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VGA显示原理、时序标准及相关参数
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在博客https://blog.csdn.net/qq_51264805/article/details/122304834?utm_source=app&app_version=4.21.0&code=app_1562916241&uLinkId=usr1mkqgl919blen中我们对VGA进行了简单介绍。 而在博客https://blog.csdn.net/qq_51264805/article/details/122306440中我们针对下面赘述的VGA显示原理，时序标准编写的代码，读者可自行查看 下面就VGA显示原理进行说明： VGA 显示器显示图像，并不是直接让图像在显示器上显示出来，而是采用扫描的方式，将构成图像的像素点，在行同步信号和场同步信号的同步下，按照从上到下、由左到右的顺序扫描到显示屏上。VGA 显示器扫描方式，具体见图 1 。
图 1 VGA显示器扫描方式 结合 VGA 显示器扫描方式示意图，我们简要说明一下 VGA 显示器的扫描规律。 (1) 在行、场同步信号的同步作用下，扫描坐标定位到左上角第一个像素点坐标； (2) 自左上角 ( 第一行 ) 第一个像素点坐标，逐个像素点向右扫描 ( 图中第一个水平方向箭头) ； (3) 扫描到第一行最后一个数据，一行图像扫描完成，进行图像消隐，扫描坐标自第一行行尾转移到第二行行首( 图中第一条虚线 ) ； (4) 重复若干次扫描至最后一行行尾，一帧图像扫描完成，进行图像消隐，扫描坐标跳转回到左上角第一行行首( 图中对角线箭头 ) ，开始下一帧图像的扫描。 在扫描的过程中会对每一个像素点进行单独赋值，使每个像素点显示对应色彩信息， 当一帧图像扫描结束后，开始下一帧图像的扫描，循环往复，当扫描速度足够快，加之人 眼的视觉暂留特性，我们会看到一幅完整的图片，而不是一个个闪烁的像素点。这就是 VGA 显示的原理。 VGA时序标准介绍： 为了适应匹配不同厂家的 VGA 显示器， VGA 视频传输接口有自己的一套 VGA 时序标准，只有遵循 VGA 的时序标准，才能正确的进行图像信息的显示。在这里我们以 VESA VGA 时序标准为例，为大家讲解一下 VGA 时序标准，具体见图 2 。
图 2 VESA VGA时序标准图 由 VESA VGA 时序标准图可知， VGA 时序由两部分构成，行同步时序与场同步时序，为了方便大家理解，我们将行同步时序与场同步时序分开讲解。 (1) 行同步时序，具体见图 3 。
图 3 行同步时序图 图中 Video 代表传输的图像信息， HSync 表示行同步信号。 HSync 自上升沿起到下一个上升沿止为一个完整周期，我们称之为行扫描周期。 一个完整的行扫描周期，包含 6 部分： Sync （同步）、 Back Porch （后沿）、 Left Border（左边框）、 “Addressable” Video （有效图像）、 Right Border （右边框）、 Front Porch（前沿），这 6 部分的基本单位是 pixel （像素），即一个像素时钟周期。在一个完整的行扫描周期中，Video 图像信息在 HSync 行同步信号的同步下完成一行图像的扫描显示，Video 图像信息只有在 “Addressable” Video （有效图像）阶段，图像信息有效，其他阶段图像信息无效。 HSync 行同步信号在 Sync （同步）阶段，维持高电平，其他阶段均保持低电平，在下一个行扫描周期的 Sync （同步）阶段， HSync 行扫描信号会再次拉高，其他阶段拉低，周而复始。 (2) 场同步时序，具体见图 4 。
图 4 场同步时序图 理解了行同步时序，场同步时序就更容易理解了，两者相类似，如图 28-8 所示，图中Video 代表传输的图像信息， VSync 表示场同步信号， VSync 自上升沿起到下一个上升沿止为一个完整周期，我们称之为场扫描周期。 一个完整的场扫描周期，也包含 6 部分： Sync （同步）、 Back Porch （后沿）、 Top Border（上边框）、 “Addressable” Video （有效图像）、 Bottom Border （底边框）、 Front Porch（前沿），与行同步信号不同的是，这 6 部分的基本单位是 line （行），即一个完整的行扫描周期。 在一个完整的场扫描周期中，Video 图像信息在 HSync （行同步信号）和 VSync （场同步信号）的共同作用下完成一帧图像的显示，Video 图像信息只有在 “Addressable” Video（有效图像）阶段，图像信息有效，其他阶段图像信息无效。VSync 行同步信号在 Sync （同步）阶段，维持高电平，其他阶段均保持低电平，完成一个场扫描周期后，进入下一帧图像的扫描。 综上所述，将行同步时序图与场同步时序图结合起来就构成了 VGA 时序图，具体见图 5。
图 5 VGA时序图 图中的红色区域表示在一个完整的行扫描周期中，Video 图像信息只在此区域有效，黄色区域表示在一个完整的场扫描周期中，Video 图像信息只在此区域有效，两者相交的橙色区域，就是 VGA 图像的最终显示区域。以上就是对 VGA 时序的讲解，请大家理解掌握。 VGA 显示模式及相关参数 行同步时序可分为 6 个阶段，对于这 6 个阶段的参数是有严格定义的，参数配置不正确，VGA 不能正常显示。 VGA 显示器可支持多种分辨率，不同分辨率对应个阶段的参数是不同的，常用 VGA 分辨率时序参数，具体见图 6 。
图 6 VGA不同分辨率参数
下面我们以经典 VGA
显示模式
640x480@60
为例，为读者讲解一下
VGA
显示的相关参数。
(1) 显示模式：
640x480@60
640x480 是指 VGA
的分辨率，
640
是指有效显示图像每一行有
640
个像素点，
480
是
指每一帧图像有
480
行，
640 * 480 = 307200
≈
300000
，每一帧图片包含约
30
万个像素点，之前某品牌手机广告上所说的 30
万像素指的就是这个；
@60
是指
VGA
显示图像的刷新频率，60
就是指
VGA
显示器每秒刷新图像
60
次，即每秒钟需要显示
60
帧图像。
(2) 时钟
(MHz)
：
25.175MHz
这是 VGA 显示的工作时钟，像素点扫描频率。
(3) 行同步信号时序
(
像素
)
、场同步信号时序
(
行数
)
行同步信号时序分为 6 段，
Sync
（同步）、
Back Porch
（后沿）、
Left Border
（左边
框）、
“Addressable” Video
（有效图像）、
Right Border
（右边框）、
Front Porch
（前沿），这 6
段构成一个行扫描周期，单位为像素时钟周期。
同步阶段，参数为 96，指在行时序的同步阶段，行同步信号需要保持
96
个像素时钟周期的高电平， 其他几个阶段与此相似。
场同步信号时序与其类似，只是单位不再是像素时钟周期，而是一个完整的行扫描周
期，在此不再赘述。
在这里，我们看回图 6，由图可知，即使
VGA
显示分辨率相同，但刷新频率不同的话，相关参数也存在差异，如 640x480@60
、
640x480@75
，这两个显示模式虽然具有相同的分辨率，但是 640x480@75
的刷新频率更快，所以像素时钟更快，时序参数也有区别。
下面我们以显示模式 640x480@60
、
640x480@75
为例，学习一下时钟频率的计算方法。
行扫描周期 *
场扫描周期
*
刷新频率
=
时钟频率
640x480@60：
行扫描周期：800(
像素
)
，场扫描周期：
525(
行扫描周期
)
刷新频率：
60Hz
800 * 525 * 60 = 25,200,000 ≈
25.175MHz
（误差忽略不计）
640x480@75：
行扫描周期：840(
像素
)
场扫描周期：
500(
行扫描周期
)
刷新频率：
75Hz
840 * 500 * 75 = 31,500,000 = 31.5MHz
在计算时钟频率时，大家要谨记一点，要使用行扫描周期和场扫描周期的参数进行计算，不能使用有效图像的参数进行计算，虽然在有效图像外的其他阶段图像信息均无效，但图像无效阶段的扫描也花费了扫描时间。
以上就是对 VGA
显示标准中分辨率相关参数的讲解，在编写
VGA
驱动时，我们要根据 VGA
显示模式的不同调整相关参数，只有这样
VGA
图像才能正常显示。
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