Aufgabe 4: Bildschirmansteuerung

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1 Aufgabe 4: Bildschirmanseuerung G. Kemniz, C. Giesemann, TU Claushal, Insiu für Informaik 13. Dezember 2017 Zusammenfassung Vorgegeben is eine einfache Bildschirmanseuerung (VGA-Modus), mi der beispielhaf Bildelemene dargesell werden. Zu enwerfen is eine einfache Animaion, bei der ein kleines Bild mi Hilfe von Tasen auf dem Bildschirm beweg werden kann. Funkion Auf der Versuchsbaugruppe bende sich auch ein VGA-Anschluss zum Anschluss eines Compuerbildschirms. Die Bildschirmschniselle is für klassische Moniore mi Bildröhre ausgeleg. Das VGA-Signal kann aber auch an den VGA-Eingang eines TFT-Moniors angeleg werden. In einer Bildröhre wird das Bild zeilenweise mi einem Elekronensrahl geschrieben. An den 3 Kahoden (je eine für die Grundfarben ro, grün und blau) werden je nach Bildpunkhelligkei und -farbe in über das rgb-signal einsellbarer Menge Elekronen abgesrahl und durch die Anodenspannung von ewa V in Richung Bildäche beschleunig. Auf dem Weg zur Bildäche wird der Elekronensrahl durch Elekromagnee abgelenk. An der Aufschlagselle der Elekronen auf der Bildäche enseh ein leuchender Punk (Abb. 1). Abbildung 1: Funkion eines veraleen Röhrenmoniors [Nexys3 RM, S.15] Im VGA-Modus beseh ein Bild aus 480 Zeilen zu je 640 Bildpunken, die der Srahl nacheinander schreib. Zwischen den Zeilen kehr der Srahl zum Zeilenanfang zurück. Während des Srahlrücklaufs is der Srahl unsichbar, d.h. der Kahodensrom is gleich Null (Abb. 2). 1

2 Pixel(0, 0) Pixel(0, 639) Schreiben von 640 sichbaren Pixeln Srahlrücklauf (nich sichbar) Srom durch die horizonale Ab lenkspule Pixel(479, 0) Pixel(479, 639) Zei, in der die 640 Pixel geschrieben werden Srahlrücklaufzei gesame Zeilendauer Abbildung 2: Zeilenweises Schreiben der Bildpunke Die Grakkare sende an den Monior (vgl. Abb. 3): ˆ einen kurzen Sync.-Impuls zum Zeipunk des Srahlrücklaufs ˆ das rgb-signal in Form von 3 Spannungsweren im Bereich von 0 bis 1V (während des Srahlrücklaufs 0V). HS R, G, B Abbildung 3: VGA-Seuersignale für eine Zeile Für eine Auösung und 60 Bilder pro Sekunde gelen folgende Zeien: Dauer Take (f P ixel = 25 MHz) 1 3,84µs ,76µs ,36µs µs 800 Die Verikalanseuerung funkionier ähnlich. Zu Beginn eines jeden Bildes is ein verikaler Sync.- Impuls zu erzeugen, gefolg von wenigen dunkel geaseen Zeilen. Darauf folgen 480 sichbare und einige wenige unsichbare Bildzeilen (Abb. 4). 2

3 VS R, G, B Abbildung 4: VGA-Seuersignale für ein Bild Dauer Zeilen (f Zeile = 1 32µs = 31, 25kHz) 5 64µs µs ,352ms ,7ms 521 Die RGB-Signale werden über das Widersandsnezwerk in Abb. 5 erzeug. Rechs in der Abbildung is die Seckerbelegung des VGA-Anschlusses gezeig. Abbildung 5: VGA-Seuersignale für ein Bild Eine VGA-Anseuerschalung benöig mindesens einen Takeingang, 2 Sync.-Ausgänge und Ausgangssignale für die Helligkei und Farbe der zu schreibenden Bildpunke: 1 eniy vga i s 2 por ( 3 c l k : in sd_logic ; 100MHz Baugruppenak 4 hsync : ou sd_logic ; h o r i z o n a l e r Sync Impuls ( Z e i l e ) 5 vsync : ou sd_logic ; v e r i k a l e r Sync Impuls ( B i l d ) 6 rgb : ou sd_logic_vecor ( 7 downo 0) RGB S i g n a l 7 ) ; 8 end eniy ; 3

4 Die Farbwere sind als Konsanen vereinbar. Jeder Farbwer sez sich aus drei Bi für ro, drei Bi für grün und zwei Bi für blau zusammen. Für die Grundfarben gil: 1 Grundfarben "RRRGGGBB" 2 consan schwarz : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; 3 consan r o : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; 4 consan gruen : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; 5 consan blau : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; 6 consan g e l b : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; 7 consan cyan : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; 8 consan v i o l e : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; 9 consan w e i s : sd_logic_vecor ( 2 downo 0) := " " ; Die Anseuerschalung selbs benöig einen Spalenzähler und einen Zeilenzähler. Der Spalenzähler zähl mi dem 25MHz-Pixelak. Der Zeilen-Sync.-Impuls wird mi Rücksezen des Spalenzählers eingeschale und bei Zählersand 95 ausgeschale. Das Signal für die Dunkelasung während des Zeilenrücklaufs wird bei Zählersand 143 auf Null und bei Zählersand 783 auf Eins gesez. Bei Zählersand 799 wird der Spalenzähler rückgesez. Der Zeilenzähler schale bei jedem Zeilenwechsel weier und seuer in ähnlicher Weise die zugehörigen Sync.- und Dunkelassignale. Bildelemene dürfen nur im Bereich sichbarer Pixel erzeug werden, d.h. nur wenn die beiden Dunkelassignale Null sind. Zur Erzeugung von Linien werden Zeilen- und Spalenzähler mi vorgegebenen Weren verglichen. Ein gespeicheres Bild wird angezeig, indem ein Speicher mi der Spalen- und Zeilennummer adressier und der adressiere Speicherinhal als Bildsignal ausgegeben wird. Die Daei vga.vhd aus der zip-daei zeig das am Beispiel. Aufgabe 4.1: Anlysieren der vorgegebenen Schalung vga.vhd 1. Was für Bildelemene werden von der Schalung vga.vhd erzeug? 2. Wozu dien die Anweisung vsl_vc := o_unsigned(vcouner, 10);? 3. Warum wird das Bild in dem kleinen Speicher gespiegel? Wird es horizonal, verikal oder an der Diagonale gespiegel? 4. Wie groÿ is das gespeichere Bild (Zeilen- und Spalenzahl) und wie groÿ wird es dargesell? Aufgabe 4.2: Ausprobieren der vorgegebenen Schalung vga.vhd Ersellen Sie mi den Daeien vga.ucf und vga.vhd aus der zip-daei auf der Web-Seie ein neues ISE-Projek. Übersezen Sie es und programmieren Sie den Schalkreis. Zum Tesen is an den VGA-Anschluss ein Monior anzuschlieÿen (17" TFT aus dem Nachbarlabor auf dem Schrank link). Aufgabe 4.3: Erweiern der Beispielschalung 1. Ändern Sie das Beispielprogramm so, dass nur noch ein schwarzes Raser auf weiÿem Hinergrund dargesell wird. Absand der Raserlinien 10 Pixel. 2. Fügen Sie zu dem Raser ein Cursorbild in der Bildschirmmie hinzu. Das Bild, z.b. ein Kreis, soll als Bimap wie im Beispielenwurf im Feswerspeicher sehen. 3. Als nächses sollen sich die Cursorkoordinaen über Taser mi einer Geschwindigkei von ewa 4 Pixeln pro Sekunde ändern lassen: ˆ BTNR: nach rechs 4

5 Abbildung 6: Anschluss der Tasaur und des Logikanalysaors ˆ BTNL: nach links ˆ BTND: nach unen ˆ BTNU: nach oben Der Cursor soll sich nich aus dem Bild bewegen. Abgabekrierien ˆ funkionierende Bildschirmdarsellung 5