VGA硬件电路设计

• 1 简介
• 2 引脚定义
• 3 硬件电路实战
• 4 硬件设计要点

1 简介

VGA（Video Graphic Arrary）即视频图形阵列，是 IBM(国际商业机器公司)在 1987 年随 PS/2 机一起推出的使用模拟信号的一种视频传输标准，在当时具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。
目前 VGA 技术的应用还主要基于 VGA 显示卡的计算机、笔记本等设备。根据分辨率不同，分为VGA(640X480)、SVGA(800X600)、XGA(1024X768)、SXGA(1280X1024)等。一般 VGA 模拟信号在超过 1280X1024 分辨率以上的情况下就会出现明显的失真、字迹模糊的想象。且虽然它是种模拟接口，但是由于 VGA 将视频信号分解为 R、G、B 三原色和 H V 行场信号进行传输，所以在传输中的损耗还是相当小的。

VGA的特点

• VGA 接口不支持热插拔

VGA 接口不支持热插拔。热插拔是指一般带电状态下对于接插件的插入或是拔除，并不只是针对有电源接口或者带供电的接口的接插件，而是所有。在运行状态时，插拔会产生耦合电流，电流不稳造成硬件烧坏，导致笔记本的接口端的保护受到冲击。就像 U 盘不能在一个时间段多次在一个端口插拔使用一样。

• VGA 不能传输音频

因为视频是 VGA 信号，而音频信号不是，所以 VGA 不能传输音频，只能传输视频。这就是为什么这几年极度的需求创新转换器的原因。VGA 不支持音频传输也是给很多消费者带来烦恼，这最好的办法其实就是购买一款转换器，VGA 转 HDMI 或者 HDMI 转 VGA，达到视频传输的同时还支持音频信号的输出。

VGA的扫描方式

在 VGA 标准兴起的时候，常见的彩色显示器一般由 CRT（阴极射线管）构成，色彩是由 RGB（红、绿、蓝）三基色组成。显示是用逐行扫描的方式解决。阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生 RGB 三基色，合成一个彩色像素，扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下进行扫描，每扫完一行，电子束都回到屏幕的左边下一行的起始位置。在这期间，CRT 对电子束进行消隐。每行结束时，用行同步信号进行行同步,扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方。同时进行场消隐，预备下一场的扫描。随着显示技术的发展，出现了液晶显示器，液晶显示器的呈像原理与CRT 不同，液晶显示器是通过对液晶像素点单元施加电压与否，来实现液晶单元的透明程度，并添加三色滤光片、分别使 R、G、B 这三种光线透过滤光片，最后通过三个像素点合成一个彩色像素点，从而实现彩色显示。但是由于液晶显示技术后于 CRT 显示技术的诞生，因此在液晶显示器诞生的时候，为了能够兼容传统的显示接口，因此液晶显示器通过内部电路实现了对VGA 接口的完全兼容。因此，我们在使用显示器时，只要该显示器带有标准的 VGA 接口，我们就不用去关心其成像原理，直接使用标准的 VGA 时序即可驱动。

VGA的时序

它分为行数据时序和场数据时序。

行数据时序，顾名思义，也就是显示一行数据的时序。从图 4.1 可以看出，显示一行数据需要处理三件事情。

第一：产生行同步 HSYNC。不难看出，HSYNC 是一个脉冲信号，此信号的周期为：e=a+b+c+d,其中 a 表示行同步，b 表示水平后沿，c 表示水平有效显示，d 表示水平前沿，e 则表示整个行扫描的周期。其中 a+b+d 即水平同步、水平前沿、水平后沿之和，被又称为消隐信号 Blank，这信号是存在于显示有效数据（Active video）的前与后。a、b、c、d 均为时间信号，这些信号根据需要显示的分辨率不同而不同。

第二：确保行同步 SYNC 极性，从图 4.1 可看出极性为负极性，根据分辨率的不同，极性会有所差异。

第三：产生显示的数据（DATA）信号，也就是图 2.2 的引脚 1、2、3 红绿蓝这 3 个信号，此信号为模拟信号，当在显示有效数据（Active video）内，DATA 信号为 0~0.714Vpp 的模拟电压（R、G、B），根据分辨率的不同，DATA 的采样率、点数也皆不相同。

场数据时序与行数据时序类似，也就是显示一屏数据的时序。只是这里的基本单位为每行数据，而行数据里面的最基本单位为每个点。在图 4.2 中，可看出场同步 SYNC 极性为负极性。最后，还需确认行信号与场信号的消隐信号 Blank 极性，由于消隐信号是存在于显示有效数据的前与后，所以该极性为负。总的来说，不同的分辨率，时序上的时间、行场同步信号的极性是不一样的。

2 引脚定义

VGA 接口共有 15 针孔，分成 3 排，每排 5 个孔。重要的是 3 根 RGB 彩色分量信号（1 脚 R、2 脚 G、3 脚 B）和 2 根扫描同步信号 HSYNC（13 脚）和 VSYNC（14 脚）。VGA 接口中彩色分量采用 RS343 电平标准，峰值电压为 1V。绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。

引脚说明：

一个 VGA 显示器接口显示一个图片需要五个信号：

• R、G 和 B 信号，也就是红、绿、蓝三原色。 （模拟信号）

• HS 和 VS（水平同步信号和垂直同步信号）。 （数字信号）

信号线	定义
HS	行同步信号（3.3V电平）
VS	场同步信号（3.3V电平）
R	红基色（0~0.714V模拟信号）
G	绿基色（0~0.714V模拟信号）
B	蓝基色（0~0.714V模拟信号）

3 硬件电路实战

电路实战1：

电路实战2：

4 硬件设计要点

• VGA 的驱动，一般的单片机是办不到的；由于 FPGA 的速度及并行的优势，加上可现场配置，因此 FPGA 可以随心所欲地配置。
• 注意权电阻网络。RGB565 或者其他
• 使用专业的转换芯片注意。
• 三基色源端及终端匹配电阻均为 75 欧姆
• R、G、B 为模拟信号，走钱加粗至 10mil 或以上，且控制阻抗为 75欧姆，往往要采用隔层参考的方式进行。