CRT顯示器接口課件

CRT顯示器接口

8.2CRT顯示器接口

CRT(CathodeRayTube，陰極射線管)顯示器是微機(jī)系統(tǒng)中一種最基本的人機(jī)交互輸出設(shè)備。由于它能將計算機(jī)中的數(shù)據(jù)以字符、圖形和圖像的形式在熒光屏上直觀地顯示出來，并且具有響應(yīng)速度快、無噪音、無機(jī)械磨損、使用方便等優(yōu)點，因而被作為一種理想的人機(jī)交互設(shè)備在微機(jī)系統(tǒng)中廣泛使用。

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一、概述

CRT終端產(chǎn)品的種類很多，按其功能的不同，一般可分為字符終端和圖形終端兩類。字符終端成本較低；圖形終端的功能比字符終端更強(qiáng)，但成本較高。進(jìn)行漢字顯示時，由于漢字?jǐn)?shù)量多、筆畫繁，漢字的顯示一般被當(dāng)作圖形處理。

按顯示色彩劃分，CRT顯示器可分為單色和彩色兩類。單色顯示器(MD)只有一種顏色(通常為綠色)，接收的并不是合成視頻信號，而是彼此分離的圖像信號、水平同步信號、垂直同步信號，外加一亮度信號。單色顯示器與單色顯示適配器(MDA)配套使用。

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主要性能指標(biāo)是：80x25個字符的屏幕格式；分辨率為720x350；9x14字符框，實際字符點陣為7x9。適合文字處理之類的應(yīng)用。彩色顯示器的CRT有紅(R)、綠(C)、藍(lán)(B)三色電子槍，三色視頻信號分別控制三原色的亮暗，從而產(chǎn)生多種不同的顏色。色彩數(shù)目的多少與顯示器性能相關(guān)。彩色顯示器按分辨率的高低可分為彩色顯示器(CD)、增強(qiáng)彩色顯示器(ECD)和視頻陣列彩色顯示器(VCD)等等。

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彩色顯示器CD與彩色圖形適配器(CGA)配套使用，分辨率為640x200，可顯示4種彩色圖形和16種彩色文本；增強(qiáng)彩色顯示器ECD與增強(qiáng)型圖形適配器(EGA)配套使用，分辨率為640x350，可顯示16種彩色圖形和16種彩色文本；視頻陣列彩色顯示器VCD與視頻圖形陣列適配器(VGA)或增強(qiáng)VGA(如VESA卡)配套使用，分辨率可達(dá)640x480，800x600或1024x768，可顯示256種彩色圖形和16種彩色文本。

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在PC微機(jī)中，MDACGA和EGA適配器目前幾乎不再使用。VGA和VESA適配器則主要用在386、486、586等高檔微機(jī)以及CAD系統(tǒng)、圖形圖像處理系統(tǒng)、桌面印刷系統(tǒng)等專用顯示系統(tǒng)中，是目前應(yīng)用最廣的顯示適配器。

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二、CRT顯示器原理

CRT顯示器是利用陰極射線管中高速電子束的不斷掃描來實現(xiàn)屏幕上的字符／圖形顯示的。陰極射線管由電子槍、熒光屏及管殼等三部分組成。在熒光屏內(nèi)表面涂有熒光粉薄膜，當(dāng)電子槍射出的高速(約每秒60000km以上)電子束撞擊到熒光屏上時，可使對應(yīng)位置的熒光膜發(fā)光，通過對電子束聚焦，便在屏幕上出現(xiàn)清晰的小光點。

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光點的亮度取決于電子束的強(qiáng)弱，而電子束的強(qiáng)弱可由視頻信號(“1”或“0”)決定。光點的位置則受掃描電路的控制，掃描發(fā)生器產(chǎn)生水平掃描和垂直掃描信號，經(jīng)同步后控制電子束在屏幕上的位置變化，掃描過程如所示。

圖8.6

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水平掃描和垂直掃描都有正程和逆程(回掃)之分，正程顯示，逆程消隱。當(dāng)電子束按從左到右、自上而下／幀序掃描到最后一行的最右端時，即構(gòu)成一幀完整的畫面，光點重新回到左上端(原點0)，開始新一幀掃描。利用熒光膜有一定的余輝時間和人眼的視覺滯留作用，只要幀掃描達(dá)到每秒鐘25次以上，就能獲得穩(wěn)定的圖像，使人眼沒有閃爍的感覺。

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顯示在屏幕上的每一個字符都由稱為點陣的光點圖形來表示。對于單色顯示器來說，點陣以黑底亮點或以亮底黑點的方式出現(xiàn)，每個字符—·般由5x7、7x9或更多點的點陣圖形來表示。點陣點數(shù)越多，顯示清晰度越高，相應(yīng)地要求CRT的分辨率越高。例如，當(dāng)采用5x7點陣時，每個字符用35個點的點陣表示，字符“OY”的點陣圖如所示。。圖8.7

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圖中黑點、空白分別對應(yīng)“1”、“0”代碼。每條線對應(yīng)的代碼稱為字符點陣的線代碼。為了得到良好的視覺效果，實際上在字符的上、下方還需留出一定的間隔，所以一般需要8—l0條線來顯示一個字符，即留出l～3行的空白。

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一般的CRT一屏可顯示24行，每行可顯示80個字符。值得指出的是，并不是掃描顯示出一個完整的字符后再掃描顯示下一個字符，而是先掃描出某字符行第一線上每個字符中屬于該線的所有點，再掃描出該行字符第二線上的各點，依此類推。如5x7點陣中，當(dāng)掃描完第7線時便掃描出該字符行的全部字符。

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三、CRT顯示器接口

CRT顯示器通過接口電路(適配器)與微機(jī)連接，根據(jù)不同的性能要求有多種不同的結(jié)構(gòu)，并且不斷有高性能、高質(zhì)量的顯示器和適配器出現(xiàn)。給出了接口電路的基本原理圖。接口電路由字符發(fā)生器、顯示緩沖器RAM、CRT控制器、移位寄存器和視頻信號合成器等幾個主要部分組成。圖8.8

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1．字符發(fā)生器字符發(fā)生器的作用是將顯示存儲器RAM中代表一個字符的ASCII碼變換成點陣信息(如5x7、7x9等)，以便送出去控制電子束的強(qiáng)弱，從而在屏幕上打出相應(yīng)字符的光點圖案。從廣義上講，字符發(fā)生器就是一個將ASCII碼轉(zhuǎn)換成點陣碼的代碼轉(zhuǎn)換電路。圖8．9給出了5x7點陣字符發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖中，來自顯示RAM的ASCII碼經(jīng)譯碼后選擇不同的字符。7位ASCII碼的不同取值與128個不同字符對應(yīng)。圖8.9

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來自CRT控制器的線選地址經(jīng)譯碼后用來選擇每個字符點陣中不同行線的線代碼輸出RS2RS1RS0為001時，選擇線1；為010時，選擇線2；…；為111時，選擇線7。如此連續(xù)7次，便可掃描輸出一個完整字符在屏幕上顯示出來。字符ROM是字符發(fā)生器的核心部件，它存儲了全部字符(128個)的5x7點陣信息。

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例如字符“B”的ASCII碼是42H，它的5x7點陣與輸入／輸出的關(guān)系如圖8．10所示。注意，圖中線選地址為000時，沒有數(shù)碼的點陣被選中，5位輸出都為0，正好可作為字符行之間的間隔提供空格。由此可見，所謂字符發(fā)生器實際上是一個以ASCII碼為高位地址，以線選地址為低位地址的只讀存儲器ROM，ROM中存放的內(nèi)容為字符的線代碼。

圖8.10

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2．顯示緩沖器RAM

通常又稱為視頻隨機(jī)存儲器(VRAM)。用于存放要顯示的信息，包括顯示字符碼和顯示屬性碼。當(dāng)要在屏幕上顯示字符時，通常采用的方法是把顯示畫面劃分成許多方塊，每個方塊為顯示一個字符的位置，圖8．11所示為80x24字符的屏幕格式。屏幕上的這些小方塊稱作字符窗口，對應(yīng)于每個字符窗口，把要顯示字符的ASCII碼和屬性碼預(yù)先存放在VRAM中。圖8.11

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屏幕的字符窗口與VRAM的存儲單元有著一一對應(yīng)的映射關(guān)系。一個字符窗口對VRAM中兩個存儲單元，其中偶地址單元為字符的ASCII碼，奇地址單元為字符的屬性碼。對應(yīng)關(guān)系如圖8．12所示。在顯示過程中，首先CPU把要顯示的內(nèi)容存人顯示存儲器，然后在CRT控制器的控制下，不斷從顯示存儲器中讀出已存入的信息，轉(zhuǎn)換成所需要的視頻信號，送到CRT的陰極去控制電子束，以便在屏幕上顯示出穩(wěn)定的字符和圖像。

圖8.12

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根據(jù)顯示RAM的任務(wù)需要，接口為它安排了兩套地址，通過地址多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行切換。一套地址是CPU訪問VRAM的地址，用來接收主機(jī)送來的要顯示信息，稱為寫信息地址；另一套地址是根據(jù)熒光屏顯示格式安排要讀出進(jìn)行顯示的信息地址，這套地址與熒光屏上的位置一一對應(yīng)，它是由CRT控制器內(nèi)部循環(huán)加1計數(shù)器提供的，稱為讀信息地址。

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3．CRT控制器

CRT控制器是CRT接口的核心部件，其主要功能如下：(1)提供讀顯示RAM的掃描地址和屏幕顯示的掃描地址:它包括由八十進(jìn)制計數(shù)器提供的字符地址；由八進(jìn)制計數(shù)器提供的線選地址和由二十四進(jìn)制汁數(shù)器提供的字符行地址。

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每發(fā)出80個字符地址，字符行地址自動加1；每對應(yīng)一個字符行地址，3位線選計數(shù)器計數(shù)一個循環(huán)，以完成8次水平掃描(包括字符行與字符行之間的空格掃描)；字符行地址加到24后自動回0，下一幀掃描又重新開始。字符地址和字符行地址結(jié)合產(chǎn)生1920個顯示RAM地址。

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(2)提供時序控制信號

水平同步、垂直同步及消隱信號：水平同步信號與水平掃描的頻率相同，垂直同步信號與垂直掃描的頻率相同，都為負(fù)脈沖。與此對應(yīng)的消隱信號可以用水平與垂直同步信號“或”起來得到，即利用這兩個信號的“0”電平來達(dá)到回掃期間消隱的目的。

鎖存器的鎖存信號：它與讀顯示RAM地址信號相對應(yīng)，用來將從顯示RAM中讀出的信息暫存到鎖存器中。

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移位寄存器的串行移位信號：又稱為打點時鐘信號，利用它將字符發(fā)生器輸出的并行字符信號通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為串行光點信號去控制電子束的發(fā)射。4．移位寄存器和視頻信號合成器

移位寄存器：在打點時鐘控制下，把從字符發(fā)生器并行輸出的線代碼變成串行形式送往視頻輸出電路。因為在顯示字符過程中光柵掃描是逐行從左向右進(jìn)行的，所以用來控制光點亮度的視頻信號必須是與之對應(yīng)的串行脈沖信號串。

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視頻信號合成器：將字符圖形信息與水平同步、垂直同步、消隱三種信號合成為一種復(fù)合信息流，即視頻信號。為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)CRT顯示裝置的需要，各個半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家紛紛推出自己的CRT控制器專用接口芯片(簡稱CRTC)。CRTC把CRT控制58的功能集成在一塊芯片內(nèi)，并且一般是可編程的，從而大大簡化了CRT顯示系統(tǒng)的設(shè)計。該器件在可編程智能終端、信息顯示器、電視游戲機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

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隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，CRT終端采用了單獨的微處理器控制，