VGA接口時序及其實現(xiàn)方式總結(jié)_20140514

1、VGA 接口時序及其實現(xiàn)方式總結(jié)1. VGA 信號理論 21.1 VGA 端口的結(jié)構(gòu)： 21.2 顯示器工作機理 31.3 掃描頻率 41.4 顯示帶寬 41.5 顯示卡術(shù)語 42. VGA 時序規(guī)范 52.1 時序規(guī)范結(jié)構(gòu)： 52.2 同步信號及同步頭 7(1) 同步頭 7(2) 行同步信號 8(3) 場同步信號 82.3 像素點信號 82.4 行信號 92.5 場信號 93. VGA 信號時序說明 10參考文獻 1112VGA接口時序及其實現(xiàn)方式總結(jié)1. VGA信號理論顯示器上輸出的一切信息，包括數(shù)值、文字、表格、圖象、動畫等等，都是由光點（即像素）構(gòu)成的。組成屏幕顯示畫面的最小單位是像素

2、，像素之間的最小距離為點距 （Pitch）。點距越小像素密度越大，畫面越 清晰。顯示器的點距有0.31mm、0.28mm、0.24mm、0.22mm 等多種。分辨率指整屏顯示的像素的多少，是衡量顯示器的一個常用指標。這同屏幕尺寸及點 距密切相關(guān)，可用屏幕實際顯示的尺寸與點距相除來近似求得。點距為 0.28mm的15英寸顯示器，分辨率最高為1024 ：768。1.1 VGA端口的結(jié)構(gòu)：VGA端口是視頻輸出端口，端口一共包含 15個管腳，如下圖:10Interface definition住i基葺red2建卯-色green3苣墓芭bhl®4地址幅ID Bh5冃潮試（備取定義不疝）&

3、;紅地7肆地10曲字出11地捧碼Pin 1:RedRm 2; GmPin 13: HSPin 5: GNDPm 6: Red GNDPin 7: Gm GNDPin 8: Blu GNDPin 14 VS Pin 10: Sync GND在通常使用的連接方法里面，15個管腳里面的5個是最重要的，他們包括3個基本 紅，綠，藍三條基本色彩線和水平與垂直兩條控制線。由這5條控制線，我們一共可以在屏幕內(nèi)顯示8種不同的色彩（8種組合）1.2 VGA顯像原理在顯示器內(nèi)部，電流流過線圈產(chǎn)生磁場，控制電子束流過顯示器表面，水平是從左向 右流，垂直方向是從上向下流。只有當電子沿正方向流的時候（即從左向右，從上到

4、下） 顯示器工作，而當電子返回顯示器的左面或上面的時候顯示器不工作。顯示器屏幕尺寸以 對角線來度量，常用的顯示器有 14、15、17、19、21英寸等。顯示器水平方向長度與 垂直方向高度之比 一般為4： 3。顯示器通過光柵掃描的方式，電子束在顯示屏幕上有規(guī)律地從左到右、從上到下掃描=在掃描過程中，受行同步信號控制，逐點往右掃，完成一行掃描的時間倒數(shù)為行頻；同時又在行同步脈沖期內(nèi)回到屏幕的左端，從上往下形成一幀，在垂直方向上受場同步信號 控制，完成一幀的時間倒數(shù)為場頻=圖像的顯示過程即為在電子束掃描過程中，將地址與 圖像的像素依次對應(yīng)，每一個被尋址的像素只獲得其自身的控制信息，而與周圍的像素不

5、發(fā)生干擾，從而可以顯示穩(wěn)定的圖像 、VGA接口是顯示卡上輸出模擬信號的接口，也叫D-Sub接口這種接口上面共有15個針孔，分成3排，每排5個，通過模擬VGA接口顯示圖像的工作原理，將計算機內(nèi)部 以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，通過顯卡中的ADC轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三基色信號和行、I ”VGA U可、幡煥Display principle4 «A1 ifTH#II411啊4曲 ZGA，丄圏jf f I J場同步信號，通過電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中=1.3 掃描頻率顯示器采用光柵掃描方式，即轟擊熒光屏的電子束在 CRT 屏幕上從左到右（受水 平同步信號 HSYNC 控制）、從上到下（受 垂直同步信號

6、 VSYNC 控制）做有規(guī)律的移 動。光柵掃描又分逐行掃描和隔行掃描。電子束采用光柵掃描方式，從屏幕左上角一點 開始，向右逐點進行掃描，形成一條水平線；到達最右端后，又回到下一條水平線的左 端，重復上面的過程；當電子束完成右下角一點的掃描后，形成一幀。此后，電子束又回 到左上方起點，開始下一幀的掃描。這種 方法也就是常說的逐行掃描顯示。而隔行掃描指電子束在掃描時每隔一 行掃一線，完成一屏后再返回來掃描剩下的 線， 這與電視機的原理一樣。隔行掃描的顯示器比逐行掃描閃爍得更厲害，也會讓使用者的眼 睛更疲勞。目前微機所用顯示器幾乎都是逐行掃描。完成一行掃描所需時間稱為水平掃描時間，其倒數(shù)稱為行頻率；

7、完成一幀（整屏） 掃 描所需的時間稱為垂直掃描時間，其倒數(shù)為垂直掃描頻率，又稱刷新頻率，即刷新一屏的 頻率。常見的有60Hz、75Hz等，標準VGA顯示的場頻60Hz,行頻為31.5kHz。1.4 顯示帶寬 帶寬則指顯示器可以處理的頻率范圍。如果 60Hz 刷新頻率的 VGA 方式，其帶寬達640 480W0=18.4MHz; 70Hz刷新頻率1024X768分辨率的SVGA方式，其帶寬達 1024 >768 >70=55.1MHz。早期的顯示器頻率固定?，F(xiàn)在流行的多 屏顯示器采用自動跟蹤技術(shù)，使顯示器的掃描 頻率自動與顯示卡的輸出同步，達到較寬 的適用范圍。1.5 顯示卡術(shù)語 一

8、個像素點可有多種顏色，由表示該像素的二進位數(shù)（又稱像素的位寬）決定。像素位寬為8bit，則每個像素有 28=256種顏色；位寬為16bit則有216=65536種顏色， 位寬為 24bit 則有 224 即一千七百多萬種顏色。顯示卡內(nèi)的 D/A （數(shù)/模）轉(zhuǎn)換電路將每 個像素的位寬（二進位整數(shù)）轉(zhuǎn)換成對應(yīng)亮度的R、G、B （紅、綠、藍）模擬信號，控制屏幕上相應(yīng)的三色熒光點發(fā)光，產(chǎn)生所要求的顏色。RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標準，是通過對紅 （R）、綠（G）、藍（B）三個顏色 通 道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色的， RGB 即是代表紅、 綠、藍 三個通道的顏色，通過三種基

9、本顏色亮度值從 0255 不同產(chǎn)生出其他各種顏色，這種模 式叫加色模式。為什么叫加色模式呢，舉個例子，通常使用的電視屏幕和電腦 屏幕上的 顯示就是這樣的模式，在沒有圖象時，屏幕是黑的，若 R， G， B 三色亮度都為 255 時混 合疊加打在屏幕上時則顯示成白色。就是加起來是白色的意思，叫加色模式。這個標準幾 乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運用最廣的顏色系統(tǒng)之 一。而與我們電腦相關(guān)的地方，就是目前的顯示器大都是采用了 RGB 顏色標準，這就是 為什么它對我們來說這么重要了。在顯示器上，是通過電子槍打在屏幕的紅、綠、藍三色發(fā)光極上來產(chǎn)生色彩的，目前 的電腦一般都能顯示 32 位顏色，

10、約有一百萬種以上的顏色。如果說它所顯示的顏色 還 不能完全吻合自然界中的某種色彩的話，那已經(jīng)幾乎是我們?nèi)庋鬯荒芊洲q出來的了。顯示卡主要由圖形處理芯片、視頻存儲器及 BIOS 芯片等組成。一般 AVGA 類型顯示 卡的控制器由單塊 AVGA 芯片充當，其中包含的圖形加速控制器對提升圖形功能至關(guān)重 要。顯示卡的性能主要取決于卡上使用的圖形芯片。早期的圖形芯片沒有幀緩沖器，有關(guān) 幀的操作都要由CPU去處理，降低了顯示速度。現(xiàn)在多數(shù)顯示卡上都設(shè)置具有圖形處理 功能的加速芯片，可處理像 Windows類型的圖形任務(wù)而減少 CPU參與。更高級的顯示 卡上有協(xié)處理器，可大大減免 CPU的處理和參與。利用視

11、頻存儲器VRAM儲存顯示數(shù)據(jù)，可減少甚至免去訪問系統(tǒng)主存，加快顯示速度。640 >480-16 色 VGA 顯示一屏需 640X480XLog216/8=154KB 顯示存儲器，1024*68真彩顯示一屏則需1024X 768X 24- 8" 2.3M顯示卡插在系統(tǒng)板的擴展槽內(nèi)，通 過電纜連接到機箱背面的15針D型插座連接器上。某些高檔的主板內(nèi)置了顯示卡的功能。CRT顯示器背面有一個與顯示器連接好的視頻電纜，電纜的末端是15針插入式連接器,使用時將它直接插入主機機箱背面的 15孔D型插座上即可。2. VGA時序規(guī)范VGA的時序包括水平時序和垂直時序，且兩者都包含的時序參數(shù)有：水

12、平 （垂直）同 步脈沖、水平（垂直）同步脈沖結(jié)束到有效顯示數(shù)據(jù)區(qū)開始之間的寬度 （后沿）、有效顯示區(qū) 寬度、有效數(shù)據(jù)顯示區(qū)結(jié)束到水平（垂直）同步脈沖寬度開始之間的寬度（前沿滬水平有效 顯示區(qū)寬度與垂直有效顯示區(qū)寬度邏輯與的區(qū)域為可視區(qū)域，其他區(qū)域為消隱區(qū)2.1時序規(guī)范結(jié)構(gòu)：在VGA中，水平同步脈沖在光柵掃描線需要回到水平開始位置也就是屏幕的左邊的 時候插入，垂直同步脈沖在光柵掃描線需要回到垂直開始位置也就是屏幕的上方的時候插 入。復合同步脈沖是水平同步脈沖與垂直同步信號的組合。RGB為像素數(shù)據(jù)，在沒有圖像投射到屏幕時插入消隱信號，當消隱有效時，RGB信號無效。其時序規(guī)范見下圖所示5hDr_zo

13、n$yrxTLTLTL n帝 rtn'a- EyRScan process水半網(wǎng)扌戈 帀I也撐 'F U同診756000r540*r6CDLhorizontal synch_countWN4R0*Avertica sync4»4495525歩 v_cojnt73VESA and In dustry Stan dards and Guideli nes for Computer Display Mon itor Timing(DMT) , Version 1.0, Revision 10 , October 29, 2004. (VESA, video electron

14、ic standard association monitor timing standard)由上圖可見，VGA時序主要包括水平時序規(guī)范和垂直時序規(guī)范。在水平時序中，包括以下幾個時序參數(shù)：水平同步脈沖寬度；水平同步脈沖結(jié)束到水平門的開始之間的寬度； 一個視頻行可視區(qū)域的寬度；一個完整的視頻行的寬度，從水平同步脈沖的開始到下一個 水平同步脈沖的開始。在垂直時序與水平時序類似，包括以下幾個不同的時序參數(shù)：垂直 同步脈沖寬度；垂直同步結(jié)束到垂直門的開始之間的寬度；一個視頻幀可是區(qū)域的寬度;一個完整視頻幀的寬度，從垂直同步脈沖到下一個垂直同步脈沖的開始。2.2同步信號及同步頭無論是場同步信號還是行同

15、步信號，它們的“結(jié)構(gòu)”都類似，都是由同步頭和有效視 頻信號組成的。同步頭上圖中紅色的部分即為同步頭，由同步頭前沿、同步頭脈沖和同步頭后沿組成。寺效祖錢I書號同步頭前沿丿門旳 岡步腫圖1*1同同步頭(2) 行同步信號其組成如圖1-1所示，同步頭部分先不予解釋，后面將會提到。這里的有效視頻信號指 的是有效的像素點信號(RGB)信號，以800*600分辨率(60Hz)為例，在這個區(qū)間內(nèi)，應(yīng)該 連續(xù)發(fā)送800個有效的RGB數(shù)據(jù)。(3) 場同步信號與行同步信號類似的結(jié)構(gòu)類似，其組成如圖1-1所示，同步頭部分先不解釋，后面也會提到。這里的有效視頻信號指的是有效的行信號，以800*600分辨率(60Hz)為

16、例，在這個區(qū)間內(nèi)，應(yīng)該連續(xù)發(fā)送600個行信號。2.3像素點信號其實VGA接口并沒有時鐘信號，圖2-1中的時鐘信號是處理器內(nèi)部運算時候的時序依據(jù)，這個時鐘信號與 VGA顯示器的刷新頻率有關(guān)，所以它很重要。由于VGA接口的R、G、B信號為模擬信號，所以要將處理器生成的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，具體的實現(xiàn)方 法有很多，不是這里重點介紹的，所以不多說，讀者可以自己查資料。謹竄dRGBH號為椿應(yīng)的總這矍簡化蠱示,不 為單號*草故字總線個號輕過牯圭時電？&后.愉入到 VGA 口的信昌為模犧信粵.紅色虛皺糧內(nèi)為一個懂點信 鵠”在單個時幹周陰內(nèi)右效圖2-1瞬山點信號2.4行信號如圖3-1所示，一個完整的

17、行信號是由行同步信號和RGB信號組成的，具體內(nèi)容大家還是看圖吧，很詳細了。其實一個行信號，就是點亮顯示器的某一行，即發(fā)送完一個行信 號就點亮一行，發(fā)送兩個行信號就點亮兩行，依此類推。如果是800*600的分辨率（刷新頻率為60Hz）, 個行信號里要包含800個RGB信號（當然還有別的信號，看圖）。800*600分辭¥見仙 劇踰頻峯為 吐時的時鐘周朋應(yīng)為山醐工-ri n nnn firm* |B4 r rd carafe *- n: "：1：5 r: s: r r « - ri -i i q .|. r - r i 4 * r - i ri rn n:triri r

18、m:t1 T e!'>«-'J *«1 i 1 - 1 i ” i 1 i - b - i i i 1 i S ，|- - > i - i i i i » i - i i (-J 7 7 j j # JJ * Z 7 1 U 7 7 1 性-F 1 4 1 BBrindiihB li r r a i 4 I I I d 1 n K i 1 h K j ». 1 2 U> «h> 屯1. 消醴儲嗚:即農(nóng)間步頭信號區(qū)間內(nèi).不要岌送任何RGB倩號.但時鐘信號不雜停 止 在同歩頭前沿區(qū)闔內(nèi)應(yīng)發(fā)老40牛時曾Uli1

19、H步頭睡沖區(qū)視內(nèi)發(fā)送126個時鐘罔 屈.同步頭后沿區(qū)間內(nèi)廈進88個時鐘周期2、號；即宴顯示出木M臨卓點 這時，應(yīng)址續(xù)發(fā)送800牛時鐘周期.每 Ittt期應(yīng)伴議著有效的RGB皆號.完成之后*這一行倍號就發(fā)送憲畢丁.如累禰想 g哼個屆乳 斷.境噲發(fā)法砂】亍農(nóng)紂如朋甘亍普號！-丨亍丫力州憶R.'右好茁”后面盤解*孔 現(xiàn)在売不費倉40MHz60Hz的關(guān)系也益在后面講到i.坨上*抽們可以知逋一F«效的行值號是總樣紐戚的了吃.即 4O+128+B8+0OO=1O56-4,實廣；其實VGAtt口井湮有時鐘特號.所以.這些時鐘周期信號轉(zhuǎn)址"為時間 塢顯示器識別*所以.右些資料讐把上

20、述的時鐘闔斛殺示為時間*怛筆看認為那樣 的方法芋窖驀殺接受也不曷理解“相辰.以時神闿期的方法兼示獄簡單冬了*如果 用FPG冉采駆動*逮種方法牠跟為葡單了.EI 3-1 一幾完韓的行仁號皓析2.5場信號如圖4-1所示，一個場信號是由若干行同步信號和有效的行信號組成的，具體的請看 圖，很詳細。如果是800*600的分辨率（刷新頻率為60Hz），就要發(fā)送600個行信號（當然 還有別的信號，看圖）。場同步信號以日00應(yīng)00分齒卑箱例+QOHz. it時的時抑周朋應(yīng)為«MHzIT '-'盯1消'營丄：即在Ifcx fll內(nèi)的信號展不捕慍示的，所lil發(fā)銖RGBI1號也是

21、淺右用 的capiatEifiJ內(nèi)訐同步信號是不魅少的*衽場屈步頭的繭沿jaatigic杼 同步話號場同步妹沖運問內(nèi)應(yīng)壩送4個行同歩倍號，1S同步臥的后沿應(yīng)握送23牛 懺同歩佶號就星平埔發(fā)諛RG呂佑號2有垃規(guī)二喑；：和被顯示謝來的彳亍低號這里養(yǎng)逹也發(fā)送60Q亍有效的行傅哥 t就塞奏帶1RGB的那科B +完成之肩.一赫樹站（即一個場恒粵軼扯送覽誠 丁.即整®皿幕都厲丁.3. 箋上.我怕司収擁UL -節(jié)場恬號：1+4+23+6OT=6264. MDHfrrHM： HH1S號列壊信萼的苗構(gòu)找忙已塑可UMtfj一楨救掾- 個煬苗號，前時閭為 1M0MHZ 11056*628=16 5792ms，1/H 6. S792m5=60Hr國4-1 一乍宦整的逮仁號解析更多關(guān)于 VGA分辨率的信息，請參考3. VGA驅(qū)動顯示器顯示動態(tài)數(shù)據(jù)采