（物理电子学专业论文）闭路投景显示系统的研制.pdf

闭路投影显示系统的研制。 摘要 本文以高亮度投影管作为显示器件，开发了一套实用的、价格低廉的大屏 幕投影显示系统。由于它仍属于c r t 显示，因此具有c r t 显示中价格低、显 示速度快、信号调制容易、扫描系统简单等优点。它与传统的光学投影仪及新 型的液晶投影机相比具有更高的性能价格比。 系统的摄像部分选用c c d 摄像头，其输出为视频全电视信号( x s c t ) ，同 时又考虑到与计算机的连接，因而在设计系统电路时选择了以m t s ( m u l ts y n c ， 多频同步) 显示器的电路为基础。f 它具有较宽的行场频自动同步范围，能够与 多种制式的显卡( 如c g a 、e g a 、，g a 、s v g a ) 直接相连。在这些不同行频、 场频信号的输入下，电路均能自动地实现行场同步、s 校正、行场幅调整、逆 程电容的自动选择、行输出电源电压选择及高压控制等。全电视信号的行、场 频都在该m t s 电路的频率工作范围内，因此全电视信号输入后，其同步、校正 等都会自动地正常进行。r 7 m t s 电路要求输入的是r 、g 、b 三色信号及行场同步脉冲信号，而全电 视信号中同步信号与图象信号是混在一起的，因此在将视频全电视信号输入 m t s 电路之前，要先将行场同步信号分离出来，并整形为符合后续电路要求的 t t l 电平脉冲。研究中为此设计了一个同步分离模块，实现了同步信号的分离， 解决了全电视信号的输入问题。最终达到了计算机显卡输出信号与视频全电视 信号均能投影显示的效果。 关键词：投影显示多频同步全电视信号同步分离 塑堕塑墅里重墨篓塑堑型 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，w ed e v e l o pas e to fa p p l i e dl a r g e s c r e e nd i s p l a ys y s t e mw i t hh i g h b r i g h t n e s sp r o j e c t i o nt u b e t h i ss y s t e mh a sal o to fm e r i t s ，s u c ha sl o wp r i c e ，h i g h d i s p l a ys p e e d ，e a s ys i g n a lm o d u l a t i o n ，s i m p l es c a n n i n gs y s t e m ，a n di ta l s oc a nr e a l i z e r e a l t i m ed i s p l a y s ow ec a ns a yi th a sh i g l lc a p a b i l i t yw i t hl o wp r i c e i no r d e rt od i s p l a yn o to n l yt h ec o m p o s i t ev i d e os i g n a l ，b u ta l s ot h es i g n a lf r o m t h ec o m p u t e r sv i d e oc a r d ，w ed e s i g nt h es y s t e mc i r c u i tb a s e do nm u l t i f r e q u e n c y 。 s y n c ( m t s ) d i s p l a y sc i r c u i t t h em t s d i s p l a yc i r c u i tc a ns y n c h r o n i z ew i t ht h ei n p u t s i g n a li naw i d ef r e q u e n c ys c o p e ，i tc a nc o n n e c tw i t hm a n yk i n d so fv i d e oc a r d s d i r e c t l y , s u c ha sc g a ，e g a ，v g aa n ds v g a s ot h ei n p u to ft h es i g n a lf r o m c o m p u t e r sv i d e oc a r db e c o m e se a s y t h el i n ef r e q u e n c ya n dt h ef i e l df r e q u e n c yo f t h e c o m p o s i t ev i d e os i g n a la r ea l li nt h es y n c h r o n i z i n gs c o p eo fm t s d i s p l a yc i r c u i t ，s o w h e nt h ec o m p o s i t es i g n a li si n p u t t e di n t ot h em t sc i r c u i t ，i tc a na l s os y n c h r o n i z e c o r r e c t l y t h em t sc i r c u i tr e q u i r e sr 、g 、bs i g n a la n dl i n e 、f i e l ds y n ep u l s e w h i l ei nt h e c o m p o s i t ev i d e os i g n a l ，t h ep i c t u r es i g n a la n dt h es y n cs i g n a la r em i x e dt o g e t h e r s o t h ec o m p o s i t ev i d e os i g n a lc a nn o tb ei n p u t t e di n t ot h em t sc i r c u i td i r e c t l y t h es y n c s i g n a ls h o u l db es e p a r a t e do u tf i r s t l y f o rt h ei n p u to ft h ec o m p o s i t ev i d e o ，w ed e s i g n ac i r c u i tm o d u l et os e p a r a t et h es y n cs i g n a l a tl a s t ，w er e a l i z et h ep r o j e c t i o nd i s p l a y o f t h ec o m p o s i t ev i d e os i g n a la n dt h es i g n a lf r o mt h ec o m p u t e r sv i d e oc a r d k e yw o r d s ：p r o j e c t i o nd i s p l a y m t s c o m p o s i t ev i d e os i g n a ls y n cs e p a r a t i n g 2 闭路投影显示系统的研制 绪论 随着信息时代的到来，信息成为了时代的主要特征之一。大量信息的涌现， 使得人们不断寻求着能够更加快速、便捷、准确地获取信息的方法。大屏幕显 示系统的使用，使得在面对众多观众时，讲述者不再只是枯燥的文字表述，图 形、表格等的展示使得与会者更易理解讲述者的意思，同时又无须花费大量的 时间去等待讲述者的绘画。这样的特点使得这种系统在会议、教学演示等场合 被广泛使用。 光学投影仪是会议、教学演示中被广泛使用的一种大屏幕显示仪器。它具 有成本低、操作简单等特点。但众所周知，它需要事先将演示内容做在透明的 投影胶片上，因此它的前期准备工作是比较繁琐费时的。而且光学投影仪又不 能实现对实物的投影显示，这对于不易作在胶片上的演示内容就无能为力了， 另外也不宜临时加入演示内容。液晶投影机的出现免去了做胶片的繁琐，它可 以和摄像器乃至计算机直接相连，实时动态地显示摄像内容和计算机的显示内 容，这使得它比光学投影仪更加方便灵活。但现阶段液晶投影机的造价仍是很 高的，售价一般在几万元到十几万元，这样的价格还很难为一般的用户接受， 尤其是对此迫切需要作为教学仪器的众多中小学学校。 传统的c r t ( c a t h o d er a yt u b e ，阴极射线管) 显示有着品质好、成本低的 优点。然而用c r t 来实现大屏幕投影显示的产品还不多见。高亮度投影管在背 投式大屏幕彩电上的成功，在一定程度上证明了这种投影管的发光强度能够适 合于大屏幕的显示。与摄像系统配合，它同样可以实现实物的实时投影显示， 免去做胶片的烦琐。并且它的成本将远低于液晶投影机，与光学投影仪接近。 出于这种考虑，本论文选择了用高亮度投影管作为投影显示的显示器件，试图 在低成本的大屏幕显示上做一点尝试。 由于计算机技术的迅猛发展，计算机的日益普及，人们的大量信息都储存 在计算机中。因此在实验之初，就考虑了该系统与计算机的连接问题，使其既 能完成摄像信号的显示，又能将计算机输出的显示信号显示出来。 本文的书写共分六章。第一章是系统的构成，简单介绍了该闭路投影系统的各 组成部分；第二章是对摄像部分工作原理的简介；第三章是对该系统电路部分 的简介；第四章介绍了c c d 摄像信号与计算机显卡输出信号这两种信g - 的接 入，重点介绍了视频全电视信号接入时的同步分离电路；第五章介绍了对显示 部分所做的调整，提出了一些改善方案；第六章提出了对系统的展望。 塑堕堡墅曼重墨堑塑堑型一 第一章系统构成 该闭路投影系统由摄像部分、视频信号处理部分及投影显示部分等构成。 其结构框图如图1 一l 。以下分别对各部分做简要介绍。 l 搠嘟分卜_ ，l 一| _ 斗i 授：影显耥 妇l 图1 - 1 投影系统结构框图 1 1 摄像部分 实验中使用的摄像部件是黑白c c d 摄像头。与传统摄像管相比，c c d 摄 像器件具有体积小、重量轻、携带方便等优点，这些特点符合实验的要求。该 摄像头的性能参数如表1 1 。摄像部分的具体工作原理将在第二章做较详细的介 绍。 表1 - 1 s y n c h r o s y n c h r o n u m b e rp i x e l s c a n n i n g r e s o l u t i o n h o r i z o n t a lv e r t i c a l s i z e s y s t e m n t s cf i a ln t s cp a ln t s cp a l l 31 5 ，7 3 41 5 6 2 5 i n c h 5 1 0 x 4 9 25 4 5 5 9 22 ：1i n t e r l a c e4 5 0l i n e s 6 0 h z5 0 h z k h zk h z m i n i m u m g a m m a p o w e r c u r r e n t o u t p u t d i m e n s i o n s 1 1 i t i m ( f 1 4 ) +s o u r c el x w x h w e i g h 1 2 v d c 1 2 0 m a 1 0 v p p 0 1 l u x0 4 5 1 3 0 x 6 4 x 6 4 c m o 5 k g 2 2 0 v a c( m a x )7 5 0 h m + 说明：f 为光圈指数f = f d ，其中f 为焦距，d 为光圈孔径。f i 4 为镜头最大进光能力时。 1 2 投影显示部分 该系统投影显示部分包括投影管、光学镜头、偏转线圈及一部分显示附属 电路。 塑整望墅塞歪鍪鉴塑矍型 1 2 1 投影管 实验所用的投影管为高亮庹投影管p c 7 m 2 8 g 5 3 t ，萁参数如寝1 - 2 a 表l - 2 heaterv o l t a g e ( 灯丝电压) 6 3 v ( n o r a ) 6 9 v ( m “+ ) 5 7 v ( m i n ) la c c e l e r a t i n gv o l t a g e ( 加速极电压) 2 5 0 v - - 6 0 0 v 】 lf o c u s i n g v o l t a g e ( 聚焦电疆 1 0 0 0 0 v a n o d ev o l t a g e ( 阳极电压) 3 0 0 0 0 v c u t - o f f v o l t a g e ( 潺躺摄毫篷 1 0 2 0 v ： m a i nc h a r a c t e r i s t i c s ( 主要特征) ih e a t e rc u r r e m ( 灯缝电流) 11 0 m a ( n o m 。) t 2 0 m a ( m a x ) 1 0 0 m a ( m i n ) d e f l e c t i o nm e t h o da n da n g l e ( 偏转方式及角度) m a g n e t i c 8 0 。 f o c u s i n gm e t h o d ( 聚焦方式) e l e c t r o s t a t i c u s e f u ls c r e e n a r e a ( 荧光解的有效面积) 1 2 7 m m 11 0 r a m p h o s p h o ra n df l u o r e s c e n tc o l o u r ( 荧光粉材料) g p 5 3 c o n t r a s t ( 对 e 度) 5 0 r e f r a c t i o n o f f a c e p l a e e ( 屏面折射率) 0 1 5 4 0 w e i , 掣h t 1 3 0 0 z b r i g h t n e s s g 。1 3 0 0 0 c d m 2 ( r a i n ) e e n t e r8 乍v l r e s o l u t i o n ( 分辨率) e d g e7 0 0 t v l c a o a c i t a n c e o f c a t h o d e t o o t h e r s ( 阴极电容) 4 p f ( m a x ) c a o a c i t a n c eo f m o d u l a t o r t oo t h e r s ( 调制极电容) 8 0 f ( m a x ) u n d e f l e c t e ds p o tp o s i t i o nf r o mc o l l a rc e n t e r 6 。0 r a m _ 2 5 d b频率l5 7 5 k t t z 扫描幅度 11 0 m m x 8 2 m m 阳极电压3 2 k v 行线髑 1 2 。3 m h a o d 2 + 4 扛接宽1 1 0 m m ，魄嚣3 2 k v 偏转灵敏瘦 帧线圈7 1 s 2 a p p 吐8 扫描宽8 2 r a m ，电压3 2 k v 1 3 电路部分 电路部分是以m t s ( m u l ts y n c ，多频同步) 显示器电路为基础( 实验中选 蹋懿是g w 5 0 0 燮彩色多撅同步显示嚣) ，零l 瘸了该亳路上的褫频信号敖大、行 场圊步行场扫描、皂动s 校正、行输出及电源簿部分的电路，为投影管提供显 示信号、工作电压及偏转线圈的工作电流。在企电视信号接入的前端外加了行、 场同步分离电路，使之满足后续m t s 电路对杼、弱同步脉冲单独输入的要求。 滗缀豹工作漂理将在第三拳、第嚣章、第聂章会绍。 闭路投影显示系统的研制 第二章c c d 摄像器件的工作原理 由于本系统的摄像部件是c c d 摄像头，为了更好地了解摄像部分的工作情 况，本章对c c d 摄像器件的工作原理做简要的介绍。 2 1 c c d 器件 c c d ( c h a r g ec o u p l e dd e v i c e ，电荷耦合器件) 器件是一种金属- 氧化物一半 导体( m o s ) 集成电路器件，自1 9 7 0 年问世以来，发展迅猛，现已广泛用于 摄像、数据处理与存贮等领域。 2 1 1 c c d 摄像器件的基本工作原理 c c d 摄像器件是由几十万个感光单元组成的二维阵列，其外形及基本模式 如图2 1 所示。它是一种电荷转移方式的固体摄像器件，它首先把各个感光单 元上所产生的电荷转移到存贮区，再在读出移位寄存器上逐一移动，最后将信 号电荷读取出来产生视频信号。每个感光单元称之为像素，其实质是一个半导 体光敏元件m o s 电容元件。c c d 摄像器件能实现光电转换、电荷信息存 贮和转移输出三大功能。 ( a ) c c d 摄像器件外形 | _ i _ 1 一o j 滓素 | 掣型率蔓“”1 憾裴i q 一一 p 卜 ： 输出l ：= ：= 二：二； 。- - _ _ - _ - _ - _ _ _ _ - _ - _ - - _ _ _ - - _ - - i _ - - _ _ _ 一 ( b ) c c d 基本横型 图2 - 1c c d 摄像器件基本模型 2 1 2 面阵c c d 电荷转移的方式 c c d 摄像器件是由m o s 电容组成的二维阵列，这种面阵c c d 将光电转换 7 闭路投影显示系统的研制 产生的电荷转移出去形成电视信号输出有多种方法，广泛应用的有：行间转移 ( i t ) 方式、帧转移( f t ) 方式和帧一行问转移( f i t ) 方式3 种。 1 行间转移( i t ) 方式 行间转移方式c c d 结构如图2 2 ( a ) 所示，它的上部是感光部和覆盖有不 透明金属层的转移部，两者作水平相间排列，成对紧紧地靠在一起，它的下部 是水平读出移位寄存器( 即水平排列的m o s 电容) 。感光部的每个感光单元( 像 素) 受光照时，产生相应的光电子，并存贮在本身的势阱内。在场逆程期间， 这些势阱内存贮的信号电荷受控制门控制，一次性转移到与感光单元一一对应 的转移部单元中，然后，感光部又重新回到光电转换与电荷积累状态。转移部 因涂有金属遮光层，仅是许多列不能产生光电子的m o s 电容，故它只起电荷 暂存与转移作用。在场正程期间，感光部对下场图像进行光电转换，产生新 的信号电荷，转移部将上一场的信号电荷在行消隐期间内，在垂直驱动脉冲( ( p 。， ( p 。，( p 。，) 作用下，逐行向下移动一个单元，这样每个行消隐期转移部向下方的 水平读出移位寄存器送出一行信号电荷。在对应的行正程期间，在水平驱动脉 冲( ( p h 。、( p h 2 ( p 。，) 控制下，水平读出移位寄存器依次将一行信号转移输出，形 成电视信号。 h t 倩号 抽 瞰 掰 图2 - 2 面阵c c d 电荷转移的3 种方式 2 帧转移( f t ) 方式 帧转移方式c c d 结构由图2 2 ( b ) 所示，整个c c d 器件分三个主要部分： 上部是感光部，受光照产生光电子；下部是存储部，其表面涂有遮光层，不能 感光；最下部分是水平读出移位寄存器。 感光部将在场正程期间内经光电转换积累的信号电荷在场消隐期间迅速地 一次性全部转移到存储部。此后的场正程期间感光部又重新进入光电转换与电 荷积累状态，而存储部将电荷逐行向下转移，在p 。垂直驱动脉冲驱动下，在每 一隰黔 三鹱隔目田； 豳2 3 场积累读出方法原理图 夸 闭路投影显示系统的研制 帧积累读出方法对奇数行和偶数行电荷的读取按奇、偶场交替进行。在奇 数场场消隐期间，只是将v 1 、v 3 、v 5 等奇数行感光单元的电荷转移到垂直转 移部，再转移读出；v 2 、v 4 、v 6 等偶数行感光单元继续积累电荷。在偶数场 场消隐期间，则将v 2 、v 4 、v 6 等偶数行感光单元的电荷转移到垂直转移部读 出；v 1 、v 3 、v 5 等奇数行感光单元继续积累电荷。在这种隔行扫描读出方式 中每个感光单元转移到垂直转移部之前积累了两场( 1 帧即1 2 5 秒) 的信号电 荷，动态清晰度较低。同时，由于电荷积累时间较长，当动态范围超过6 0 0 1 j j ， 帧积累读出方式拍摄的图像效果较差。 帧复位读出方法可以克服帧积累读出方法的缺陷。在这种读出方法中，奇 数行与偶数行还是按奇、偶场交替读出，但在每个场消隐后肩加入了一个电子 快门脉冲( 电荷复位脉冲) ，使每个感光单元内的电荷全部排放到垂直溢流沟道 ( v o f d ) ，在场正程到来时，每个感光单元从头开始积累电荷。例如：在奇数 场场消隐到来时，v 1 、v 3 、v 5 等奇数行感光单元的电荷首先转移到垂直转移 部，然后再加入电荷复位脉冲，使v 2 、v 4 、v 6 等偶数行感光单元上一场积累 的电荷全部排放掉，下一场( 偶数场) 所有感光单元从头开始积累电荷。这样， 帧复位读出方法的信号积累时间为1 5 0 秒，因而可以获得较高的动态分辨力。 同时，它又不是取相邻两行的平均值读出，所以又可以保证较高的垂直清晰度。 不过，由于电荷复位脉冲将一半信号电荷排放到垂直溢流沟道而使灵敏度降低 了半。 2 2 视频信号的放大与处理 由c c d 输出的图像信号必须经过放大与一系列加工处理( 补偿与校正) 才 能作为标准的视频信号输出。视频信号放大与处理电路的基本框图如下： 在摄像系统中除了以上的放大和校正处理外，还有轮廓校j 下、杂散光校下、 电缆校正等。除此之外，摄像部分还有一部分重要电路即同步信号发生器，它 能产生行、场复合同步与消隐等同步信号，供c c d 驱动电路、视频信号处理电 路等使用。 经过c c d 摄像器件的光电转换及后续的视频信号处理电路，c c d 摄像头 输出的信号为标准的全电视信号。 1 0 闭路投影显示系统的研制 2 3 全电视信号简介 电视信号中不仅包含携带图像信息的图像信号而且还有保证显示系统正常 运行的“辅助信号”，它们有机地组成“全电视信号”。主要的辅助信号是消隐 信号和同步信号。 2 3 1 图像信号 摄像系统将平面图像信息变为电平随时间变化的电信号。这个电信号反映 了图像的两个重要方面，即亮度与空间。在图像信号中，电平的高低反映图像 的亮暗。以低电平反映暗的层次，高电平反映亮的层次，这样的信号称为“正 极性”信号；以高电平反映暗的层次，低电平反映亮的层次，这样的信号称为 “负极性”信号。 图像信号中不同的时刻对应于不同的像素，信号的时间间隔反映像素的空 间间隔。 2 3 2 同步信号 为使接收机能够与摄像机同步工作，必须向接收机提供同步信号。由于显 示扫描是二维的，因此同步信号按照扫描的要求分为行同步信号与场同步信号。 行、场同步信号组成复合同步信号，在图像信号的消隐期间混合进去，组成全 电视信号。同步信号与图像信号的幅度之比为三比七，并以黑电平为界线，同 步信号与图像信号各占上下方。这样，用全电视信号重现出来的图像，就不 受同步脉冲的干扰，无需切除同步信号就可送去显像。 2 3 3 消隐信号 消隐信号的功能，在摄像管中是防止电子束在扫描的逆程中检取光电图像 信号，在显像管中则是防止电子束在扫描的逆程中在屏幕上显示出光迹。消隐 信号的另个重要功能是提供一个正确显示亮度层次的参考电平，消隐信号与 图像信号复合前也要先组成行场复合消隐信号，消隐信号在使用时不必分离出 来。为了能起抹迹作用，消隐信号的电平应该等于或略高于黑电平，因此，它 只可能显示得更黑。 2 3 4 全电视信号波形 全电视信号的相继两场的波形，分别称之为奇数场( 如图2 4 下面的波形) 和偶数场( 如图2 - 4 上面的波形) 。也有对应地称之为第场与第二场。 全电视信号标准信号幅度峰峰值为l v 。通常使消隐电平等于黑电平，黑电 平的上边是同步脉冲，幅度为0 3 v 。黑电平的下边是从白电平开始的图像信号 围墅塑受星查墨堑塑婴型 的动态范围，其蝠度为0 7 v 。媳路的输出阻抗一般为7 5 q ，以便与视频电缆相 匹配。复合消隐中行消隐1 2 u s ，场淌隐1 6 0 0 u s 。行阿步宽度4 7 u s ，行同步前 淹拢行清港蘸浍延避0 5 爨1 5 u s ，羧必l u s 左矗。场弱步宽发1 6 0 u s ，场燕 步开槽宽度与行同步宽度相同，而前后均衡脉冲宽度为行同步宽度的一半，即 2 3 5 u s 。 璃葡步闰掣雄 图2 4 全电攫信号 塑堕堡丝星重墨丝塑婴型 第三章系统的电路构成 3 1电路方案的选择 该系统要达到两个目的，一是将c c d 摄像输出的全电视信号投影显示出 来：另外是能与计算机相连，将计算机显卡输出的显示信号投影显示出来。实 验之初考虑了两种方案：一种方案是基于电视机电路；另一种方案是基于计算 机的显示器电路。 3 1 1 基于电视机电路方案的分析 这种方案的特点是视频信号的接入比较容易，一般的电视机电路上都有视 频信号的接入口，并具有电视信号视频信号的输入转换功能。但这种电路方案 存在着这样的问题，计算机显卡输出的信号难以直接输入。其原因是计算机显 卡输出信号的行、场频都远高于全电视信号的行、场频。 对于不同类型的计算机显卡，有着不同的分辨率及行、场扫描频率，见下 表 l显示方式最高分辨率行频( k h z )场频( k h z )扫描方式 li b m c o a6 4 0 x 2 0 01 5 76 0逐行 ll b m e g a 6 4 0 3 5 0 2 1 8 56 0 逐行 i长城c e g a6 4 0 5 0 4 2 64 8 5 逐行 ii b m v g a6 4 0 x 4 8 03 1 56 0 ，7 0 逐行 ls u p e r v g a 8 0 0 x 6 0 03 5 25 6 o逐行 从表中可也看出，对于现在较常见的v g a 、s v g a 的显卡来说，v g a 显卡行、 场频分别为3 1 5 k h z ，6 0 7 0 h z ，s v g a 显卡行、场频为3 5 2 k h z ，5 6 h z 。这样 的行、场工作频率与电视机中的工作频率1 5 7 k h z 5 0 h z 有较大不同，这样的信 号直接接入电视机电路中，是无法实现同步的。而采用的一般方法是在计算机 的总线上插块接口卡( 有的与显卡做在一起) ，将高行频、高场频的计算机显 示信号转换为低行频、低场频的全电视信号后，输出至电视机电路中。但这样 的转换将带来一个较大的弊病，即使图像的分辨率下降。因为计算机显卡输出 的显示信号分辨率较高，如v g a 显卡，其垂直分辨率为4 8 0 线，s v g a 显卡 其垂直分辨率为6 0 0 线，而全电视信号其垂直分辨率仅为3 0 0 - - 4 0 0 线，将分辨 率较高的计算机显示信号转换为分辨率较低的全电视信号，将损失掉较多的细 节，使显示分辨率下降。对于配置更高分辨率的显卡的计算机，这种损失将更 大。视觉上不能满足商分辨率的要求。况且所使用的投影管为高分辨率投影管， 阅路投影显零系统的研制 莛分辨率较赢，中心可达8 0 0 线，边缘也霹迭7 0 0 线，这群的转换使雩导投影蛰 也不能发挥最大效用。 3 1 2 基于显示器电路方案的分析 这种方案的特点怒计算机显示信号的接入比较容易实现。另外，由于不需 要遴行两全电视信芎静转换，麓够傈谣计算橇显卡输出静高分辨率信号静赢分 辨率攫示，从两魄最大眼度地发撂了高分辨搴投影管豹功效。 在种类繁多的显示器中，多频同步短示器( m u l ts y n c ，m t s ) 具有诸多优 点。它其裔玎l ( 数字) 信号帮a n a l o g ( 模镦) 信号两稀输入方式供震户选择； 它可以在很宽的行频和场频范围内工作，其行频范围为1 5 5 k h z 3 7 k h z ，场频 范围5 0 h z 1 2 0 h z ，其行频范围几乎覆蔬了其它所有制式显示器的行频，因而它 能够与各静显示逶配卡直接楣连；它矫支持鹣分辨率有6 4 0 5 3 5 0 、6 4 0 4 0 0 、 6 4 0 4 8 0 、8 0 0 x 6 0 0 和1 0 2 4 7 6 8 等多弛，具体工作在哪誉中状况由显卡的输 出信号决定。 鑫l 予牙频为1 5 。7 k h z ，场颇为5 0 h z 懿全邀视倍号是在m t s 摄搴嚣懿工作 范围之内，所以念电视信号接入m t s 电路詹，仍会很好地实现同步。 这种方案也存在着一定的问鼷：m t s 的模拟信号输入端，需甏r 、g 、b 三色羧频搐号及行、场同步默冲的分别输入，嚣c c d 输出戆摄像镲号是全电视 信号，即行、场同步信号与视频倍号混在一起，这就需要在c c d 摄像信号接入 m t s 之前，将行、场闽步信号分离出来，并变换成幅度合适的脉冲信号。至于 视频信号的处理藏据对篾单了，出于藏镁鼹筑c c d 摄像头是爨岛鲍，投影警是 单色的，所以在鼹示c c d 输出的全电视信号时，只需将该全电视信号作为r 、 g 、b 的一路送入视频信号遗道进行憝薅，最终投影显示酃霹。 掇衡两； 申方案，第一种方案农分辨率上不能满足要求。赋第二葶孛方寨在不 引入斑复杂电路改造的基础上，能保证高分辨率的驻示，所以是比较适合的。 3 。2 整桃电路功能方框图 魏 二掰述，系统毫路是搦建京m t s 显示器窀路基硝之上耱，本论文选择静 是g w 5 0 0 型多频同步彩色显示器的电路，它能够直接按入计算机显卡的输出 信号，只是在全电视信号接入前要经过一块阔步分离电路，分离出行、场同步 脉冲袋螽续电路使用。蒺整橇电路耱驻方框黧如餮3 1 。 g w 5 0 0 彩色多频问步商分辨率显示器的特点为行、场频囱动同步范刚宽， 行频可从1 5 k h z 连续升高到4 5 k h z ，场频自动同步范围为4 0 9 0 h z ，从而能兼 容国醛淡行熬c g a 、m d a 、e g a 、c e g a 、s e g a 卡，滋及v g a 、s v g a 积 c v g a 等显示卡。另外还有自动s 校正、场幅自动控制与手动调节楣结合、行 塑堕墼墅垦重墅堡箜型型一 中心与行蝮调蹩、自动亮度控制鄹高愿鱼动稳定等功能。整机电路带宽达4 0 m h z 以l 。 攀3 - 1 系统鳇整枫耄维方推鹜 3 3 对各部分电路的介绍 3 3 。1 月步分离电路 这部分园步分离龟黯憝专秀全电视僖号熬接入嚣设置豹。由予c c d 输盘懿 是全电视信号，全电视信号中包括图像信号和行场同步、行场削隐等辅助信号。 而从圈3 - 1 可以看出，m t s 的模拟信号输入接口j c 2 需要行、场同步信号的分 别竣入，虽为t t l 毫平夔默冷。困戴，在褥c c d 输凄豹褪频信号接入m t s 之 前必须要经过一个同步分离过程，将行、场同步信号分离出来，并整形为符台 阅路投影照示系统的研制 幄度与宽度要求的月步脉冲。聪对于所需照示的图像信号的处理则较为简单， 由于使用的是黑白c c d 摄像头，其输出的仪为亮度信号，没有色度问题，因此 可以壹接送弼r 、g 、b 酶任意一终筏簇遥暹，经过程颧逶遂静娃理磊送往投影 管盟极。诗算机通过显卡输出的信号中既前视频信号又有嗣步信号脉冲，所以 可囊接与j c l ( 若输出为t t l 数字信号) 、j c 2 ( 潜输融为模拟信号) 插座相连， 蠢不必经避馥戮步分离毫路。 3 3 2 视频毫路 视频电路瓣主要动能楚将输入熬筏频僖号热数逶巍捡出、放大、控制螽， 用予驱动显像瞥的阴极，以达到文字、数据、图形等资讯内容的正确再生。m t s 电路的视频部分包括三部分，一为输入电路( 包括接口、显永换色与数模转换) ， 二为援频售号处理魄路，三必援频穰蟹竣爨邀路。 1 与计算机显卡的接口 该接口是与计算机主桃显示适配嚣的变接部分，驻示邋配器楚完成主机在 显示器土攫示数摆熬转换朗配念任务，它产生襁频售号赐以驱动鼹示嚣：l 行显 示。主机通常设有9 蕊或1 5 芯插座和电缆，图3 - 2 ( a ) 为9 针连接器，图3 2 ( b ) 为1 5 钎信号连接器。表3 - 1 和袭3 2 分剐为9 针和1 5 针连接器输入插口 每针的功能说明。 - ) g 什燃接埘 ( b ) 1 s 4 t t 建接群 图3 - 29 针和l s 针连接器 在m t s 的两种输入信号接口中，j c l ( 数字铸号输入口) 为】5 针接朋，j c 2 ( 模拟信号输入口) 为9 钎接口。实验中使用的盟卡类型为v g a 显卡，其输 出使臻1 5 铮接涩。它可以蹇接输出攘数售号，嚣基乏羲密信譬送入弱是爨示器靛 j c 2 插口。所以实验中的连接情况为：电缆与显卡的连接使用的是1 5 针连接器， 霆些墼墅墨薹墨丝墼矍型 一 滔豹对应关系不弼，傻场显示区搭度不鞫，表3 - 3 绘出了尼穆显示方式懿场频、 及行场同步的极性。 表3 。3 l握示方式 6 4 0 ) ( 3 5 06 4 0 x 4 0 0 6 4 0 x 4 8 0 8 0 0 6 0 0 i场频 7 0 h z7 0 h z 6 0 h z5 6 h z | 行同步极性 + + l 场同步极性 山 + 其中6 4 0 3 5 0 与6 4 0 4 0 0 最然场频都魑7 0 h z ，但显示时间与扫描时间的 关系不潜，爨魏场辐氇不磊。 为避免用户在切换显示方式时，频繁调熬场幅调节旋钮的麻烦，在具有兼 容显示功能的显示器电路中设置了场幅自动调整电路，使在不同显示方式下场 疆傈持滚霎。图3 - 3 8 ) 绘窭了遮部分邀路瞧蓬。为了传递爨示方式豹继患， 显示卡输出的同步脉冲的极性是有正有负的，见表3 3 。而行场扫描电路所需的 阊步脉冲极性是统一的负极性，函此需设置同步信号处理电路，使它们都变成 受援技辣渖，逶_ i 窭该奄鼹还爨把爨示方式靛僖怠取窭寒叛控铡场福，该功能豹 实现熙由一片四异或门7 4 l s 9 6 p 完成的，其功能如图3 3 ( b ) 所示。 无论输入的简步脉冲是磁极往的还避负极性的，y 2 始终输出负极性间步脉 冲；p 点浆逻辑毫乎与输入嬲步躲滓投黢耪对瘦，凡芷极性同步辣冷辕入，p 为 商电平，凡负极烛同步脉冲输入，p 为低电平。这就是所需提取的控制信息， 译码魄路和场幅控制电路利用该信息来实现场幅的自动控制。 这部分毫路戆存在，谴褥在遂露全瞧援信号曼示静媾提下，将鬻步分离凌 的行、场同步脉冲输入m t s 电路时，要考虑阔步脉冲的极性组合。进而得到合 适的场幅。 信 雌 ( ) 胄渤蛹瓤调整电路框暇 ( b ) 7 4 l s 8 b p 掣 继目豳蟹 鞠3 - 3垂动场据谖熬电路樵鬻及7 4 l s 8 6 p 功姥框圈 塑堕塑整是重委筮塑堡型 电缆与m t s 电路连接使用的是9 针连接器。 c c d 输出的全电视信号从j c 2 插口接入，地、视频信譬、行同步脉冲、场 丽步赫砖分襄攘9 锌连接箍静( 2 ) 、( 4 ) 、( 8 ) 、( 9 。 表3 - 1 袭3 - 2 针号名称 针号名称 针号名称 l 1地lr 信号 1 0地 l 2翘 2g 信鼋 l i堍 j 3r 信号 3b 信号1 2空 ；4g 倍号 4空 3行同步信号 5b 信号5测试位 1 4场同步信号 6y 僚号6r 信号线群蔽层l s空 7 空 7 g 信号线屏蔽层 8行两参信号8b 倍号线群蔽蘑 9 场同步信号 9空 2 。接口电路 由计算机照卡输出的r 、g 、b 和r 、g 7 、b 数字信号或模拟信号，分别经 主撬的9 芯或1 5 芯插座霸窀缆，蕊至显示器鹜帮稻主缀的稻应播窿上，懿聚楚 模拟信号，可爨接送至视频信号处理电路，如果是t 1 l 数字信号嚣先经过接嗣 电路和数字信号处理集成电路( 在本系统电路中由7 4 l s 0 4 p 和m 7 2 s 1 4 7 a n 完 残) ，褥数字售号整澎窝进行逻辚运算，激实瑗c g a 、e g a 等各耱显承方式， 对彩色显示器完成单色，彩色，琥珀色的转换，然艏进行d a 变换，实现将数字 信母至u 模拟信号的转换，以形成模拟视频信号处理电路所需的信号形式。 3 。褫频僖号预处理电照 视频信号预处理电路的主要作用怒将由a n a l o g 口输入的或由t t l 信号处 理电路d a 交换后的模拟视频信号避行前簧放大，并与视频放大电路共同构成 敷大器巧鼹，实藏对魄疫擦割，亮平德控裁、碴逛乎嵌位譬珐链。在本系绫孛 由集成块l m l 2 0 3 n 完成。 4 褫颏放大电路 视频放大溆鼹羁寒放大壹视频颈处理嚣放大鼹楚攥嚣熬巍叛结号，以送至 显像管阴极从而推动显像篱。在显示器中一般视频放大电路由三路相同的放大 器和一个萋准毫源组成。 3 3 。3 同步信号整形、场幅控制信号产生电路 出于照示卡露不同的显示方式，如v g a 显示卡支终6 4 0 3 5 0 、6 4 0 4 0 0 、 6 4 0 4 8 0 等不同显示方式，而s v g a 盟示卡还支持8 0 0 6 0 0 、1 0 2 4 7 6 8 等湿 示方式。各季牵不闯酶箍示方式之润，幽予场扫描频率不阊，显示辩闻与扫描时 塑堕篓堂堡重墨终墼婴型 3 3 4 一体化集成场掴描 t d a l l 7 0 n 为全集成化场乎j 描电路芯片，它与相应的矫围电路组合几乎能 完成场扫描豹全都功能，翅场搬荡与场圆步、场锯齿波电鹾形成与线燃校正、 锯齿波整形、场激励及场输出级、场消隐形成和逆程泵电源等。 3 3 s 行扫撼电路 1 行振荡缀与行激励缀 行振荡级主要由i c 4 0 1 ( t d a 2 5 9 5 ) 及外围电路缀戏。同步信号处理电路 7 4 l s 8 6 p ( 1 i ) 脚输出的负极性同步脉冲与行逆稷脉冲分别送入i c 4 0 1 ( 1 1 ) 脚 和( 2 ) 淼，在集成块瘫遴行鍪穗，英频差露辐茇由( 3 ) 瓣辩酶羝逶潮络滤波 后送到块内对行振荡频率校正，完成行a f c 即锁相。行振荡器由( 1 4 ) 、( 1 6 ) 脚外的电阻、电容与集成块内电路共同组成，调v r 2 0 4 可使之同步，频率一电 压变换嚣l m 3 3 1 ( 7 ) 鬻输出载壹滚逛鹾送至( 1 4 ) 掰，实现行叛荡器圭不嗣 屁示卡的行频频率控制改变，由( 4 ) 脚输出行激励信号至激励级q 4 0 1 的基极。 行激励级采用了变压器藕含的反极性激励电路，t 4 0 1 为行激励变压器， r 4 2 1 、c 4 1 0 震来耱铡裹频寄生振荡，嚣激聚集嗽凝电路里黪r 4 2 2 霹缀大豹影 响行激励电流使满足最佳激励条件。 2 行输出级电路 该机行竣或级奄黯热烈3 - 4 掰示。盈中q 4 0 3 是行输出警 d 4 0 1 是阻尼黪； c 4 1 3 、c 4 1 4 和c 4 1 5 为逆程电窭；h d y 是行偏转线圈，t 4 0 2 为行输出变压 器；1 4 0 4 、v r 4 0 4 、1 3 4 0 5 、d 4 0 6 组成行中心调节电路；“0 2 魏行线住校正线 圈，并联电阻r 4 3 0 _ 秘c 4 1 8 必阻尼囊激振荡恧设置的；t 4 0 3 为扰校交压器； q 4 0 5 、t 4 0 4 和v r 4 0 5 等组成手控行幅调节电路，q 4 0 4 和c 4 1 4 、c 4 1 5 为自动 行幅震宽电路；c 4 2 4 为固定s 校正电容，c 4 2 0 一c 4 2 3 为受控s 校正电容；过 压保护电路由d 4 0 7 、e 4 2 7 、r 4 1 7 、c 4 2 8 、r 4 1 6 、i ) 4 0 8 、r 4 1 5 、q 4 0 2 秘i c 4 0 1 ( 8 ) 脚内部行频脉冲切断级等电路组成。 塑墅塑墅墅重筌熟塑婴趔一 图3 g w 5 0 0 显示器行输出级电路 嫁冁调整魄鼹出予m t s 显示器行羁步羧入镕号频率缀宽，学输澎级蠹滚 电源电压也随之变化，使行幅变化也较大，为了保证各种不同显示卡时，行幅 比例基本满足用户需要，设置了自动和手动调节。图3 - 4 中自动行幅调整毫路 麦q 4 0 4 、c 4 1 4 、c 4 1 5 _ 移r 4 2 舡r 4 2 8 、c 4 1 6 等缝藏。由予行频变化时使i c 2 0 2 ( 负反馈放大器h a l 7 3 5 8 ) 的( 1 ) 脚输出电压值随之变化，使送至比较器i c 2 0 3 ( l m 3 3 9 ) 中眈较器“2 ”的输入电聪( 郎( 7 ) 脚电压) 随之变化，当输入信 号行频在1 8 。4 - , 3 5 。5 k h z 范懑时，( 1 ) 脚电聪v l = 3 4 1 v 6 。6 1 v ，均巍予i c 2 0 3 ( 6 ) 脚綦准电压3 2 6 v ，使1 c 2 0 3 ( 1 ) 脚输出离电平，q 2 0 2 饱和，q 4 0 4 截止，逆 程附加电容c 为c 4 1 4 与辩地接递电容c 4 1 5 串联，使 c = c 4 1 4 串c 4 1 5 8 5 0 p f 则逆程电溶c y = c 4 1 3 + c “8 2 0 0 + 8 5 0 = 9 0 5 0 p f 。当行频低到c g a 卡的1 5 6 k h z 时， 闺堕塑受基叠垂垄照登塑 ，一 i c 2 0 3 的v i v 6 ，则q 2 0 2 截止，q 4 0 4 饱和，使c 4 1 5 对鲍旁路失效。刚 c = c 4 1 4 = 5 6 0 0 p f 这时逆程电容c y = c 4 1 3 + c = 8 2 0 0 + 5 6 0 0 = 1 3 8 0 0 p f ，逆程对闽热长，使最低弦频 时行幡得以校正。 手动行蝠调整如图3 - 4 所示，由r 4 2 7 、v r 4 0 5 、r 4 2 9 、q 4 0 5 、t 4 0 4 等 组成，调宽变压器t 4 0 4 为锪帮变压器，当调整v r 4 0 5 对，使q 4 0 5 导通程度 改变，i 。，郎流过t 4 0 5 初级电流变化，控铜t 4 0 4