毕业设计（论文）基于FPGA的VGA显示接口设计摘要本文基于FPGA芯片设计实现了一个用于stm32单片机外围的VGA接口模块，该模块以VGA接口的工业标准作为设计规范，使VGA显示器成为了stm32单片机的显示输出设备，适合所有的液晶显示器和CRT显示器。
本系统采用带VGA接口的OLED显示器，OLED显示器具有体积小、分辨率高、功耗低、色彩丰富等特点，非常适合穿戴。
模块与STM32单片机的接口使用Intel8080总线方式，非常适合STM32的FSMC读写模式，能方便地对屏幕任意像素进行读写操作。
关键字FPGA，VGA，OLED，STM32VGA display interface design based on FPGAAbstractAs people pursuit for more fun from games and the progress of science and technology, in the wargame , in order to make the team have a clear understanding of the battlefield situation, we use the OLED which is a kind of micro display to show all the information. The micro display generally use the VGA interface. With the development of manufacturing technology, VGA interface has become more compact, it has advantages of low cost, high resolution rich color etc. FPGA with high flexibility can be designed differently according to the needs, achieve the lowest cost. This paper designed a VGA display interface based on FPGA.Useful signal of the VGA interface is the horizontal synchronization signal, vertical synchronization signal and R,G,B signals. In this paper, we use FPGA to produce the horizontal synchronization signal and vertical synchronization signal, and the data from memory is converted into analog R,G,B signal by FPGA. The design use ISSI 25616 SRAM as the memory connectted by STM32F103VCT6.Key words ：FPGA,VGA interface,OLED1 绪论1.1 选题背景目前市场上应用最多的是液晶显示器，也即LCD显示器，这种显示器体积小，辐射低，它已经完全取代了过去体积笨重的CRT显示器。
现在LCD显示器已经应用到各个领域，如液晶电视，平板电脑等，尺寸也做的越来越大。
现在市面上比较常见的是40-60寸，能显示1920×1080的超高清画质，给人极致体验。
然而，在移动时代，人们也开始寻求体积小、重量轻、功耗低、能够显示高清晰度图像的便携式显示设备。
OLED 显示技术与传统的LCD 显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。
因而OLED可以做的很薄，能达到欧小于1毫米的厚度，而尺寸只有LCD的三分之一，并且重量更轻。
OLED 可以在很小的器件上显示密度很大，信息量极高的显示内容。
例如：在不足1平方英寸的面积上可以显示1024×768的像素密度。
OLED通过光学系统可以将图片放大成任意尺寸供人们观看。
可以放大成大屏幕的实象，也可以作成头戴式显示系统，将显示内容放大成虚象。
目前在OLED 的二大技术体系中，低分子OLED 技术为日本掌握，而高分子的PLEDLG 手机的所谓OEL 就是这个体系，技术及专利则由英国的科技公司CDT 掌握，两者相比PLED 产品的彩色化上仍有困难。
而低分子OLED则较易彩色化，不久前三星就发布了65530 色的手机用OLED。
不过，虽然将来技术更优秀的OLED 会取代TFT 等LCD，但有机发光显示技术还存在使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。
目前采用OLED 的主要是三星如新上市的SCH-X339 就采用了256 色的OLED，至于OEL 则主要被LG采用在其CU8180 8280 上我们都有见到。
OLED采用的是固态机构，与采用液态晶体的LCD相比，具有更好的抗震性，不怕摔。
在头戴式设备越来越广泛的今天，OLED得到广泛应用，它能显示清晰鲜亮的全彩显示，具有超低的功耗等。
美国的eMagin率先将OLED应用于视频眼镜，随之，欧洲也推出超微OLED 显示屏的视频眼镜。
在国内，iTheater（爱现代）凭借优厚的研发实力率先推出了全球首款高分子超微OLED显示屏的视频眼镜。
1.2 目的和意义随着娱乐行业的发展，真人CS游戏越来越流行，各大娱乐场所、公园都有真人CS游戏的项目。
为了获得更高的游戏体验和感官享受，在真人CS游戏中，队员需要了解到战场的实时变化，清楚队员和自己的位置以达到更好的配合。
基于以上考虑，我们设计一种头戴式微型显示器系统，该系统选用带VGA接口的微型显示器OLED来显示这些信息。
OLED具有体积小，分辨率高、功耗低、颜色丰富等特点，非常适合随身佩戴。
而且OLED采用固体材质，不怕摔，能很好地应用于这种游戏。
1.3 研究现状目前VGA显示接口主要有两种设计方案，一种是用采用ARM9或者更高级别的平台，芯片上带有LCD控制器。
VGA接口的行场同步信号和LCD扫描式接口的同步信号相同。
因此通过设置LCD控制器的寄存器就能产生VGA接口所需要的行场同步信号。
再通过D/A数模转换器将数字信号转化成模拟信号。
下面以三星公司的S3C2410为例进行说明。
行场同步脉冲由LCD-CON2/3寄存器的HOZVAL和LINEVAL域产生，HOZVAL和LINEVAL的设置方式如公式（1）、（2）：HOZVAL=水平分辨率-1；（1）LINEVAL=垂直分辨率-1；（2）VCLK信号的频率由LCONCON1寄存器中的CLKVAL域决定。
VCLK和CLKVAL 的设置如下：VCLK（Hz）=HCLK/[(CLKVAL+1)×2] （3）场频率是VSYNC信号的频率，它与LCON-CON1和LCD-CON2/3/4寄存器的VSYNC、VB-PD、VFPD、LINEVAL、HSYNC、HBPD、HFPD、HOZVAL和CLKVAL 都有关系。
根据时序要求设置VM/VDEN信号作为VGA的VSYNC信号，VCLK信号作VGA 的HSYNC信号。
为得到合适的VM和VCLK波形，就要正确设置寄存器的值。
根据寄存器的值与VM和VCLK波形的关系，主要寄存器的值设置如下：HSPW=10，HBPD=100，HFPD=47，VSPW=1，VBPD=37，VFPD=4。
第二种方法是使用一些低端CPU，利用它们控制数字信号的输出，经过FPGA转化成模拟VGA信号，并由FPGA基于CPU上的定时器来产生精确的定时，满足VGA接口对时序的严格要求。
在以上方法中，第二种方法使用基于FPGA的VGA显示接口有着高度灵活性的优点，可以根据产品要求做一些不同的设计，用最小的成本达到系统的要求。
这是两种主流的VGA接口设计方案。
第一种方案仍然被大量采用，这种结构简单，易于实现，但是显示效果欠佳。
第二种方案采用FPGA使得电路比较复杂，这种方案在国外研究较早，国内才刚起步，市场上已经出现相关的产品，不过资料相对较少。
随着FPGA 的不断发展及其价格的不断下降，FPGA的可编程逻辑设计的应用优势逐渐显现出来。
现在，越来越多的嵌入式系统选择了基于FPGA 的设计方案。
虽然使用第一种方案具有更稳定的VGA 时序等优点，但设计和使用FPGA设计更具有以下优势:(1) 系统成本下降，产品更有价格优势；(2) FPGA 的灵活可编程性，利用其高达上百兆的工作频率来完成像素级的图像处理，丰富的I/O 资源可以外接大容量存储器等优点。
1.4 设计方案该系统采用的OLED+VGA+FPGA+STM32结构，见图1。
OLED显示技术是光电化学及材料科学领域内一个热门的研究课题，以其诸多优点被认为是下一代主流显示器件。
图1 系统框图VGA（video graphic array，显示绘图阵列）接口，作为一种标准显示接口被广泛采用。
一般的微型显示器也大多采用VGA接口。
随着工艺制造技术的发展，这种接口做的越来越小，能很好地满足微型显示器对于尺寸的要求。
FPGA能解决电子系统在小型化、低功耗、高可靠性上的问题，而且其具有开发周期短、芯片价格低廉等优势，使得FPGA越来越多地占有了ASIC（一种面向特定用户的需求的集成芯片）的市场，特别是在小批量、多品种的产品市场，FPGA往往成为首选。
使用FPGA设计有如下优势：（1）节约板上资源，使用芯片更少，布线难度降低；(2)在高速数据传输时，高频噪声干扰更小；(3) 利用FPGA(现场可编程门阵列)设计的VGA接口能将要显示的数据直接送至显示器，省去了计算机的处理步骤，加快了数据的处理速度，从而节约了硬件成本。
STM32系列是意法半导体公司基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核的处理器。
它提供了低成本的平台，拥有更少的引脚数目、降低的系统功耗等特点，同时提供优秀的计算性能和卓越的中断系统响应。
STM32系列产品在Cortex-M3架构上进行了改进，在提升性能的同时采用更高代码密度的Thumb-2指令集，STM32F103的时钟频率能达到70MHz，是同类产品中性能最高的产品，性能较一般的单片机有很大的提升。
拥有从256k到512k的闪存程序存储器，高达64k字节的SRAM。
1.5论文的工作和安排在撰文之前大量阅读了FPGA和VGA显示的有关资料，学习了相关的硬件知识和原理知识。