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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 , y
reg clk_4fp = 0;
reg [1:0] count = 0;
//分频 25M Hz
always @ (posedge clk or posedge rst) begin
if(rst)
count <= 0;
else
count <= count + 1;
end
always @ (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;
end
end
//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) begin
if(rst) begin
hsync <= 0;
vsync <= 0;
end
else 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;
end
end
// 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) begin
if(rst) begin
topbound = DISV_DOWN + HEIGHT ;
downbound = DISV_DOWN;
leftbound = DISH_LEFT;
rightbound = DISH_LEFT + WIDTH ;
movexy = 2'b11;
end
else 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 );
end
end
// 确定扫描到哪一个像素该显示什么颜色
always @(posedge clk_4fp or posedge rst) begin
if(rst)
color <= 8'b0000_0000;
else begin
if (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
end
else begin
color <= 8'b0000_0000;
end
end
end
endmodule.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。
