FPG—VGA显示器字符显示（附代码）

2023-11-20

1.实操

1.1 字符取模

1.2 顶层模块

本例程大部分与VGA显示驱动内容相同，只是显示部分改变了，故此主要讲显示字符的方法。如有对VGA显示驱动不了解的朋友，建议先看这篇 http://t.csdn.cn/QqQzi 。

由之前讲VGA显示彩条的原理可知显示的本质就是点阵，将有用信息与背景色区分就可以显示信息，例如军训时很火的方阵以及平时见到的广告牌。

实验目标：在 VGA 显示器中心位置显示金色“天天向上”四个字，字符外的背景颜色为黑色。每个汉字大小为 56*56，字模点阵为 64*64， VGA 显示模式为 640*480@60。

1.实操

1.1 字符取模

字符取模的基本原理

一般使用 0、 1 的组合来描述点阵，点阵中的每一个数据项表示单个像素点，我们使用单比特来表示，字符显示部分的数据项赋值为 1，非字符显示部分的数据项赋值为 0。这种赋值方式不包含颜色信息，只是区分点阵背景和字符信息。字符点阵示例，具体见下图。

字符取模操作流程

1. 生成一个整体字模

打开字符取模软件“PCtoLCD2002”，设置相关参数，将点阵大小设置为 64*64，字宽*字高设置为 56*56，字体随意；在下方文字输入框中输入要显示字符“天天向上”；注意，此处先不要进行字模生成，因为此处生成字模会得到四个字符各自对应的字模，不方便后续代码编写。

将生成的字符点阵保存为 BMP 图片格式，保存为 BMP格式的目的就是为了将四个单独字符合成一个整体。

再返回读取保存的 BMP 图片，四个字符已合为一个整体。

2. 设置字模输出的相关参数，生成字模、保存字模

将模式调为图形模式后，在点击 “选项” 按照下图所示，设置字模输出的相关参数。

生成字模、保存字模

字模保存完毕，字模点阵大小为 256*64。

注意（1）进行下一次的字模生成，要将模式调回字符模式后再进行相关参数设置，否则无法修改参数设置，（2）汉字占两个字节，数字、字母和特殊符号占两个字节，在配置点阵大小时需注意。

1.2 顶层模块

顶层模块设计如下图。

以上模块除图像数据生成模块，其他模块在前面发布的VGA 显示器驱动设计与验证文章中已经详细说明，故不重复。

1.3 图像数据生成模块

1.3.1 模块框图

图像数据生成模块，模块功能是以 VGA 时序控制模块传入的图像有效显示区域像素点坐标(pix_x,pix_y)为约束条件，产生 VGA 图像像素点色彩信息 pix_data 并回传给 VGA 时序控制模块。在字符显示区域 pi_data 赋值为金色，其他区域均为黑色。模块框图，具体见下图。

图像数据生成模块包含 4 路输入、 1 路输出，共 5 路信号，输入输出信号简介，具体见下表。

1.3.2 波形图绘制

第一部分：输入信号

本模块的输入信号包括四路，时钟信号、复位信号和 VGA 驱动控制模块传入的有效显示区域的坐标信号 pix_x、 pix_y。时钟信号和复位信号无需多说，对于坐标信号 pix_x、pix_y，在之前的文章有详细讲解，在此不再过多叙述。
第二部分：字符点阵显示区域坐标信号的设计与实现
首先确定字符有效显示区域，区域大小与字符点阵大小相同，显示区域的像素点与字模点阵中数据项对应，当字模点阵中的数据项数值为“1”时，赋值字符颜色给对应像素点；当字模点阵中的数据项数值为“0”时，赋值点阵背景颜色给对应像素点。所以为了确定字符点阵显示区域256*64
，声明两个变量 char_x、 char_y，两变量组成字符点阵显示区域坐标，在字符点阵有效显示区域内， char_x 信号 0-255 循环计数， char_y信号 0-63 循环计数，根据坐标(char_x,char_y)寻找字符点阵对应的数据项，根据数据项的数值，赋予对应坐标像素点颜色信息。 char_x、 char_y 信号波形具体见下图。

第三部分：输出图像数据信号的波形设计与实现

设计本模块的目的是生成 VGA 图像像素点色彩信息回传给 VGA 时序控制模块，我们声明像素点色彩信息 pix_data 信号。在字符点阵显示区域内、字符点阵数据项数值为“1”时， pix_data 根据为字符颜色；其他区域均赋值为背景色。

1.3.3 代码编写

`timescale  1ns/1ns

module  vga_pic
(
    input   wire            vga_clk     ,   
    input   wire            sys_rst_n   ,   
    input   wire    [9:0]   pix_x       ,   //输入有效显示区域像素点X轴坐标
    input   wire    [9:0]   pix_y       ,   //输入有效显示区域像素点Y轴坐标

    output  reg     [15:0]  pix_data        //输出像素点色彩信息
);

parameter   CHAR_B_H=   10'd192 ,   //字符开始X轴坐标
            CHAR_B_V=   10'd208 ;   //字符开始Y轴坐标

parameter   CHAR_W  =   10'd256 ,   //字符宽度
            CHAR_H  =   10'd64  ;   //字符高度

parameter   BLACK   =   16'h0000,   //黑色
            WHITE   =   16'hFFFF,   //白色
            GOLDEN  =   16'hFEC0;   //金色

wire    [9:0]   char_x  ;   //字符显示X轴坐标
wire    [9:0]   char_y  ;   //字符显示Y轴坐标

//reg   define
reg     [255:0] char    [63:0]  ;   //位宽  与  列高

//字符显示坐标,组合逻辑0-255
assign  char_x  =   (((pix_x >= CHAR_B_H) && (pix_x < (CHAR_B_H + CHAR_W)))   //pix_x < (CHAR_B_H + CHAR_W)也可以写成 pix_x <= (CHAR_B_H + CHAR_W -1'b1)
                    && ((pix_y >= CHAR_B_V) && (pix_y < (CHAR_B_V + CHAR_H))))  
                    ? (pix_x - CHAR_B_H) : 10'h3FF;
assign  char_y  =   (((pix_x >= CHAR_B_H) && (pix_x < (CHAR_B_H + CHAR_W)))
                    && ((pix_y >= CHAR_B_V) && (pix_y < (CHAR_B_V + CHAR_H))))
                    ? (pix_y - CHAR_B_V) : 10'h3FF;

//char:“天天向上”字符数据（粘贴字模提取其中生成的数据）
always@(posedge vga_clk)
    begin
        char[0]     <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[1]     <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[2]     <=  256'h0000000000000000000000000000000000000080000000000000000000000000;
        char[3]     <=  256'h00000000000000000000000000000000000001E0000000000000008000000000;
        char[4]     <=  256'h00000000003000000000000000200000000001F000000000000000E000000000;
        char[5]     <=  256'h00000000007800000000000000300000000001E000000000000000FC00000000;
        char[6]     <=  256'h0000000000FC00000000000000780000000001C000000000000000F000000000;
        char[7]     <=  256'h00FFFFFFFFFE00000000000000FC00000000038000000000000000E000000000;
        char[8]     <=  256'h007FFFFFFFFF0000007FFFFFFFFE00000000038000000000000000E000000000;
        char[9]     <=  256'h003C00F80000000000200078000000000000030000000000000000E000000000;
        char[10]    <=  256'h000000F80000000000000078000000000000020000020000000000E000000000;
        char[11]    <=  256'h000000F80000000000000078000000000080060000030000000000E000000000;
        char[12]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000E0040000078000000000E000000000;
        char[13]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000FFFFFFFFFFC000000000E000000000;
        char[14]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000E0000000078000000000E000000000;
        char[15]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000E0000000070000000000E000000000;
        char[16]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000E0000000070000000000E000000000;
        char[17]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000E0000000070000000000E000000000;
        char[18]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000E0000000070000000000E000100000;
        char[19]    <=  256'h000000F800000000000000700000000000E0000000070000000000E000380000;
        char[20]    <=  256'h000000F800070000000000700002000000E0000000070000000000E0007C0000;
        char[21]    <=  256'h000000F8000F8000000000700007000000E0000000070000000000E000FE0000;
        char[22]    <=  256'h000000F8001FC00000000070000F800000E0300010070000000000FFFFFF0000;
        char[23]    <=  256'h1FFFFFFFFFFFE00000000070001FC00000E038003C070000000000E000000000;
        char[24]    <=  256'h1FFFFFFFFFFFF0000FFFFFFFFFFFE00000E01FFFFC070000000000E000000000;
        char[25]    <=  256'h0F8001F700000000040000E20000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[26]    <=  256'h000001F700000000000000E20000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[27]    <=  256'h000001F700000000000000E20000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[28]    <=  256'h000001F380000000000001E30000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[29]    <=  256'h000003E380000000000001E10000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[30]    <=  256'h000003E380000000000001C18000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[31]    <=  256'h000003E1C0000000000001C18000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[32]    <=  256'h000007C1C0000000000003C0C000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[33]    <=  256'h000007C1E000000000000380C000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[34]    <=  256'h00000780E0000000000007806000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[35]    <=  256'h00000F80F0000000000007006000000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[36]    <=  256'h00000F807800000000000F003000000000E01FFFF8070000000000E000000000;
        char[37]    <=  256'h00001F007800000000000E003800000000E01C0038070000000000E000000000;
        char[38]    <=  256'h00003E003C00000000001E001800000000E03C0038070000000000E000000000;
        char[39]    <=  256'h00003E003E00000000001C001C00000000E03C0038070000000000E000000000;
        char[40]    <=  256'h00007C001F000000000038000E00000000E0380000070000000000E000000000;
        char[41]    <=  256'h0000F8000F800000000070000F00000000E0200000070000000000E000000000;
        char[42]    <=  256'h0001F0000FC000000000E00007C0000000E0000000070000000000E000000000;
        char[43]    <=  256'h0003E00007F000000001E00003E0000000E0000000070000000000E000000000;
        char[44]    <=  256'h0007C00003F800000003800001F0000000E0000000070000000000E000008000;
        char[45]    <=  256'h000F800001FE00000007000000FC000000E0000000070000000000E00001C000;
        char[46]    <=  256'h001F000000FF8000000E0000007F000000E0000000070000000000E00003E000;
        char[47]    <=  256'h003E0000007FF000001C0000003FE00000E000000FFF0000000000E00007F000;
        char[48]    <=  256'h00780000003FFC0000300000001FF80000E0000003FF00001FFFFFFFFFFFF800;
        char[49]    <=  256'h01F00000001FF80000E00000000FE00000E00000007F00000800000000000000;
        char[50]    <=  256'h07C000000007C000018000000003C00000E00000003E00000000000000000000;
        char[51]    <=  256'h0F00000000038000060000000001800000E00000001C00000000000000000000;
        char[52]    <=  256'h1C00000000000000180000000000000000800000000000000000000000000000;
        char[53]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[54]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[55]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[56]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[57]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[58]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[59]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[60]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[61]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[62]    <=  256'h0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
        char[63]    <=  256'h0000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000;
    end

//pix_data:输出像素点色彩信息,根据当前像素点坐标指定当前像素点颜色数据
always@(posedge vga_clk or negedge sys_rst_n)
    if(sys_rst_n == 1'b0)
        pix_data    <= BLACK;
    else    if((((pix_x >= (CHAR_B_H ))  
                && (pix_x < (CHAR_B_H + CHAR_W )))  //pix_x提前打一拍 【191-446】
                && ((pix_y >= CHAR_B_V) && (pix_y < (CHAR_B_V + CHAR_H))))
                && (char[char_y][10'd255 - char_x] == 1'b1))  //二维数组，当像素点为1时给金色
        pix_data    <=  GOLDEN;
    else
        pix_data    <=  BLACK;

endmodule

代码重难点积累：

（1）复制字模时，以notepad++打开 .txt 文件,复制格式不会出错。

（2）2char[char_y][10'd255 - char_x] == 1'b1 使用二位数组定位要显示的像素点。

1.3.4 仿真验证

`timescale  1ns/1ns

module  tb_vga_colorbar();

wire            hsync       ;
wire    [15:0]  rgb         ;
wire            vsync       ;

//reg   define
reg             sys_clk     ;
reg             sys_rst_n   ;

initial
    begin
        sys_clk     =   1'b1;
        sys_rst_n   <=  1'b0;
        #200
        sys_rst_n   <=  1'b1;
    end

//sys_clk：产生时钟
always  #10 sys_clk = ~sys_clk  ;


vga_colorbar    vga_colorbar_inst
(
    .sys_clk    (sys_clk    ),  
    .sys_rst_n  (sys_rst_n  ),  

    .hsync      (hsync      ),  
    .vsync      (vsync      ),  
    .rgb        (rgb        )   
);

endmodule

2.总结

设计思想在于显示有效区域是传输数据。

说明：

本人使用的是野火家Xilinx Spartan6系列开发板及配套教程主要用于自我学习，以上内容如有疑惑或错误欢迎评论区指出，或者移步B站观看野火家视频教程。

开发软件：ise14.7 仿真：modelsim 10.5

如需上述资料私信或留下邮箱。

本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

fpga开发