1 實(shí)驗(yàn)要求

在FPGA上生成1280x720@60分辨率的視頻信號(hào)，通過(guò)DE10-Nano的 HDMI輸出到顯示屏上進(jìn)行顯示，顯示的內(nèi)容是一個(gè)黑色方塊每隔10ms移動(dòng)一個(gè)像素位置，方塊遇到邊框自行回彈，屏幕背景為白色，屏幕邊框?yàn)榫G色。

2 設(shè)計(jì)框圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求分析可得出，想要控制ADV7513最終在HDMI顯示器上顯示畫(huà)面，需要先配置ADV7513寄存器，配置通過(guò)I2C總線，該部分的控制原理在前面(參考文末往期閱讀的鏈接)已經(jīng)講解過(guò)。

想要在HDMI顯示器上顯示邊框，方塊和白色背景，需要設(shè)計(jì)一個(gè)滿足DMT時(shí)序的視頻信號(hào)。

1280x720@60分辨率的像素時(shí)鐘是74.25MHz，所以這里可調(diào)用Altera的PLL IP來(lái)生成這個(gè)時(shí)鐘(系統(tǒng)時(shí)鐘是50MHz)。

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖如下所示：

3 代碼實(shí)現(xiàn)

(1)Top level代碼

主要是例化PLL、HDMI顯示和I2C控制三個(gè)模塊。具體代碼參考工程。

(2)HDMI控制器模塊

HDMI控制器模塊用于生成1280x720分辨率的視頻信號(hào)，并在屏幕上顯示一個(gè)每隔10ms移動(dòng)的黑色方塊，背景為白色，屏幕邊框?yàn)榫G色。

1. 首先是1280*720分辨率時(shí)序參數(shù)的設(shè)定。如下是行時(shí)序參數(shù)設(shè)定：

這些參數(shù)對(duì)應(yīng)到時(shí)序如下圖所示：

如下是場(chǎng)時(shí)序參數(shù)設(shè)定：

這些參數(shù)對(duì)應(yīng)到時(shí)序如下圖所示：

2. 實(shí)現(xiàn)行計(jì)數(shù)器和場(chǎng)計(jì)數(shù)器，用于跟蹤當(dāng)前像素位置，以及生成像素點(diǎn)橫縱坐標(biāo)：

3. 根據(jù)行場(chǎng)計(jì)數(shù)器生成行場(chǎng)同步信號(hào)：

4. 根據(jù)行場(chǎng)計(jì)數(shù)器生成像素點(diǎn)橫縱坐標(biāo)：

5. hdmi_ctrl模塊的時(shí)鐘是74.25MHz(1280*720@60對(duì)應(yīng)的像素時(shí)鐘)，利用計(jì)數(shù)器產(chǎn)生10ms間隔：

6. 當(dāng)方塊移動(dòng)到邊界時(shí)，改變移動(dòng)方向：

根據(jù)代碼畫(huà)出方向改變的框圖示意圖如下：

7. 根據(jù)方塊移動(dòng)方向，改變其縱橫坐標(biāo)：

8. 給不同的區(qū)域繪制不同的顏色：

(3)I2C控制模塊

I2C控制模塊直接參考本文第8.3章節(jié)(內(nèi)容一模一樣)。

4 硬件準(zhǔn)備

DE10-Nano開(kāi)發(fā)板一套(包括電源和USB 線纜)

HDMI顯示器一臺(tái)

HDMI cable 一根

5 軟件安裝 1. 進(jìn)入Altera官網(wǎng)選擇Quartus Prime Lite 17.1版本：

2. 點(diǎn)擊Indicidual Files 找到Cyclone V的器件包并下載：

3. 往下繼續(xù)找到Intel Quartus Software下載QuartusLiteSetup壓縮包和ModelSimSetup壓縮包(后續(xù)會(huì)有仿真章節(jié))：

4. 所有文件都下載完以后，雙擊QuartusLiteSetup-17.1.0.590-windows.exe文件進(jìn)行安裝。安裝的過(guò)程中會(huì)默認(rèn)選擇一起安裝Nios II IDE、ModelSim和Cyclone V器件包(未勾選時(shí)可自行勾選這些內(nèi)容)，建議安裝的過(guò)程中所有默認(rèn)設(shè)置都保留(除了安裝路徑自己選擇外)。USB Blaster II驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒃谲浖惭b結(jié)束時(shí)提示安裝。 6 操作步驟 1. 打開(kāi)Quartus軟件，點(diǎn)擊File——New Project Wizard...

2. 點(diǎn)擊Next：

3. 在如下對(duì)話框里面選擇工程路徑和工程名稱：

4. 繼續(xù)點(diǎn)擊Next：

5. 繼續(xù)點(diǎn)擊Next：

6. 然后在如下對(duì)話框里面鍵入DE10-Nano對(duì)應(yīng)的FPGA器件(5CSEBA6U23I7)：

7. 點(diǎn)擊Finish結(jié)束工程的創(chuàng)建：

8. 開(kāi)始新建Top工程，點(diǎn)擊File——New...

9. 選擇Verilog HDL File 然后點(diǎn)擊OK：

10. 編Verilog代碼(代碼可以參考隨本文一起提供的工程)并保存為HDMI_block_move.v文件：

11. 用同樣的方法新建.v文件，編Verilog代碼(代碼可以參考隨本文一起提供的工程)并保存為hdmi_ctrl.v文件：

12. 將第八章節(jié)提到的I2C控制器所包含的三個(gè).v文件拷貝到當(dāng)前工程路徑下：

13. 并將這三個(gè)文件添加到當(dāng)前工程里面以便后面編譯的時(shí)候會(huì)調(diào)用這三個(gè)文件，具體做法是點(diǎn)擊Project——Add/Remove Files in Project...， 然后點(diǎn)擊File Name旁邊的...瀏覽到三個(gè)文件所在路徑，選中這三個(gè)文件然后點(diǎn)擊打開(kāi)按鈕：

14. 然后點(diǎn)擊Apply和OK按鈕結(jié)束工程文件的添加：

15. 接下來(lái)配置PLL IP，在IP Catalog里面搜索pll 找到Altera PLL，點(diǎn)擊它：

16. 在出現(xiàn)如下的對(duì)話框里填入pll的名稱為pll，然后點(diǎn)擊OK：

17. 在Reference Clock Frequency處填寫(xiě)50，在outclk0處填寫(xiě)74.25，然后點(diǎn)擊Finish結(jié)束pll的配置：

18. 等pll模塊生成以后會(huì)彈出如下對(duì)話框，點(diǎn)擊Yes將其添加到當(dāng)前工程：

19. 這時(shí)FPGA電路設(shè)計(jì)基本完成，接下來(lái)是引腳分配，首先點(diǎn)擊Start Analysis&Synthesis按鈕對(duì)工程進(jìn)行分析和綜合，這樣在后面引腳分配的時(shí)候信號(hào)端口才能出現(xiàn)：

20. 接下來(lái)參考DE10-Nano的 usermanual文檔或者schematic文件來(lái)分配引腳，該工程引腳分配如下：

21. 引腳分配完成就點(diǎn)擊Start Compilation按鈕開(kāi)始全編譯工程：

22. 工程全編譯結(jié)束后在HDMI_block_moveoutput_files路徑下會(huì)產(chǎn)生HDMI_block_move.sof文件，接下來(lái)點(diǎn)擊Programmer 按鈕將此文件配置到FPGA里面去：

23. 點(diǎn)擊Hardware Setup(在這之前記得用一根HDMI線纜連接HDMI顯示器和DE10-Nano， 然后用一根Mini USB線連接PC和DE10-Nano， 然后給DE10-Nano開(kāi)發(fā)板插上5V電源)，選擇DE-SoC[USB-1]端口，點(diǎn)擊Close：

24. 點(diǎn)擊Auto Detect，選擇5CSEBA6，然后點(diǎn)擊OK：

25. 如果出現(xiàn)如下窗口，點(diǎn)擊Yes：

26. 此時(shí)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)器件，一個(gè)是SOCVHPS， 一個(gè)是5CSEBA6U23，鼠標(biāo)右擊5CSEBA6U23選擇Change File：

27. 瀏覽到HDMI_block_move.sof路徑下選擇該文件，然后點(diǎn)擊Open：

28. 點(diǎn)選如下復(fù)選框，然后點(diǎn)擊Start開(kāi)始FPGA 文件配置：

29. 當(dāng)Progress進(jìn)度條顯示100%(顏色變綠了)代表FPGA配置完成：

7 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

可以觀察到HDMI顯示器上有個(gè)綠色邊框，中間背景為白色，有個(gè)黑色小方塊在屏幕中移動(dòng)。

HDMI_block_move工程下載鏈接: https://pan.baidu.com/s/1LwQjqLpmZMl5IkvTgzo-3w

提取碼: tera