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基于FPGA的VGA波形显示系统设计与实现
摘要：
本文基于FPGA设计了一款VGA波形显示系统，实现了信号输入、波形显示和功能设置等三个部分的功能。通过FPGA芯片的实时性和高速性能，可以实现高精度、高速度、高灵敏度的波形显示。本系统具有易于携带、简单易用、功能强大等特点，具有较好的实用性。
关键词：FPGA、VGA、波形显示、系统设计、实现
一、绪论
VGA是一种计算机显示屏幕标准，它是由IBM在1987年创建并于1999年正式发布的。VGA（VideoGraphicsArray）的分辨率为640×480，色深度为256色，是一种比较常用的计算机显示模式。而波形显示则是将精度与时间两个维度的信号数据转化成二维区域图像进行显示的技术，广泛应用于电子测试、仪器仪表、医疗设备等领域。
由于FPGA芯片具有很高的可编程性、低功耗、高速性、实时性等优势，因此在波形显示系统的设计与实现中也有很广泛的应用。本文基于FPGA设计了一款VGA波形显示系统，将信号输入、波形显示和功能设置等三个部分划分为功能模块进行设计与实现。通过功耗等指标的测试，验证了本系统在稳定性与实用性上的优势。
二、系统设计
1.系统框架
本系统主要由VGA显示模块、输入模块、图像处理模块（包括坐标传输、图像数据处理、图像决策以及数据存储），以及状态控制模块四个部分组成，系统框图如下所示。
2.VGA显示模块
VGA显示模块的主要功能是将系统产生的图像信号输出到显示器上。本系统中采用的是640*480分辨率的VGA显示器，通过水平同步脉冲和垂直同步脉冲对图像进行定位和同步显示。
3.输入模块
输入模块的作用是采集外部信号，并将其传递到图像处理模块进行进一步处理。本系统采用可配置A/D转换器和传感器组成的输入模块，实现了对异态信号的采集和处理。
4.图像处理模块
图像处理模块包括坐标传输、图像数据处理、图像决策以及数据存储四个部分。其中坐标传输模块负责将输入信号的时间坐标信息传递到数据处理模块，图像数据处理模块则是将各个采集点的信号数据，并根据坐标信息进行数据处理和图像绘制。图像决策模块将完成图像的比较和降噪，在数据存储模块则将最终的数据进行存储。
5.状态控制模块
状态控制模块的作用是实现系统的启动，停止，参数设置等操作。用户可以通过状态控制模块对波形显示的放大比例、显示颜色、显示方式等参数信息进行设置和修改。
三、系统实现
1.硬件实现
本系统的所有模块均采用VHDL语言进行设计与实现。FPGA芯片的型号为Spartan-3E，输入模块采用Xilinx公司的AD7734A芯片，显示器采用LCD显示器。所有模块之间的数据传递通过FPGA芯片的管脚进行完成。
2.软件实现
在VHDL语言的设计过程中，本系统采用ISE软件进行设计，通过仿真和综合之后进行实现。FPGA芯片的控制程序中采用了C程序语言进行编写，并通过JTAG下载方式将其加载进入FPGA芯片中。
四、系统测试
本系统的测试主要从功耗以及实用性两个方面进行。在功耗测试中，测试结果表明系统的整体功耗控制得非常的好，稳定工作后性能表现优异。在实用性测试中，测试结果表明系统的实际工作效果较好，同时其具有易于携带、简单易用、功能强大等特点。
五、总结
本文从计算机生成的VGA视频信号和波形显示两个方面出发，基于FPGA芯片设计了一款VGA波形显示系统。本系统具有高速、高精度和高灵敏度等优点，同时具有可编程性好、低功耗、易携带等特点，在波形诊断、数据采集、信号分析等领域内具有广泛的应用前景。