欧姆龙安全控制器GSPNS的使用笔记.doc

欧姆龙安全控制器GSPNS的使用笔记正式版欧姆龙安全控制器G9SP-N20S的使用笔记1. 打开软件G9SP Configuratior，新建项目，在弹出的对话框中左侧列表选择安全控制器G9SP-N20S并拖动到CPU Unit框中，如果有其他扩展单元的，也按型号依次拖到右侧框中，如下图。单击下一步，2. 配置输入/输出端子，如下图。输入接三个急停按钮，每个急停有两组闭点，输出为继电器输出。3. 编辑输入/输出端子注释，如下图。也可以不编辑。4. 为安全PLC编程，如下图。详见：G9SP-N20S示例.gcf。摘要本文将介绍一个全桥逆变器，其基本电路结构是由四个N沟道的S管和专门的MO管驱动芯片IR2组成的全桥电路。由于H桥电路属于高压大电流所以本文通过光耦实现对控制电路的隔离。通过单片机产生的PW开关信号来控制桥的上管,产生的SPWM调制信号来控制H桥的下管，然后通过C滤波来实现C到AC的转化。为了有稳定的正弦波输出本文还采用了电压反馈。关键词:LN304、SPM、死区、浮地、C转化芯片。一、引言逆变器（inrter)是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为205H正弦或方波).应急电源，一般是把直流电瓶逆变成20V交流的.通俗的讲,逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电(AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。不过本文设计的是交流输出的逆变器。二、项目背景及意义生活中我们通常用到的用电设备都是由24V交流电源供电，况且电网只能提供2V的交流电，这时我们就需要由逆变器吧各种直流电源逆变为4V交流电源,为用电器供电，对于这个移动的社会在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的24伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。三、任务要求（1)在交流供电U1=36C和直流供电U1=36V两种情况下，保证输出电压2=24VA,且保证其频率为501H，额定输出电流1A；(2）交流供电时，电源达到以下要求:1）电压调整率：满载条件下，U1从9VA增加至3VAC,变化不超过5%； 2)负载调整率：1=36VC、=2VAC，从空载到满载,U2变化不超过；（3） 具有输出短路保护功能。（4） 满载条件下，输出为正弦波,失真度不大于。逆变器设计的总体框架图：图一：总体框架图四、逆变硬件电路的设计（1)H桥半桥逆变功率转换主电路与全桥电路的区别就是,用另外两只电容代替两个同样的开关管,即由 2只开关管和电容组成逆变开关电路。从电路图上可以很方便的看出一点明显的区别，就是开关管的数量不同.半桥式电路的开关管数量少，成本也就相应的低。全桥式电路有4 只开关管，需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管，那就难免导致驱动电路的复杂。半桥式电路由于只有两只管子，没有同时通断地问题,且其抗不平衡能力强,也就是说对 duty的要求不是很高，所以驱动电路相对于全桥就简单很多。半桥和全桥电路的适用场合也不相同。半桥式电路变压器原边电压为 1/2Vc ,而全桥式电路变压器原边电压为 Vdc。 =V 原边 *I 输入 ，要想输出相同的功率,半桥式电路的输入电流就要是全桥式电路的 2 倍;换句话说,如果他们的开关电流一样，电源输入电压也相等,半桥式的输出功率将是全桥式的一半.因此，半桥式电路不适用于大功率的逆变电路。而且，由于其输入电压电流的不同,变压器的设计上也存在一定的区别,半桥式电路变压器原边线径要粗一些，全桥式电路的原边线圈匝数则要相对多一些.但由于考虑到半桥电路是根据2个相同的电容来实现对Vdc的分压，而实际中比较难实现完全相等的分压效果,所以本文还是采用了全桥电路。全桥电路可以采用MOS管、三极管、B组成。但是一般采用主要MO管,与三极管相比MO管只需要电压，而三极管必须需要一定的前级电流，这样会导致前级驱动电路的功耗加大,结构也更复杂。而OS管与IGT相比则又稍差点,主要是因为IG可以输出很大的电流，但是IG的价格比较贵，综合考虑本文采用了MOS管。我们知道由MO管组成的全桥电路有两种:四个N沟道的MOSET、两个P沟道两个N沟道的SFE，具体如下图2,3.图2：4N沟道H桥电路 图3：上管P沟道的H桥电路第一种方案它的优点是价格比较便宜，而且N沟道输出的电流比P沟道要大很多。但是从驱动电路来说,相比与上管为P沟道的MOS管要复杂的多，它需要浮地驱动。而上管为P沟道的MOS管只需经过一个三极管就可以了，具体电路如图4.但是由于设计要求需要1A的输出电流，所以本文采用了第一种方案。图4：三极管驱动电路(2)驱动电路由于本文采用了4个N沟道构成的H桥主控电路,所以驱动电路用分立元件搭会比较的复杂所以本文采用了R2110.IR20是IR公司生产的大功率MOSFT和IGT专用驱动集成电路，可以实现对OSFE和IGT的驱动,同时还具有快速完整的短路保护电路。IR210的内部结构图如下图5。 图5:R2110的内部结构图图中HIN和LN为逆变桥中同一桥壁上下两个功率MOS管的驱动脉冲信号输入端。SD为保护信号的输入端,当该脚为高电平时，R21的输出信号全被封锁，其对应的输出端恒为低电平;而当该引脚为低电平时,I2110的输出信号随IN和LIN而变化。在实际电路中，该端接用户保护电路的输出。HO和LO是两路驱动信号的输出端,驱动同一桥壁的MOSET，短路保护电路如图6。图6：短路保护电路我们知道四个N沟道组成的H桥电路，需要浮地驱动.下面就介绍下I10的高压侧悬浮驱动的原理.I21 用于驱动半桥的电路如图 所示。图中C1、D 分别为自举电容和二极管，C2 为C 的滤波电容。假定在1 关断期间C1 已充到足够的电压（VC1VCC）。当HIN 为高电平时VM开通，M2 关断，V 加到 的门极和发射极之间，C1 通过M1,Rg1 和S1门极栅极电容Cg 放电，gc1 被充电。此时VC1 可等效为一个电压源。当HIN为低电平时,VM2 开通，VM1 断开，S1 栅电荷经g1、2迅速释放，S关断。经短暂的死区时间（td)之后，LIN 为高电平,S2 开通，VCC经VD1，S2 给1 充电,迅速为C补充能量。如此循环反复。图7:I11的浮地驱动自举电容的设计,我们知道MOS管开通时，需要在极短的时间内向门极提供足够的栅电荷。假定在器件开通后，自举电容两端电压比器件充分导通所需要的电压(10V，高压侧锁定电压为8.8.3V)要高;再假定在自举电容充电路径上有.5V 的压降(包括VD1 的正向压降)；最后假定有1/ 的栅电压（栅极门槛电压VTH通常3）因泄漏电流引起电压降.综合上述条件,此时对应的自举电容可用下式表示：C1=Q/（V10.）。例如IRF8 MOSFET来说充分导通时所需要的栅电荷Qg=2*14n（可由特性曲线查得）,VC=5V，那么C1=22510*1-/(15-101。5)1。406 可取C=2。2 或更大一点的,且耐压大于35V的钽电容.我们知道驱动电路一般都处于弱电和强电之间,所以为了提高系统的稳定性和安全性，本文采用了TLP50（光耦隔离芯片)。图8:光耦隔离(3)辅助电源由于本文需要12V、5、5的辅助电源,所以本文采用了inkSwich系列四端非隔离式、节能型单片开关电源专用IC。它是专门为取代家用电器及工业领域所用小功率线性电源而设计的，不仅去掉笨重的电源变压器,还克服了阻容降压式线性电源负载特性差的缺陷。本文采用了LikSwitch系列中的LNK34专用开关电源IC，其输入电压范围在交流52V范围且具有良好的电压调整率和负载调整率。而且从它的PDF文档中也不难看出它可以采用直流输入.图8：LNK的应用电路(4）反馈电路A736由于任务要求交流供电时，电源达到以下要求：）电压调整率:满载条件下，1从29AC增加至VAC，U变化不超过%； 2)负载调整率：U1=36AC、U2=24VAC,从空载到满载,变化不超过5；所以本文采用了真有效值转换芯片AD736,AD76是经过激光修正的单片精密真有效值DC转换器.其主要特点是准确度高、灵敏性好（满量程为200mRMS)、测量速率快、频率特性好（工作频率范围可达460kHz)、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为20A。用它来测量正弦波电压的综合误差不超过3% A736有多种应用电路形式，图9为双电源供电时典型的应用电路.该电路的Vs与CO、Vs与OM之间均应并联一只0.uf的电容以便滤掉该电路中的高频干扰，c起隔直作用。如果按图中虚线方向将1脚和脚短接而成Cc失效，则所选择的就是AC+DC方式;如果去掉短路线，即为AC方式。R为限流电阻，D1和2为双相限幅二极管,起过压保护作用.图9:D736外围电路五、 逆变软件部分的设计全桥逆变控制方式主要分为双极性控制方式和单极性控制方式。双极性控制是对角的一对开关为同步开关，桥臂上下管之间除死区时间外为互补开关,控制相对简单,但是它的开关损耗高,存在很大的开关谐波,电磁干扰大,而单极性控制可以很好地解决这些问题。全桥逆变器单极性控制仅用一对高频开关，相对于双极性控制具有损耗低、电磁干扰小、无开关频率级谐波等优点，正在取代双极性逆变控制方式。但由于控制环路的延时作用，单极性控制方式的逆变器仍然受一个问题的困扰,即在过零点存在一个明显的振荡。本文采用的是单极性SPWM，我们知道可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对功率开关器件的通断进行控制，就可以生成PM波形.但这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。微机控制技术的发展使得用软件生成的SPWM波形变得比较容易，因此，目前SW波形的生成和控制多用微机来实现.本文主要介绍软件生成PM波形的几种基本方法。(1）自然采样法按照W控制的基本原理,在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成SWM波形的方法称为自然采样法.正弦波在不同相位角时其值不同,因而与三角波相交所得到的脉冲宽度也不同。另外,当正弦波频率变化或幅值变化时,各脉冲的宽度也相应变化。要准确生成PWM波形，就应准确地算出正弦波和三角波的交点。图：生成SWM波形的自然采样法交点是发出脉冲的时刻A,交点B是结束脉冲的时刻B，t2为脉宽，t3为脉宽间歇时间，Tct1+t+t3。为载波周期,M=Um/Utm为调制度，Ur为调制波幅值,Ut为载波幅值。设Um=1，则rm=M，正弦调制波为ur=Msn1t,1为调制频率,也是逆变器输出频率。由几何相似三角形关系可得脉宽计算式t2=Tc/21+M/2（si1tsin1B）这是一个超越方程,tA、B与载波比和调制度都有关系，求解困难，并且tlt，计算更增加困难，这种采样法不适宜微机实时控制.（2） 规则采样法1自然采样法的主要问题是PM波形每个脉冲的起始和终了时刻tA和tB对三角波的中心线不对称，使求解困难.如果设法使SPWM波形的每一个脉冲都与三角载波的中心线对称，于是就可以简化，而且两侧的间隙时间相等，即t1=t3，从而使计算工作量大为减轻。规则采样法有两种，图10为规则采样I法。其特点是：它固定在三角载波每一周期的正峰值时找到正弦调制波上的对应点，即图中点,求得电压值d。用此电压值对三角波进行采样，得A、B两点,就认为它们是PWM波形中脉冲的生成时刻，、B之间就是脉宽时间t2。规则采样I法的计算显然比自然采样法简单，但从图中可以看出，所得的脉冲宽度将明显地偏小,从而造成不小的控制误差。这是由于采样电压水平线与三角载波的交点都处于正弦调制波的同一侧造成的.图11：规则采样法1()规则采样2图1中仍在三角载波的固定时刻找到正弦调制波上的采样电压值,但所取的不是三角载波的正峰值,而是其负峰值，得图中E点，采样电压为r。在三角载波上由Ur水平线截得A、B两点,从而确定了脉宽时间2。这时，由于A、B两点坐落在正弦调制波的两侧,因此减少了脉宽生成误差，所得的SPM波形也就更准确了。规则采样法的实质是用阶梯波来代替正弦波,使算法简化.在规则法中，三角波每个周期的采样时刻都是确定的,不作图就可算出相应时刻的正弦波值。以规则采样法为例，采样时刻的正弦波值依次为si1te、sin (1e+Tc）、Msin (1te+c）,由几何相似三角形关系可得脉宽计算公式2=Tc/2（1+Msin1te）,间歇t1=t1/2（c-）。图12：规则采样法2本文采用的是规则采样法来生成PWM波，下面是程序设计的流程框图。图13：SPWM生成的流程框图六、 电路仿真和结果分析（1） SPWM的生成 图14：PWM的仿真图 两路互补的PWM波形两路互补的PW波形(2）输出波形空载输出波形 带载输出波形附件A逆变电路的原理图附件B逆变的PB图四川师范大学成都学院本科毕业设计基于的VGA图像显示控制器设计学生姓名郑旺明学 号200804058所 在 系电子工程系专业名称电子信息工程(工民电)班 级208级2班指导教师胡迎刚四川师范大学成都学院二一二年五月摘要本文介绍了一种利用可编程逻辑器件实现VGA图像显示控制的方法,阐述了VA图像显示控制器中GA显像的基本原理以及功能演示，利用可编程器件FPA设计VGA图像显示控制的HDL设计方案，并在Altera公司的QurtusI软件环境下完成VA模块的设计.而且给出了VGA模块的设计思路和顶层逻辑框图.最终实现G图像显示控制器，VA图像控制器是一个较大的数字系统，传统的图像显示的方法是在图像数据传输到计算机,并通过显示屏显示出在传输过程中,将图像数据的PU需要不断的信号控制，所以造成CPU的资源浪费，系统还需要依靠计算机，从而减少了系统的灵活性.PA芯片和EDA设计方法的使用,可根据用户的需求，为设计提供了有针对性的VG显示控制器,不需要依靠计算机，它可以大大降低成本,并可以满足生产实践中不断改变的需要，产品的升级换代和方便迅速。关键词:可编程逻辑器件 VA 图像控制器AstrctThi pa intodces a in f make use of the prgramabe ogicdicesa Gimaesho ontolmthod, d expounds the VGA iaes how contoller GAiaingthe bic princil and the demouction, using h prgrammbe devieFGA dign V as s the onrol deign HDL, Atr company n eQuartusII softare enviroe mpee VGAmoduldesgn.Given th VG odle, he desin dea ad p loc diarm。 Finaly rliet VA imagdisply conroller，VA ige cotrle is a largerumberystm,h tradiionalimae sho thmthodis in th mgeda trnmissiotohecopute， dthrough the rnsws ith tranision process，teimgta CPU rquires consnt ignal control, therfor crates PU resourcswse， theytem also eed to elon he cmpur, thus dcngth flxibilt fhe sstem。 PGA chip ad EAdesgn ehodofuse, ca acordinto csmr demand,desgnetoprovide targete A dislay cntoler，dont nee rel onthecmpter,it an geaty rduce e ot， and ca satsfy the produtionpraicechaning needs,prodc pgrdng ad onvein quickly。Keywords:gammablelogic evices VG mage cntrller目 录前 言5第1章 VG概述61. VGA显示技术的发展概况61。 GA显示接口713 GA显示原理81. G时序10第2章 FPGA简介及设计流程12 FPA简介1322 FPA设计流程1423 VHDL简介62。4 urtu I简介1第3章 设计方案13。 设计的主要内容193.2 设计原理19第4章 系统实现2141 VGA显示控制模块214。2 igom（图像数据RO)244。1 图像原理44.2.2 具体实现步骤254.3 二分频模块284。4 地址发生器模块295 顶层设计294。6设计结果31第5章 结束语33附 录35显示扫描模块代码5二分频器模块代码36地址发生器模块代码37参考文献38前言现在社会，以计算机技术为核心的信息技术飞速发展,以及信息的爆炸式增长，人们获得很大一部分的视觉信息是从各种电子显示设备上获得的，为此对电子显示设备的要求也越来越高，在这些因素影响下,显示技术也取得了快速发展。18年IM推出了一种高分辨率的视频传输标准即VGA(视频图形阵列）,其具备显示速度快,分辨率高，和丰富的颜色等特点。被广泛应用于彩色显示领域。使用VGA显示控制器的FPGA设计有着高度的灵活性,并能够根据不同类型,规模,和不同的适用场合，尤其是工业产品,做一些特殊的设计，用最低的价格，满足系统的要求，并能解决一般显示控制器本身固有的一些点。VGA图像控制器是一个较大的数字系统，传统的图像显示的方法是将图像数据传输到计算机,并通过显示屏显示出在传输过程中，在图像数据中的芯片需要不断的信号控制，所以造成芯片的资源浪费，系统还需要依靠计算机，从而减少了系统的灵活性。采用FPG芯片和E设计方法，可根据用户的需求，为设计提供了有针对性的VA显示控制器不需要依靠计算机,它可以大大降低成本，并可以满足生产实践中不断改变的需要，产品的升级换代和方便迅速。第1章 VGA概述伴随着市场上液晶显示器的出现,越来越多的数字产品开始使用液晶作为显示终端，不过基于VG标准的显示器仍是目前普及率最高的显示器。如果想要驱动此类显示器，必须得有很高的扫描频率，以及极短的处理时间，综合诸多特点需要，所以选用FPG来实现对VGA显示器的驱动。本次毕业设计即选用FPGA来实现GA的显示.现在,基于FPGA的设计方案越来越被用于更多的嵌入式系统,在基于FPA的大规模嵌入式系统设计中，为了更好的实现VGA显示功能,既能使用专用的VG接口芯PX711等,又可以设计和使用基于FPGA的A接口软核,其优点在于能使用VGA专用芯片具有更稳定的A时序和更多的显示模式可供选择。此外设计和使用VGA接口软核更具有以下几点优势:使用芯片更少,节省板上资源，布线难度大大减少. 当高速数据进行传输时，减少高频噪声干扰。 采用PG（现场可编程门阵列）设计的VGA接口可以将要显示的数据直接传送到显示器，跳过计算机的处理过程，加快了数据的处理速度,从而有利的节约硬件成本。整体设计费用降低,产品更具有价格优势。现代E软件发展迅速,设计、仿真 更容易实现，量化设计中各个环节，使得设计周期日益缩短.。1 GA显示技术的发展概况GA接口，它是一种被广泛应用的标准显示接口，大多数的显卡和显示器之间，以及二色等离子的电视输入图像模数的转换上使用了VA接口。它同样还被用于LCD的液晶显示设备,随着微电子制造工艺的发展，可编程逻辑器件也取得了长久的进步，早期的元器件只可以存储很少的数据,逻辑功能实现更为简单,然而发展至今，其完成的逻辑功能相对复杂,规模更大，速度更快，功耗更低！现阶段可编程逻辑器件主要有两大类,现场可编程逻辑器件(FGA）和复杂可编程逻辑器件(CPLD).FPGA的运行速度快,管脚资源更加丰富,大规模的系统设计的实现相对简单，大量软核可供使用用，有利于二次开发使用，不仅如此，而且PGA具备可重构的能力，抗看等特点。因此，工业控制及其他领域也更加重视使用FPGA,利用FPG完成GA显示控制，可以使图像的显示脱离PC机的控制，形成体积小、功耗低的格式嵌入式系统（便携式设备或手持设备)，应用地面勘测，性能检测等方面，具有重要的现实意义1。本设计在FGA开发板上使用V接口的显示器显示彩条及简单的图形，可以成为整个采集系统的参考设计,实用价值良好. G显示接口VA接口是一种D型接口，上面共有15针孔,分成三排,每排五个。 其中，除了根NC（NtCnnect)信号、3根显示数据总线和5个GN信号，比较重要的是3根RG彩色分量信号和2根扫描同步信号HS和VSY针2.VA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，多数的显卡都带有此种接口。其排列及接口定义如图1。21所示：图12-1 VGA接口图在基于FPGA的A控制中，只需要考虑行场同步信号(V）、同步信号(s)、蓝基色(）、红基色（B）、绿基色（G）这5个信号.一旦能够从GA发出这5个信号到VGA接口，就表示可以实现对GA的控制。3 VA显示原理VGA显示的图像原理：常见之彩色显示器,一般由CRT(即：阴极射线管）构成。彩色则由，B(红:D,绿：GREEN,蓝：BE这三基色够成.显示则采取逐行扫描得方式解决,使得从阴极射线枪中发出的电子束得以打在具有荧光粉得荧光屏上，产生,G,三基色的彩色像素.扫描随即开始从屏幕的左上方进行,从左到右，从上到下，进行扫描,每扫完了一行，电子束则返回于屏幕左边下面一行的初始位置,在这期间,R把电子束消隐了,每行完成结束时，行同步则采用行同步信号进行,扫描完所有行;场同步则采用场同步信号进行，并使扫描回到屏幕的左上方，同时场消隐进行,准备下一场的扫描.它的行、场扫描时序示意图如图1。3所示。现拿正极性分析，说明R的全工作过程:R，G,B呈现正极性的信号，即视为高电平是有效的。当V=O、S=O时，CRT的内容被显示为亮的过程，即是正向扫描的过程大致为26,当一行被扫描完成后,行同步SI,约需6s；其间,RT的扫描会产生消隐,电子束即回到RT的左边的下一行得起始位置（XO,Y=)，当扫描完成了480行以后，场同步V=,场同步的产生使扫描线回到CRT得第一行第一列（X=O，处，大约两个行周期)。和Vs的时序图。行同步的消隐时间T1(约为S);行显示的时间2（约为26s）;场同步的消隐时间T(两行周期）;场显示的时间T(480行周期）。 图1.3 行、场扫描时序示意图VG得图形模式可以分成三类：G、EA兼容的图形模式,标准的VA图形模式及VG扩展图形模式。后两种图形模式统称为VA图形模式。本设计基于标准VGA模式来实现.通常我们接触的彩色显示器绝大多数是由C（阴极射线管)组成的,每个像素得色彩均由红、绿、蓝三基色组成.采用逐行扫描得方式进行显示。阴极射线管中的电子枪在VG显示模块产生的水平同步信号和垂直同步信号同时控制下产生电子束,使含有荧光粉得屏幕遭到轰击，产生红、绿、蓝三基色,合成一个新的彩色像素点在显示屏上.图1。32表示的是VGA显示模块与CT显示器的控制框图。图1.32VA显示模块与CRT显示器的控制框图屏幕扫描即是电子束扫描一幅屏幕图像上的各个点的过程。当今的显示器都采用光栅扫描这一方式来进行它的屏幕扫描。电子束在光栅扫描下按照固定的路径扫过整个屏幕，在整个扫描中，电子束所通过的每一个点是否显示或已经显示得颜色是通过判断电子束的通断强弱来进行控制的，电子枪在VGA显示模块产生的行同步和场同步等控制信号的作用下能够进行包括水平扫描，水平回扫,垂直扫描和垂直回扫等过程4。这种光栅扫描一般具备以下路径：在每一行从上到下并从左到右进行扫描。它具有如下过程：电子束首从屏幕的左上角开始向右扫,当达到屏幕得右边缘时，电子束(水平消隐）被关闭，并迅速回到屏幕的左边缘（水平回扫）。如果所有的水平扫描都以完成，电子束被结束并关闭在屏幕的右下角,随即及时回到屏幕得左上角（垂直回扫）,启动下一次的光栅扫描。硬件进行编程之后,会输出标准VGA信号(红，绿，蓝三色信号和行、帧同步信号），链接15针A接口后输出至显示器，方能具备显示驱动程序的能力，驱动显示器显示各种图像信号。板上的VGA接口只需使用其中的五个引脚，其中行、帧同步信号直接由FGPA输出；红、绿、蓝三色信号使用FA上个引脚,8位数据，其中红色两位,绿色及蓝色各三位，通过电阻网络D/A变换后在显示器显示输出值，A转换器在这个电阻网络上被模拟,输入信号的电压被分成几段。这样执行的原因，一方面是由于显示24位真彩色很少在实际应用被用到。此外考虑节约成本得想法,由于要用到专用DA转换器，成本必会增加。硬件电路如下图1.33所示：图1。33 VGA接口与FPG的硬件电路图4 GA时序VGA图像显示控制的设计需要注意两个问题：其中之一便是是时序的驱动，此乃完成设计的关键，时序若有不同,便不正常显示,甚者会损害彩色显示器；最后是VGA信号的电平驱动。针对开发板的条件,若想得到MHz的像素频率输出，则必须采用50MH的系统时钟进行分频。FPGA通过串联电阻直接驱动5个GA信号。每个颜色信号串一个电阻,每位的颜色信号分别是VGA_ED，VGABUE，_GREN。每个电阻与终端的75欧电缆电阻相结合，保证颜色信号维持在VGA规定的0V。7V之间。VAHNC和VA_VSNC信号使用LVTT或VCMOS3I/O标准驱动电平.通过VA_RED、V_BLUE、VGAREE置高或低来产生8中颜色,如表1.4-1所示：表.4-1 颜色对照VG_REVG_GREENVGA_BLEReslig oor0Bk0Ble0Gren011Cyan10Re101agt1Yellow111hieVG信号的时序由视频电气标准委员会（VESA）规定。以下提供的V系统和时序信息作为例子来说明FPGA在40模式下是如何驱动VGA监视器的.VGA显示器基于CRT，使用调幅模式,移动电子束（或阴极射线)在荧光屏上显示信息。LCD使用矩阵开关给液晶加压,在每个像素点上通过液晶来改变光的介电常数。尽管下面的描述仅限于RT，CD已经发展到可以同CT使用同样的时序信号了。因此，下面的讨论均适合RT和LCD。在CRT显示器中,电流的波形通过蹄形磁铁产生磁场，使得电子束偏转,光栅在显示屏上横向显示,水平方向从左至右,垂直方向从上至下。当电子束向正方向移动时，信息才显示，即从左至右、从上至下。如果电子束从后返回左或顶边，显示屏并不显示任何信息。在消隐周期电子束重新分配和稳定于新的水平或垂直位时，丢失了许多信息。显示协议定义了电子束的大小以及通过显示屏的频率，该频率是可调的。现在的VG显示屏支持多种显示协议，VGA控制器通过协议产生时序信号来控制光栅。控制器产生同步脉冲TTL电平来设置电流通过偏转磁铁的频率,以确保像素或视频数据在适当的时间送给电子枪。视频数据一般来自重复显示存储器中一个或多个字节它们被分配到每个像素单元.入门实验板使用每个像素中的3位,产生图8中可能的一种颜色。控制器指定视频数据缓冲器以备电子束通过显示屏.然后，控制器接收并利用视频数据在适当的时间显示,电子束移动到指定的像素点。GA控制器产生水平同步时序信号(H）和垂直同步时序信号（VS），调节在每个像素时钟视频数据的传送。像素时钟定义了显示像素信息的有效时间段V信号定义显示的更新频率,或刷新屏幕信息的频率。最小的刷新频率是取决于显示器的亮度和电子束的强度,实际频率一般在0Hz之间.给定的刷新频率的水平线的数量定义了水平折回频率.下表1。4-的时序信号是64080，像素时钟5Mhz，刷新频率60z.图1.4-2说明了每个时序的联系.表42 640X40时序信号SymbolPameterVetcal yHorizonta SyncTimeClocksLiensimeClksTSSync puleti16.7ms4168，00523s800TDSispay tie15。36m384，004802。6s640TPWPlse widt4s,60023.496PFrntpch320s8，001601TPBackPoh9823,2002.9s48图.42 各时序之间的联系第章 FPGA简介及设计流程2.1 PA简介目前以硬件描述语言(erlo或H）所完成的电路设计，经过简单的综合与布局,可以很快的烧录到FPG上进行测试，是现代IC设计验证的主流技术。这些可编辑的元件可以用来获得一些基本的逻辑门电路（如，AND，XO，NOT）,或更复杂的组合功能,如解码器或数学方程。在大部分的PGA内,这些可以编辑部件包括记忆元件，如触发器（lilop）或其他更完整的记忆块。系统设计者可以根据需要,通过编辑的逻辑连接FPGA内部链接,就像一个电路测试板是放在一个芯片他们离开后成品砖和FG逻辑连接可以改变根据设计师的设计，可以完成需要的PA逻辑功能。FPG在总体来说比SIC（专用集成芯片)速度将会放缓，无法完成复杂的设计,消耗更多的能量.但是他们也有许多优势,例如可以很快的成品,可以修改,以纠正错误的程序和便宜的成本。FPA是在PAL(Pograable Arra Log2i），AL(GeericPAL）等基础上发展起来,是一种具有丰富的可编程O引脚、逻辑宏单元、门电路以及AM 空间的可编程逻辑器件,大概所有应用了门阵列、L与中小规模通用数字集成电路的场合均可应用PG和LD器件。CLD得设计基于E2CMOS工艺,它的基本逻辑单元则是由一些与、或阵列外加触发器构成的,但FGA则选择RA工艺进行设计，基本逻辑单元依据查找表而进行设计.查找表（LokU-Tal）即LU,LUT实际上是个RAM，使输入信号的各种组合功能得以一定的次序写入RAM中，然后特定的函数运算结果被输出于输入信号的作用下.目前FPGA中多使用4输入的，为此每一个U都被看成一个有4位地址线的161的。一旦用户采用原理图或L语言描述一个逻辑电路时,逻辑电路的所有可能出现的结果都可被FPGA开发软件自动计算出，并且会把结果事先写入,为此，每当输入一个信号进行了逻辑运算也就同等于输入一个地址进行查表，找到地址相对应得内容，然后输出便可以。表2.1是一个4输入与门得例子.表2.-1 4输入与门对应的查找表实际逻辑电路LT得实现方式,，c，d,输入逻辑输出地址AM中存储的内容000000000000000101111111因为进行静态存储器UT是主要生产过程，截止目前，绝大多数的FG是基于静态存储器的过程，在这个过程中静态存储器芯片电源开启和关闭后信息将被丢失，必须需要额外的一个特殊的配置芯片,在通电的时候，通过特殊的配置芯片把数据加载在PGA，然后FPGA能够正常工作,由于配置一个很短的一段时间里，不会影响到系统正常工作。2 GA设计流程一般来讲，FPG的完整设计过程，包括