Видеосистема

Классификация периферийных устройств

Периферийное устройство (ПУ) - устройство, входящее в состав внешнего оборудования микро-ЭВМ, обеспечивающее ввод/вывод данных, организацию промежуточного и длительного хранения данных. Можно выделить следующие основные функциональные классы периферийных устройств.

1. ПУ, предназначенные для связи с пользователем. К ним относят различные устройства ввода (клавиатуры, сканеры, а также манипуляторы - мыши, трекболы и джойстики), устройства вывода (мониторы, индикаторы, принтеры, графопостроители и т.п.) и интерактивные устройства (терминалы, ЖК-планшеты с сенсорным вводом и др.)
2. Устройства массовой памяти (винчестеры ¹⁾ , дисководы ²⁾ , стримеры ³⁾ , накопители на оптических дисках, флэш-память ⁴⁾ и др.)
3. Устройства связи с объектом управления (АЦП, ЦАП, датчики, цифровые регуляторы, реле и т.д.)
4. Средства передачи данных на большие расстояния (средства телекоммуникации) (модемы, сетевые адаптеры).

ДИСПЛЕЙ С ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКОЙ

В настоящее время существует большое количество видео-, аудиосистем и мониторов для отображения информации на экране и озвучивания её.

Для связи пользователя с PC было разработано специальное устройство, которое отображало запросы пользователя и ответы на них PC.

Таким устройством в РС является монитор. Работа описана в [1].

С точки зрения принципа действия, все мониторы для РС делят на:

а) мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

б) на основе жидкокристаллических экранов (плоско-панельные мониторы).

Первая группа является наиболее распространённой из-за низкой цены и простого принципа действия: испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения, фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна, а также размещённые на горловине ЭЛТ катушки отклоняющей системы, позволяющие изменять направление пучка.

На экране монитора любое текстовое или графическое изображение – это набор дискретных точек люминофора, называемых пикселами. Минимальный элемент изображения называют растром, а мониторы – растровыми. Электронный луч в этом случае периодически сканирует экран, образуя на нём близко расположенные строки развёртки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна, образуя на экране изображение.

Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали. Например, 640 * 480 или 1024 * 768 пикселей. Если этот видеосигнал является непрерывным по времени, то монитор тоже будет аналоговым, но первые мониторы были цифровыми. Управление в цифровых мониторах осуществлялось двумя сигналами: логической единицей («да») и логическим нулём («нет»). Уровень «1» около 5 В, а у «0» – 0,5 В. Такие уровни у микросхем TTL (Transistor Transistor Logic), поэтому такие мониторы называют ещё TTL-мониторами. Первые из них были монохромные, а сейчас все цветные. Сигналы управления в монохромных мониторах формируются графическими картами стандарта MDA, Hercules или EGA.

У стандарта Hercules одна электронная пушка и анодное напряжение
15 КВ, а потребляемая мощность 30 Вт. Они подключаются к РС
2-рядным и 9-контактным штекером типа «вилка», а аналоговые (VGA и выше) – 3-рядным 15-контактным.

Кинескоп цветного монитора имеет 3 пушки, различающиеся по цветам: Red (красный), Green (зеленый) и Blue (синий). Он с раздельным управлением. Ещё его называют RGB-монитор. Современные аналоговые мониторы так называют из-за цветов, а аналоговый или цифровой сигнал – значения не имеет. Цифровые RGB-мониторы подключают к видеокартам стандарта CGA и EGA. Размер палитры зависит от количества двоичных сигналов, используемых для управления электронными пушками. На CGA 3 основных и 1 дополнительный (Intensity, I). Последний тип кинескопа изменяет интенсивность всех 3 пушек одновременно. Модуль для этого варианта – IRGB отображает 2⁴ = 16 цветов.

В EGA 3 основных и 3 дополнительных (r, g, b) двоичных сигнала для индивидуальной регулировки каждого цвета: модель RrGgBb, может отобразить 2⁶ = 64 оттенка цвета, но отображаются из-за малой видеопамяти только 16 цветов. Аналоговые мониторы работают со стандартами VGA и более поздними: разрешение 640*480 пиксел и выше. Для получения изображения в них используют напряжение от 0 до 0,7 В. Аналоговые мониторы есть и монохромные, но с большим количеством серых оттенков (меньше и дешевле, а потому их тоже используют). Видеосигнал на аналоговый монитор подают через 15-контактный 3-рядный D-образный разъём (стандартный разъём VGA), но из-за более широкой полосы частот видеосигнала у аналоговых мониторов провода 1-6, 2-7 и 3-8 используют как витые пары, а бит идентификации говорит о типе монитора (цветной или монохромный).

Для формирования растра луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла до правого нижнего. Прямой ход по горизонтали осуществляется сигналом строчной развёртки, а по вертикали – кадровой. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку следующей строки (обратный ход луча по горизонтали) и из крайней правой позиции последней строки экрана в крайнюю левую позицию первой строки (обратный ход луча по вертикали) происходит с помощью специальных сигналов обратного хода. Здесь частота обновления изображения 25 Гц.

В соответствии с особенностями человеческого зрения, в ЭЛТ цветного монитора для получения изображения используют три электронные пушки, у которых отдельные схемы управления. На внутреннюю поверхность экрана наносят люминофор трех цветов: красный, синий, зелёный – есть специальная цветоделительная маска.

В современных мониторах 4 типа ЭЛТ:

а) с теневой маской (Shadow mask) и дельтообразным расположением электронных пушек (рис. 9а);

б) ЭЛТ с улучшенной теневой маской (Enhanced Dot Pitch) и планарным расположением электронных пушек (как у фирмы Hitachi) (рис. 9б);

в) ЭЛТ со щелевой маской (Slot mask) – используется в мониторах фирмы NEC и называется Cromaclear (рис. 9в);

г) ЭЛТ с апертурной решёткой (Apertnre grill) – ЭЛТ типа Trinitron фирмы Sony Diamond Tron, фирмы Mitsubishi и Sonic Tron фирмы View Sonic (рис. 9г).

Теневая маска – это металлическая пластина из инвара с системой отверстий, соответствующих точкам люминофора.

Апертурная решётка образована системой щелей. Чёткость изображения лучше при меньшем размере точки люминофора. Расстояние между этими точками на экране называют зерном (от 0,21 до 0,41мм). Монитор 14'' по диагонали 265 мм, а режим 640 * 480 требует в линии отобразить 640 точек, поэтому расстояние между зерном будет 265/640 ~ 0,41 мм.

Рассмотрим характеристики, определяющие качество монитора.

1. Диагональ экрана. Она измеряется в дюймах и указывает на расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана. Есть регулировки H-Size-размера по горизонтали, V-Size-размера по вертикали.

2. Размер зерна экрана – для теневой маски это шаг точки, а для апертурной решетки – шаг полосы.

3. Возможность установки параметров – однажды установленные регулировки геометрических параметров изображения для соответствующих значений частот развёрток и разрешений, запоминаются, чтобы повторно не настраивать.

Рис. 16.1. Типы ЭЛТ и кинескоп с теневой маской

4. Разрешение – аналоговые мониторы должны обеспечивать разрешение не ниже 1 024 * 768, а мультичастотные – до 1 280 * 1 024 и выше (пусть пока ваша видеокарта не обеспечивает этот размер, проще карту заменить).

5. Тип ЭЛТ. Сегодня предпочтительнее Black Trinitron, Black Matrix или Black Planar, но они восприимчивы к свету.

6. Искажения. Смотреть, чтобы круг был кругом, а прямоугольник не с углами, меньшими 90⁰. Следует обратить внимание на искажения, которые возникают при резких светло-тёмных переходах (тянучки) – искажение должно быть не более 3 мм, а нормальное 1 – 2 мм.

7. Частота переключения – при переходе из графического режима в текстовый режим не должно появляться вспышек растра.

8. Потребляемая мощность для 14'' не превышает 60 Вт, но при большей диагонали больше и мощность.

9. Антибликовое покрытие – это плёнка на экране с голубым оттенком из специального химического вещества, которая не даёт отражаться свету от поверхности.

10. Защитные фильтры – они бывают сеточные, плёночные и стеклянные (их защитные свойства и цена возрастают в порядке перечисления).

11. Частота кадров и частота строк 72 МГц (считается самой благоприятной для глаз частотой).

Мониторы с сеточным покрытием экрана практически не защищают от электромагнитного излучения и статического электричества. Их размещают поверх экрана, что ухудшает контрастность.

Мониторы с плёночным покрытием не защищают от статического электричества, но повышают контрастность, поглощают ультрафиолетовое и, частично, рентгеновское излучение. Среди них есть модели с поляризацией.

Существует несколько модификаций стеклянных мониторов.

Мониторы с покрытием из простого стекла снимают статику, ослабляют низкочастотные электромагнитные поля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают контраст. Такие фильтры есть с категорией полной защиты. Здесь стекло легируют атомами тяжелых металлов.

Мониторы класса Low Radiation сделаны из специального стекла, которое ослабляет все виды излучения – это аналогия защитного экрана. Снижение электростатического потенциала достигается использованием специальных экранирующих материалов, соединённых с заземляющим проводом.

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МОНИТОРЫ

Для устранения большой массы мониторов, их размеров и энергопотребления были разработаны малогабаритные дисплеи на основе жидких кристаллов – ЖК-мониторы – они совершенно плоские, а потому эти мониторы ещё называют плоско-панельными. Используются как в Notebook, так и в обычном РС. Работа описана в [1].

В них экран состоит из двух панелей, между которыми залит слой жидкокристаллического вещества. Экран представляет собой совокупность отдельных ЖК-ячеек, каждая из которые обычно выдаёт 1 пиксел изображения, но здесь ячейка не генерирует, а управляет интенсивностью проходящего света. Для этого в них используют подсветку. ЖК-ячейка – это электронно-управляемый светофильтр. Жидкокристаллическое вещество имеет молекулы вытянутой формы – неметаллические, что позволяет их упорядочивать. Если на подложку нанести мелкие бороздки, то молекулы ЖК-вещества будут ориентироваться вдоль этих бороздок. Другим важнейшим свойством является зависимость ориентации этих молекул от направления внешнего электрического поля.

В технологии Twisted Nematic ориентирующие канавки развёрнуты относительно друг друга на 90⁰. Если к подложкам приложить напряжение
3 – 10 В, то между ними возникает электрическое поле, и молекулы располагаются параллельно его силовых линий, поворота плоскости поляризации проходящего через них света не происходит, а потому плоскость поляризации света не совпадает с плоскостью поляризации анализатора (нижней подложки), и ЖК-ячейка оказывается непрозрачной.

Подсветку ЖК-экранов делают электролюминесцентными лампами с холодным катодом сзади или по бокам экрана. Для цветного изображения используют триады ячеек, каждая из которых пропускает через светофильтр только один из основных цветов.

Усовершенствованная технология – Super Twisted Nematic. Чтобы улучшить контрастность изображения, угол закручивания молекул увеличили до 120⁰, а затем до 270⁰. После появилась технология Dual Super – Twisted Nematic, где используются сразу 2 ячейки, последовательно поворачивающих плоскость поляризации в противоположных направлениях, а проблему низкого быстродействия решили использованием двойного сканирования, т.е. весь экран разбивается на чётные и нечётные строки, обновление которых происходит одновременно. Радикально повышено быстродействие ЖК-ячеек и контрастность в технологии активных ЖК-ячеек. От обычной (пассивной) активная ЖК-ячейка отличается наличием собственного электронного ключа, выполненного на транзисторе, который позволяет коммутировать более высокое (десятки вольт) напряжение, используя сигнал низкого уровня (0,7 В) – это снизило засветку соседних пикселов. Электронные ключи сделаны по тонкоплёночной технологии, поэтому ЖК-экраны называли (по аналогии с тонкоплёночными транзисторами) TFT-экраны (Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор). Они разработаны фирмой Toshiba.

Здесь каждый элемент матрицы образован тремя тонкоплёночными транзисторами и триадой управляемых ими ЖК-ячеек, которые пропускают через светофильтр только один из основных цветов.

Характеристики жидкокристаллических мониторов немного отличаются от мониторов с ЭЛТ.

1. Размер и ориентация экрана от 13 до 16'', практически совпадает с растром, но здесь возможна ориентация как ландшафтная (обычная), так и портретная. Это достигается обычным поворотом экрана на 90⁰, но ориентация изображения не меняется.

2. Поле обзора характеризуется углами обзора, отсчитываемыми от перпендикуляра к плоскости экрана по горизонтали ±45 – 70⁰ и по вертикали от –15 – 50⁰ (вниз) до +20 – 70⁰ (вверх).

3. Разрешение 1 024 * 768 определяется размером экрана и размером ячейки. Здесь пиксел и зерно – одно и то же. Полоса пропускания видеотракта составляет 65 – 80 МГц.

4. Частота строчной развёртки колеблется в диапазоне от 30 до 60 КГц, а частота кадров от 60 Гц до 85 Гц, но чаще 75 – 85 Гц.

5. Яркость – типовая яркость 150 – 200 кд/м², уменьшают регулятором.

6. Контрастность показывает, во сколько раз изменяется яркость монитора при изменении уровня видеосигнала от максимального до минимального (150: 1 – коэффициент контрастности). Минимальный равен 130: 1, а максимальный – 1000: 1.

7. Инерционность монитора – минимальное время, необходимое для активизации его ячейки. Сейчас 30 – 70 мкс, т. е. как у ЭЛТ-мониторов.

8. Палитра – так как ЖК-монитор – цифровой монитор, то палитра ограничена 262 144 или 16 777 216 оттенками цветов.

9. Проблемные пикселы – это «заклинившие» пикселы, яркость которых при смене изображения и даже после выключения монитора неизменна, но это несовершенство технологии производства ЖК-экранов.

10. Масса и габариты – масса достигает нескольких килограммов, а толщина до 20 см. Монитор можно отсоединить от PC и повесить на стену.

Потребляемая мощность 35 – 50 Вт в рабочем режиме и 5 – 8 Вт в режиме ожидания.

Их выпускают различные фирмы. Есть мониторы моделей Samsung, Acer, Sony, Benq. В последнее время появились модели Prestigio южно-корейской компании Prestigio International. У неё разрешение 1280х1024 пикселей, угол обзора (гориз./верт.) 150/при контрастности 500:1 со временем отклика 13 мс.

ПЛАЗМЕННЫЕ ДИСПЛЕИ

В этих дисплеях вместо жидкокристаллического вещества используется ионизированный газ. Работа описана в [1]. Его молекулы излучают свет в процессе рекомбинации (восстановления электрической нейтральности). Для перехода в плазму используют высокое напряжение. Их максимальный размер 42'', но очень дорогие.

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ДИСПЛЕИ

Электролюминесцентные мониторы (ElectroLuminescent displays) по своей конструкции аналогичны ЖК-мониторам, но принцип действия основан на использовании света при возникновении туннельного эффекта в полупроводниковом p-n переходе. Описание работы дано в [1]. У них высокие частота развёртки и яркость свечения, они надёжны в работе, но уступают ЖК-мониторам в электропотреблении (на ячейки подают 100 В).

МОНИТОРЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Мониторы электростатической эмиссии (Field Emission Displays) – это гибрид технологии ЭЛТ и жидкокристаллической. В качестве пикселов используются зёрна люминофора, но вместо электронного луча они активизируются электронными ключами как в TFT-экранах. Управление этими ключами выполняет специальная схема типа контроллера ЖК-экрана. Необходимое напряжение 5 000 В. Это наилучший среди плоско-параллельных экранов, с самой низкой инерционностью – 5 мкс, размер экрана 14–15''.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СВЕТОДИОДНЫЕ МОНИТОРЫ

Органические светодиодные мониторы вместо стекла используют для экрана специальный полимер (пластик), обладающий свойством полупроводимости. При пропускании тока он светится. Напряжение для изображения пиксел необходимо менее 3 В. Этот монитор дёшев и прост в изготовлении, у него тонкий (2 мм) и эластичный экран, низкая инерционность, его используют пока только в телефонных трубках.

Дата добавления: 2014-01-06