【摘　要】　利用現場可編程邏輯器件產生VGA時序信號和彩條圖像信號，并將其作為信號源，應用于彩色等離子顯示器的電路開發，方便彩色等離子顯示器驅動控制電路的調試。
??? 關鍵詞：視頻圖形陣列，等離子顯示，現場可編程邏輯器件，狀態機

1　引　言
　　彩色等離子體顯示器（Plasma Display Panel，簡稱PDP）是利用氣體放電產生真空紫外線激發熒光粉進行發光顯示的一種平板顯示器件，它具有重量輕、厚度小、視角大、響應快、圖像無畸變、不受磁場影響等許多優點。自從1964年美國Illinois大學教授Bitze和Slottow發現了放電氣體的記憶效應，1966年Bitzer教授利用交流氣體放電現象發明等離子顯示屏以來，等離子顯示技術已獲得了很大的發展，等離子顯示器成為人們期望用以實現大屏幕顯示的新型顯示器件之一。特別是1992年日本富士通公司開始21英寸AC型彩色PDP的批量生產并投放市場以來，等離子顯示技術更是獲得了長足的發展，42英寸級和60英寸級的大尺寸、全彩色的顯示屏也已經投放市場。目前，PDP業界正集中精力于提高圖像質量、降低功耗、降低成本的研究過程中。
2　PDP顯示信號的數據流程
　　PDP是一種矩陣式平面顯示器件，它的輸入圖像必須是數字式的，如果輸入的圖像信號是模擬視頻信號，必須先進行模／數轉換，才可以在PDP上進行顯示。模擬圖像的轉換如圖1所示。A／D轉換電路將輸入的計算機顯示信號、電視信號等進行數字化后，得到8bit的紅、綠、藍三色信號，以及行、場同步信號、時鐘信號和復合消隱信號等，再送到彩色PDP的存儲控制電路進行處理，最后送到顯示屏進行顯示。

3　VGA信號時序
　　圖2所示是計算機VGA（640×480，60Hz）圖像格式的信號時序圖，其點時鐘DCLK為25．175MHz，場頻為59．94Hz。圖中，Vsync為場同步信號，場周期Tvsync為16．683ms，每場有525行，其中480行為有效顯示行，45行為場消隱期。場同步信號Vs每場有一個脈沖，該脈沖的低電平寬度twv為63μs（2行）。場消隱期包括場同步時間twv、場消隱前肩tHV（13行）、場消隱后肩tVH（30行），共45行。行周期THSYNC為31．78μs，每顯示行包括800點，其中640點為有效顯示　　　圖2區，160點為行消隱期（非顯示區）。
行同步信號Hs每行有一個脈沖，該脈沖的低電平寬度tWH為3．81μs（即96個DCLK）；行消隱期包括行同步時間tWH，行消隱前肩tHC（19個DCLK）和行消隱后肩tCH（45個DCLK），共160個點時鐘。復合消隱信號是行消隱信號和場消隱信號的邏輯與，在有效顯示期復合消隱信號為高電平，在非顯示區域它是低電平〔1〕。

4　VGA時序信號及彩條信號的產生
　　在設計彩色PDP的存儲和控制電路時，使用了Altera公司的FPGA來對圖像進行存儲和整理，并產生驅動電路需要的各種控制波形。為了方便調試電路，開始調試時，不是使用接口電路板，而是使用FPGA中的剩余邏輯來產生VGA、SVGA等格式的時序信號和彩條信號，所產生的信號穩定可靠。同時，還可以通過彩條模式選擇按鍵的控制來改變彩條模式，產生豎彩條、橫彩條、棋盤格等各種彩條模式，極大地方便了電路調試。下面僅以VGA格式為例作簡單的介紹。
4．1　VGA時序信號產生模塊
　　VGA時序信號產生模塊包括行點數計數器h　cnt、場行數計數器v　cnt、行同步產生狀態機h　state和場同步產生狀態機v? state等。其中，行點數計數器是800進制計數器，場行數計數器是525進制計數器。行同步狀態機h　state有h　video、h__video、h__front、h__sync、H__back四種狀態，它根據行點數計數器的計數值來進行狀態轉換；場同步狀態機v__state有v__video,v__Front,v__sync,v__Back四種狀態，它根據場行數計數器的計數值來進行狀態翻轉。這兩個狀態機的狀態轉移圖分別如圖3和圖4所示。
　　當行狀態機h　state復位時，即進入h　video狀態，它對應每行的有效顯示區域。行計數器h　cnt對25MHz的點時鐘進行計數，當行計數器h　cnt的計數值到達639時，行同步狀態機即進入行消隱前肩h__front狀態;當h__cnt的計數值為663時，行同步狀態機進入行同步狀態h__sync,此時，行同步信號Hs輸出低電平;當h__cnt的計數值為759時，狀態機即進入行消隱后肩h　back狀態；在行狀態機為h__front、h__back狀態時，行消隱信號輸出低電平。當h__cnt計數值為799時同步態入h__video狀態，同時，行計數器的同步行復位信號為高電平，使行計數器復位。

　　場狀態機v　state開始時進入v　video狀態，對應了每場的有效顯示行，場計數器v　cnt的計數值每行加1。當場計數器的計數值到達479時，場狀態機翻轉，進入場消隱前肩v__ront狀態；當v__cnt的值為497時，狀態機v　state進入場同步狀態v　sync，場同步信號Vs此時輸出低電平；當v　cnt的值為499時，狀態機v　state進入場消隱后肩v__back狀態；當v　cnt的值為524時，狀態機v__state又翻轉進入v　video狀態，同時輸出高電平到場計數器v__cnt的同步清零端使其清零。當場狀態機v__state的狀態為v__Front、v__sync,、v__Back三種狀態時，場消隱信號輸出低電平，其余時刻為高電平。行、場消隱信號的邏輯與即為復合消隱信號。

4．2　彩條信號產生模塊
　　彩條信號產生模塊包括了彩條模式控制、豎彩條發生和橫彩條發生等三個模塊。豎彩條發生模塊根據行點數器h　cnt的計數值來產生彩條，其流程圖如圖5所示。它對行點數計數器的末五位數進行判斷，每四條豎線生成一種豎彩條，共八種豎彩條，colorx的二進制值為“1”表示像素應發光，為“0”表示像素應熄滅。橫彩條發生模塊與豎彩條發生模塊相似，它根據場行數計數器v　cnt的計數值來產生橫彩條，流程圖如圖6所示。每四條掃描線為一個彩條寬度，共八種橫彩條模式，colory的二進制值為“1”表示該行的像素應發光。

??? 彩條模式控制模塊有一個控制輸入端子，它通過下拉電阻接地，一個常開按鈕接電源。通過一個三進制計數器mode對該輸入進行計數，每當按鈕被按下一次，計數器mode的值就加1。而計數器mode的值又決定著輸出的彩條信號的類型，當mode為0時，輸出的彩條為豎彩條colorx〔〕；當mode為1時，輸出橫彩條colory〔〕；當mode為2時，輸出棋盤格彩條colorx〔〕與colory〔〕的邏輯或。當然，在復合消隱信號為低電平時應該屏蔽彩條信號輸出。
4．3　仿真結果及其說明
??? 以上各功能模塊在MAX＋PLUSII軟件中的仿真結果如圖7、圖8所示。圖中，SysClk信號是25．175MHz點時鐘信號，mode是彩條模式控制輸入信號，hs、vs分別是行、場同步信號輸出，cBlank是復合消隱信號輸入，r〔7．．0〕、g〔7．．0〕、b〔7．．0〕是八位的色彩輸出信號。

　　從圖7中可以看到，當彩條模式控制信號mode出現了高電平脈沖之后，色彩信號r〔7．．0〕、g〔7．．0〕、b〔7．．0〕的值立即發生了變化。從圖7和圖8中還可以看出，復合消隱信號cBlank的行消隱期比行同步信號hs的低電平脈沖寬度要寬。從圖8中可以看到場同步狀態機的場消隱前肩v　front和消隱后肩v　back以及場消隱脈沖所占用的行數。
5　結束語
　　在設計彩色PDP樣機電路時，使用了美國Altera公司的FPGA來進行圖像數據存儲和整理，以及產生驅動電路所需要的各種控制波形。而在調試電路時，使用FPGA中多余的邏輯來產生VGA信號和彩條信號，所產生的信號穩定可靠，為電路調試帶來了很多方便。
　　在實際應用中，還可以對彩條信號產生模塊方便地進行修改。比如，可以修改行、場計數器的判斷值來調整彩條的大小，增加控制信號的位數，以及增加延時跳變的功能，使輸出的彩條信號產生各種變化。這樣，既可以用于調試彩色PDP電路，也可以用來作為PDP顯示器的檢測信號源。
　　此外，與VGA信號類似，改變行、場狀態機的轉換值和行、場計數器的設置，還可以產生其他各種模式的圖像信號，以適應不同分辨率圖像顯示的需要。
　　希望這些方法能為國內的彩色PDP業界在電路研制方面起到一點拋磚引玉的作用。

1　董士海，張倪，肖磊等．EGA／VGA程序員手冊．北京：北京大學出版社，1999：389～394 a