟周期，解决方法是增加一个数据请求信号，比数据有效信号提前1时钟周期，然后rgb刚好滞后数据请求信号一个时钟周期。就达到了rgb和数据有效信号同步得效果。

末尾没有问题，原因是因为是时序逻辑，修改代码

行可以超前，但是场不用，场超前就是超前一行了，而行超前就是超前一个时钟周期。这里修改是要将pix_x超前一个时钟周期，然后再pi_data滞后一个周期，从而达到同步的效果

行计数器这里也要减1

请求信号确实超前有效信号一个时钟周期

末尾也正确

但是坐标还是不对

这下对了，为什么要让括号里面的信号减1呢？因为pix_data_req比数据有效信号提前了一个时钟周期，如果按照原来的不减1，那么坐标就会变小，提前数据有效信号一个时钟周期，要让坐标不变，就得让计数得值变大，所以减1。

数据和有效信号是同步的