本文描述如何实现一个以60px / sec初始方向斜向下45°移动的方块（碰到边界后根据反射原理反向移动）。方块颜色由8个开关控制，方块大小为32px * 24px。
1 基本步骤：
编写主体代码：
1编写扫描整个屏幕的模块；
2编写根据vsync信号和坐标边界判断当前矩阵有效范围坐标，移动方向的模块；
3 编写根据当前所扫描坐标和矩阵坐标范围确定对应颜色的模块。
查看综合电路图，确定是否符合设计逻辑。
编写接口约束。将输入输出变量指定到开发板的端口。
编写测试代码，进行模拟测试.模拟测试可以观察波形图来判断设计是否正确。
将程序写入开发板运行，检查运行结果。
2 基本原理：
1）VGA引脚图
一般常用引脚就是行同步信号，列同步信号，和8个RGB引脚。实验中也只用到了VGA的这几个引脚。RGB引脚控制颜色信号是0 ~0.7v 。 0v就是全黑。0.7V就是全亮，代码中二进制1为高电平，0为低电平。
HS为水平有效信号，VS为垂直有效信号。在建立阶段垂直信号有2个时钟，水平信号有96个时钟，这个时段对应有效信号要设为0。之后要设为1。
2）VGA时序逻辑：
可以看出水平扫描和垂直扫描周期中各个阶段要花费的时钟周期。
可以得知水平信号是和25MHz时钟同步计数的，垂直信号是用水平信号的周期计数的。
之后发现这张表有不对的地方，就是Ts开始的地方应该是在下表所示的位置。
3） VGA counter 的电路逻辑：
3 源代码
.v
`timescale 1ns / 1ps//// Company: // Engineer: // // Create Date: 21:08:50 12/07/2014 // Design Name: // Module Name: VGA // Project Name: // Target Devices: // Tool versions: // Description: //// Dependencies: //// Revision: // Revision 0.01 - File Created// Additional Comments: ////module VGA(input clk, rst, input [7:0] rect_color,output reg hsync,vsync,output reg [7:0] color );reg [9:0] hgrid = 0; // 800 TS , x reg [9:0] vgrid = 0; // 521 Ts , yreg clk_4fp = 0;reg [1:0] count = 0;//分频 25M Hzalways @ (posedge clk or posedge rst) begin if(rst) count <= 0; else count <= count + 1; endalways @ (posedge clk or posedge rst) begin if(rst) clk_4fp <= 0; else begin if (count[1] == 1) clk_4fp <= 1; else clk_4fp <= 0;end end // 扫描整个屏幕，包括非显示区,确定什么时候always @ (posedge clk_4fp or posedge rst) begin if(rst) begin hgrid <= 0; vgrid <= 0; end else begin //根据basic VGA controller的电路图，在水平方向扫描一次后，使得垂直方向开始扫描 // 因为水平方向是时钟计数的，垂直方向是根据水平方向的脉冲计数的 if(hgrid >= 800) begin hgrid <= 0; vgrid <= (vgrid >= 521? 0 : vgrid + 1'b1); end else hgrid <= hgrid + 1'b1; endend//设置行选，列选信号有效。 由于有建立的Tpw时间，所以要把Tpw(脉冲宽度）时间段内的坐标视为无效always @(posedge clk_4fp or posedge rst) beginif(rst) begin hsync <= 0; vsync <= 0;endelse begin if(hgrid < 752 &&hgrid >= 656) // 脉冲内为0 (800 - Tbp -Tpw) ~ (800 - Tbp) hsync <= 0; else hsync <= 1; if(vgrid < 492 && vgrid >= 490 ) // 脉冲内为0 (521 - Tbp -Tpw) ~ (521 - Tbp) vsync <= 0; else vsync <= 1;endend// 显示移动矩形parameter WIDTH = 32, //矩形长 HEIGHT = 24, //矩形宽 // 显示区域的边界 DISV_TOP = 10'd480, // display top bound DISV_DOWN =10'd0, // display down bound DISH_LEFT = 10'd0, // display left bound DISH_RIGHT = 10'd640; // display right bound //初始矩形的位置，在显示区的左下角 reg [9:0] topbound = DISV_DOWN + HEIGHT;reg [9:0] downbound = DISV_DOWN ;reg [9:0] leftbound = DISH_LEFT ;reg [9:0] rightbound = DISH_LEFT + WIDTH ;//初始方向为东南方向reg [1:0] movexy = 2'b11;/*根据时间选择不同范围坐标的像素显示颜色，使其成为一个移动的矩形。由于是60/s, vsync的Ts恰好是移动1px所花的时间，所以用vsync信号的上升沿判断*///确立每一个像素时钟里矩形的坐标范围always @ (posedge vsync or posedge rst) beginif(rst) begin topbound = DISV_DOWN + HEIGHT ; downbound = DISV_DOWN; leftbound = DISH_LEFT; rightbound = DISH_LEFT + WIDTH ; movexy = 2'b11; endelse begin //碰到边界，改变方向 case(movexy[1:0]) 2'b11: begin // 东南 if (topbound == DISV_TOP && rightbound < DISH_RIGHT ) movexy = 2'b10; else if (topbound < DISV_TOP && rightbound == DISH_RIGHT ) movexy = 2'b01; else if (topbound == DISV_TOP && rightbound == DISH_RIGHT ) movexy = 2'b00; end 2'b10: begin // 东北 if (downbound == DISV_DOWN&& rightbound < DISH_RIGHT ) movexy = 2'b11; else if (downbound > DISV_DOWN && rightbound == DISH_RIGHT ) movexy = 2'b00; else if (downbound == DISV_DOWN && rightbound == DISH_RIGHT ) movexy = 2'b01; end 2'b00: begin // 西北 if (downbound == DISV_DOWN && leftbound > DISH_LEFT ) movexy = 2'b01; else if (downbound > DISV_DOWN && leftbound == DISH_LEFT ) movexy = 2'b10; else if (downbound == DISV_DOWN && leftbound == DISH_LEFT ) movexy = 2'b11; end 2'b01: begin // 西南 if (topbound == DISV_TOP && leftbound > DISH_LEFT ) movexy = 2'b00; else if (topbound < DISV_TOP && leftbound == DISH_LEFT ) movexy = 2'b11; else if (topbound == DISV_TOP && leftbound == DISH_LEFT ) movexy = 2'b10; end default: movexy = 2'b11; endcase topbound <= topbound + ( movexy[0]? 1 : -1 ); downbound <= downbound + ( movexy[0]? 1 : -1 ); leftbound <= leftbound + ( movexy[1]? 1 : -1 ); rightbound <= rightbound + ( movexy[1]? 1 : -1 ); endend// 确定扫描到哪一个像素该显示什么颜色always @(posedge clk_4fp or posedge rst) beginif(rst) color <= 8'b0000_0000; else beginif (hgrid >= DISH_LEFT && hgrid <= DISH_RIGHT && vgrid >= DISV_DOWN && vgrid <= DISV_TOP) begin if(hgrid >= leftbound && hgrid <= rightbound && vgrid >= downbound && vgrid <= topbound) color <= rect_color; else color <= 8'b0000_0011; //黑色endelse begin color <= 8'b0000_0000;endend endendmodule
.ucf
NET "clk" LOC = "V10";NET "rst" CLOCK_DEDICATED_ROUTE = FALSE; NET "color[7]" LOC = "U7";NET "color[6]" LOC = "V7";NET "color[5]" LOC = "N7";NET "color[4]" LOC = "P8";NET "color[3]" LOC = "T6";NET "color[2]" LOC = "V6";NET "color[1]" LOC = "R7";NET "color[0]" LOC = "T7";NET "rect_color[7]" LOC = "T5";NET "rect_color[6]" LOC = "V8";NET "rect_color[5]" LOC = "U8";NET "rect_color[4]" LOC = "N8";NET "rect_color[3]" LOC = "M8";NET "rect_color[2]" LOC = "V9";NET "rect_color[1]" LOC = "T9";NET "rect_color[0]" LOC = "T10";NET "hsync" LOC = "N6";NET "vsync" LOC = "P7";
4 后记
在调试过程中出现的显示区域边界与显示屏边界不能重合的问题，这些主要就是这四个参数怎么计算的问题：
DISV_TOP = 10'd480, // display top bound
DISV_DOWN =10'd0, // display down bound
DISH_LEFT = 10'd0, // display left bound
DISH_RIGHT = 10'd640; // display right bound
这四个参数最开始是依据下面的图和参数来算的，可是发现不对。按照这样算的话有效显示的计数坐标范围是（144-784， 31-511），之后发现这样计算显示就会有问题。方块可以正常移动反弹，就是边界显示有问题，于是就不断去调整显示区的边界坐标，发现是和pdf说明文档中另一幅图吻合的。真是个坑。
正确的TS应该是以下这幅图中“Total Horizon time”这一段，也就是说有效显示区的计数范围是（0-640 ，0-480）的。然后hsync和vsync为0的阶段也是Tpw阶段，之前根据上面那幅图Tpw阶段是（0-96,0-2），运行的时候会出现方块颜色为渐变色的bug，不过根据下面这幅图计算，计数坐标的范围就是（656-752， 490-492）为Tpw阶段，这样就正常了。
