CRT顯示器接口課件

CRT顯示器介面

8.2CRT顯示器介面

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。由於它能將電腦中的數(shù)據(jù)以字元、圖形和圖像的形式在螢光屏上直觀地顯示出來，並且具有回應(yīng)速度快、無噪音、無機(jī)械磨損、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，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，一般可分為字元終端和圖形終端兩類。字元終端成本較低；圖形終端的功能比字元終端更強(qiáng)，但成本較高。進(jìn)行漢字顯示時，由於漢字?jǐn)?shù)量多、筆劃繁，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)，接收的並不是合成視頻信號，而是彼此分離的圖像信號、水準(zhǔn)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個字元的螢?zāi)桓袷?；解析度?20x350；9x14字元框，實(shí)際字元點(diǎn)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)。彩色顯示器按解析度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，解析度為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，解析度為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，解析度可達(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(shí)現(xiàn)螢?zāi)簧系淖衷瘓D形顯示的。陰極射線管由電子槍、螢光屏及管殼等三部分組成。在螢光屏內(nèi)表面塗有螢光粉薄膜，當(dāng)電子槍射出的高速(約每秒60000km以上)電子束撞擊到螢光屏上時，可使對應(yīng)位置的螢光膜發(fā)光，通過對電子束聚焦，便在螢?zāi)簧铣霈F(xiàn)清晰的小光點(diǎn)。

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光點(diǎn)的亮度取決於電子束的強(qiáng)弱，而電子束的強(qiáng)弱可由視頻信號(“1”或“0”)決定。光點(diǎn)的位置則受掃描電路的控制，掃描發(fā)生器產(chǎn)生水準(zhǔn)掃描和垂直掃描信號，經(jīng)同步後控制電子束在螢?zāi)簧系奈恢米兓?，掃描過程如所示。

圖8.6

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水準(zhǔn)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／幀序掃描到最後一行的最右端時，即構(gòu)成一幀完整的畫面，光點(diǎn)重新回到左上端(原點(diǎn)0)，開始新一幀掃描。利用螢光膜有一定的餘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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顯示在螢?zāi)簧系拿恳粋€字元都由稱為點(diǎn)陣的光點(diǎn)圖形來表示。對於單色顯示器來說，點(diǎn)陣以黑底亮點(diǎn)或以亮底黑點(diǎn)的方式出現(xiàn)，每個字元—·般由5x7、7x9或更多點(diǎn)的點(diǎn)陣圖形來表示。點(diǎn)陣點(diǎn)數(shù)越多，顯示清晰度越高，相應(yīng)地要求CRT的解析度越高。例如，當(dāng)採用5x7點(diǎn)陣時，每個字元用35個點(diǎn)的點(diǎn)陣表示，字元“OY”的點(diǎn)陣圖如所示。。圖8.7

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圖中黑點(diǎn)、空白分別對應(yīng)“1”、“0”代碼。每條線對應(yīng)的代碼稱為字元點(diǎn)陣的線代碼。為了得到良好的視覺效果，實(shí)際上在字元的上、下方還需留出一定的間隔，所以一般需要8—l0條線來顯示一個字元，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個字元。值得指出的是，並不是掃描顯示出一個完整的字元後再掃描顯示下一個字元，而是先掃描出某字元行第一線上每個字元中屬於該線的所有點(diǎn)，再掃描出該行字元第二線上的各點(diǎn)，依此類推。如5x7點(diǎn)陣中，當(dāng)掃描完第7線時便掃描出該字元行的全部字元。

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三、CRT顯示器介面

CRT顯示器通過介面電路(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)，並且不斷有高性能、高質(zhì)量的顯示器和適配器出現(xiàn)。給出了介面電路的基本原理圖。介面電路由字元發(fā)生器、顯示緩衝器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．字元發(fā)生器字元發(fā)生器的作用是將顯示記憶體RAM中代表一個字元的ASCII碼變換成點(diǎn)陣資訊(如5x7、7x9等)，以便送出去控制電子束的強(qiáng)弱，從而在螢?zāi)簧洗虺鱿鄳?yīng)字元的光點(diǎn)圖案。從廣義上講，字元發(fā)生器就是一個將ASCII碼轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣碼的代碼轉(zhuǎn)換電路。圖8．9給出了5x7點(diǎn)陣字元發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖中，來自顯示RAM的ASCII碼經(jīng)解碼後選擇不同的字元。7位ASCII碼的不同取值與128個不同字元對應(yīng)。圖8.9

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來自CRT控制器的線選地址經(jīng)解碼後用來選擇每個字元點(diǎn)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元在螢?zāi)簧巷@示出來。字元ROM是字元發(fā)生器的核心部件，它存儲了全部字元(128個)的5x7點(diǎn)陣資訊。

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例如字元“B”的ASCII碼是42H，它的5x7點(diǎn)陣與輸入／輸出的關(guān)係如圖8．10所示。注意，圖中線選地址為000時，沒有數(shù)碼的點(diǎn)陣被選中，5位輸出都為0，正好可作為字元行之間的間隔提供空格。由此可見，所謂字元發(fā)生器實(shí)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記憶體ROM，ROM中存放的內(nèi)容為字元的線代碼。

圖8.10

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2．顯示緩衝器RAM

通常又稱為視頻隨機(jī)記憶體(VRAM)。用於存放要顯示的資訊，包括顯示字元碼和顯示屬性碼。當(dāng)要在螢?zāi)簧巷@示字元時，通常採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元的位置，圖8．11所示為80x24字元的螢?zāi)桓袷健Ｎ災(zāi)簧系倪@些小方塊稱作字元窗口，對應(yīng)於每個字元窗口，把要顯示字元的ASCII碼和屬性碼預(yù)先存放在VRAM中。圖8.11

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螢?zāi)坏淖衷翱谂cVRAM的存儲單元有著一一對應(yīng)的映射關(guān)係。一個字元窗口對VRAM中兩個存儲單元，其中偶地址單元為字元的ASCII碼，奇地址單元為字元的屬性碼。對應(yīng)關(guān)係如圖8．12所示。在顯示過程中，首先CPU把要顯示的內(nèi)容存人顯示記憶體，然後在CRT控制器的控制下，不斷從顯示記憶體中讀出已存入的資訊，轉(zhuǎn)換成所需要的視頻信號，送到CRT的陰極去控制電子束，以便在螢?zāi)簧巷@示出穩(wěn)定的字元和圖像。

圖8.12

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根據(jù)顯示RAM的任務(wù)需要，介面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)送來的要顯示資訊，稱為寫信息地址；另一套地址是根據(jù)螢光屏顯示格式安排要讀出進(jìn)行顯示的資訊地址，這套地址與螢光屏上的位置一一對應(yīng)，它是由CRT控制器內(nèi)部迴圈加1計數(shù)器提供的，稱為讀資訊地址。

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3．CRT控制器

CRT控制器是CRT介面的核心部件，其主要功能如下：(1)提供讀顯示RAM的掃描地址和螢?zāi)伙@示的掃描地址:它包括由八十進(jìn)位計數(shù)器提供的字元地址；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)器提供的字元行地址。

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每發(fā)出80個字元地址，字元行地址自動加1；每對應(yīng)一個字元行地址，3位線選計數(shù)器計數(shù)一個迴圈，以完成8次水準(zhǔn)掃描(包括字元行與字元行之間的空格掃描)；字元行地址加到24後自動回0，下一幀掃描又重新開始。字元地址和字元行地址結(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

水準(zhǔn)同步、垂直同步及消隱信號：水準(zhǔn)同步信號與水準(zhǔn)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)脈衝。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中讀出的資訊暫存到鎖存器中。

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移位寄存器的串行移位信號：又稱為打點(diǎn)時鐘信號，利用它將字元發(fā)生器輸出的並行字元信號通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為串行光點(diǎn)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(diǎn)時鐘控制下，把從字元發(fā)生器並行輸出的線代碼變成串行形式送往視頻輸出電路。因?yàn)樵陲@示字元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(diǎn)亮度的視頻信號必須是與之對應(yīng)的串行脈衝信號串。

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視頻信號合成器：將字元圖形資訊與水準(zhǔn)同步、垂直同步、消隱三種信號合成為一種複合資訊流，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控制器專用介面晶片(簡稱CRTC)。CRTC把CRT控制58的功能集成在一塊晶片內(nèi)，並且一般是可編程的，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、資訊顯示器、電視遊戲機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

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隨著大規(guī)模積體電路技術(shù)的迅速發(fā)展，CRT終端採用了單獨(dú)的微處理器控制，