人人文库网 > 毕业设计 > DZ016基于Matlab的TFT-LCD解码电路的仿真设计
基于Matlab的TFT-LCD解码电路的仿真设计.doc
DZ016基于Matlab的TFT-LCD解码电路的仿真设计
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共45页)
编号：512041
类型：共享资源
大小：177.17KB
格式：RAR
上传时间：2015-11-11
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
毕业设计
- 资源描述：
-
DZ016基于Matlab的TFT-LCD解码电路的仿真设计,毕业设计
- 内容简介：
-
毕业设计 物 理 系 电子信息 专 业 课 题 名 称 基于 Matlab 的 TFT-LCD解码电路的仿真设计 学 生 姓 名 学 生 班 级 指 导 老 师 起 讫 日 期 2004.12 .1 2005 .4 .6 2005 年 4 月 7 日 nts 1 摘要 : TFT-LCD 技术是微电子技术和 LCD 技术巧妙结合的高新技术。 TFT-LCD 代表了一个新的技术时代，一个比 CRT 更加辉煌的时代。 MATLAB 语言和 Simulink 动态仿真集成环境是面向理论分析研究和工程设计处理的一套具有强大功能的软件系统。它现已成为世界上应用最广泛的工程计算软件。它支持连续时间、离散时间及两者混合的线性、非线性系统，也支持多个变量、多速率系统。所以它特别适用于对电子系统进行计算机仿真。 解码是编码的逆过程，它的作用是将彩色全电视信号解调还原为 R、 G、 B三基色信号电压。解码电路在液晶显示器电路中具有极其重要的地位，是液晶显示器电路的灵魂。只有设计出较好的解码电路才能显示出优质的画面，充分展现液晶显示器的优势。本文用 MATLAB 语言编程和用 Simulink进行动态建模相结合的方法对 TFT-LCD的解码电路进行仿真。 关键词 : TFT-LCD ;解码 ;MATLAB; Simulink Abstract: The technique of TFT-LCD is an advanced technique which comes from the technique of micro-electronics and LCD. The TFT- LCD represents a new technique ages which is more glorious than the ages of CRT .The language of MATLAB and the Simulink environment is a set of software system. The system faces to theories analysis and engineering design. And its function is very strong. Now it has become the most extensive engineering calculation software. It supports continuous time, discrete time, and line and unline system. So it is applicable to the imitation of the electronics system by computer specially. The function of decode is very important. Its function is changing the composite video signal into R G B signals. Here I imitate the decode circuit using MATLAB language and Simulink dynamic simulation. Key words: TFT-LCD ; decode; MATLAB; Simulink nts 2 目 录 1 绪论 3 2 TFT-LCD 及其解码电路的原理 3 2.1 液晶及 TFT-LCD 工作原理介绍 3 2.2 解码电路原理介绍 8 2.2.1 色信号的产生 8 2.2.2 色信号的解码 10 2.3 解码芯片 IR3Y31M 介绍 11 3 MATLAB 软件介绍 13 4 基于 MATLAB 的 TFT-LCD 解码电路的仿真设计 15 4.1 产生彩色全电视信号 15 4.2 亮色分离电路 16 4.3 恢复同频同相的副载波信号 17 4.4 同步解调电路 21 4.5 三基色恢复电路 22 5 心得体会 23 参考文献 24 附录 25 附录 A 程序 附录 B 英文缩写对照表 nts 3 1 绪论 科学技术的发展日新月异，显示技术也在发生一场革命，特别是自 90 年代以来，随着技术的突破及市场需求的急剧增长，使得以液晶显示（ LCD）为代表的平板显示（ FPD）技术迅速崛起。据 Stanford 公司预测， FPD市 场规模正在以年增长率 16.2%的速度发展着，到 2000年 FPD和 CRT 的产业都达到 300亿美元， CRT平均年增长率不足 6.3%，远低于 FED的平均增长率，且 FPD 增长率仍在继续提高， CRT 在继续下降，替代趋势十分明朗，可以说平板显示将成为 21 世纪显示技术的主流，其产业和市场在不断扩增之中。 液晶平板显示器，特别 TFT-LCD，是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过 CRT的显示器件，它的性能优良、大规模生产特性好，自动化程度高，原材料成本低廉，发展空间广阔，将迅速成为新世纪 的主流产品，是 21世纪全球经济增长的一个亮点。 MATLAB 语言和 Simulink 动态仿真集成环境是面向理论分析研究和工程设计处理的一套具有强大功能的软件系统。它现已成为世界上应用最广泛的工程计算软件。我用 MATLAB 语言编程和用 Simulink进行动态建模相结合的方法对 TFT-LCD的解码电路进行仿真。模块仿真给出系统的方框图，概念特别清楚，同时与实际系统比较接近，可以观察系统中各个点的波形和频谱。 2 TFT-LCD及其解码电路的原理 2.1 液晶及 TFT-LCD工作原理介绍 液晶的发现是在 1888 年，由奥地利的植物学者 F.Reinitzer 从胆固醇的安息香酸与醋酸的酯化合物中发现的，其应用是大约从 1963 年开始的。液晶为介于固体与液体之间的物质，受到电场等外部刺激，液晶分子配列会变化。利用此特性，可以构成显示用元件。显示器是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管（ CRT）显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生，而液晶显示器能迅速崛起且逐渐取代 CRT的主流地位，显示器明日之星架势十足，是因为液晶显示器件确实有很多独到的优异特性。下面我不妨归纳作以简单介绍。 (1)低压、微功耗 极 低的工作电压，只要 2V-3V即可工作，而工作电流仅几个微安，这是其他任何显示器件无法比拟的。在工作电压和功耗上液晶显示正好与大规模集成电路的发展相适应。从而液晶与大规模集成电路成了孪生兄弟。 (2)板型结构 液晶显示器件的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒，有利于用作显示窗口。目nts 4 前已经又开发出了用塑料基片制成的液晶显示器件。这种器件薄如纸，并可弯曲，从而进一步的降低了使用空间。 (3)被动型显示 液晶显示器件本身不能发光，它靠调制外界光达到显示目的。它不像主动型显示器那样，靠发光刺激人眼实现显示，而是单纯 靠对外界光的不同反射形成的不同对比度来达到显示的目的。所以，被动显示更适合于人的眼视觉，更不易引起疲劳。 (4)显示信息量大 与 CRT相比，液晶显示器件没有阴罩限制，像素点可以做的更小、更精细，因此液晶显示在同样大小的显示窗面积内可容纳更多的像素，显示更多的信息。这对于制作高清晰度电视、笔记本式电脑都非常有利。 (5)长寿命、无辐射、无污染 从实际考查，一般使用中除碰撞、破碎或配套件损坏外，液晶显示器件自身的寿命终结几乎没有。液晶显示器件在使用时不会像 CRT使用中产生 X射线辐射。这种辐射不仅污染环境还会产生 信息泄露，而液晶显示器不会产生这类问题，它对于人身安全和信息保密都是十分理想的。 液晶显示器件的优异特性决定了它在各类显示器件中的地位。仅仅 20 余年，液晶显示就改变了几百年的钟表计时行业，电子计算器、智能化仪器、仪表使用了液晶显示，使它们可以成为便携式。膝上电脑、笔记本电脑、掌上电脑改变了人类生活方式，甚至改变了战争形式。液晶显示向 CRT挑战展示了液晶显示技术的发展已经进入了一个新的时代。日本人将液晶显示大量进入电视和电脑领域的 1992年宣称为“液晶的元年”，即从此液晶已成长为一个巨人，将为人类开拓出一个新 时代。但面对多媒体时代视场角、显示速度等高档需求来说 LCD已露出了其性能上的局限性。目前 LCD正加强显示材料和模式的研制和开发，力求达到完美的显示境界。 TFT-LCD技术是微电子技术和 LCD技术巧妙结合的高新技术。在众多的 平板显示器激烈竞争中，何以 TFT-LCD能够脱颖而出，成为新一代的主流显示器决不是偶然的，是人类科技发展和思维模式发展的必然。液晶先后避开了困难的发光问题，利用液晶作为光阀的优良特性把发光显示器件分解成两部分，即光源和对光源的控制。作为光源，无论从发光效率、全彩色，还是寿命，都 已取得了辉煌的成果，而且还在不断深化之中。 LCD 发明以来，背光源在不断地进步，由单色到彩色，由厚到薄，由侧置荧光灯式到平板荧光灯式。在发光光源方面取得的最新成果都会为 LCD 提供新的背光源。随着光源科技的进步，会有更新的更好的光源出现并为 LCD所应用。余下的就是对光源的控制，把半导体大规模集成电路的技术和工艺移植过来，研制成功了薄膜晶体管（ TFT）生产工艺，实现了对液晶光阀的矩阵寻址控制，解决了液晶显示器的光阀和控制器的配合，从而使液晶显示的优势得nts 5 以实现。 人类进入 21 世纪，作为新兴的平板显示器产业将跨入全面 高速发展的黄金时代。TFT-LCD 代表了一个新的技术时代，一个比 CRT 更加辉煌的时代。我国信息产业市场潜力极大，发展 TFT-LCD 符合我国的国情。发展 TFT-LCD产业不仅能缩短与发达国家在信息产业上的技术差距，同时还可以带动一大批上、下游产业发展，有利于我国产业结构的调整。我们应抓住难得的机遇，力争在 TFT-LCD领域占据一席之地。 TFT 就是“ Thin Film Transistor”的简称，一般代指薄膜液晶显示器，而实际上指的是薄膜晶体管（矩阵） 可以“主动的”对屏幕上的各个独立的象素进行控制，这也就是所谓的主动矩阵 TFT（ active matrix TFT）的来历。那么图像究竟是怎么产生的呢？基本原理很简单：显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素组成，只要控制各个象素显示相应的颜色就能达到目的了。在 TFT-LCD 中一般采用背光技术，为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就需要在每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗”打开时光线可以透过来，而“百叶窗”关上后光线就无法透过来。当然，在技术上实际上实现起来就不像刚才说的那么简单。 LCD（ Liquid Crystal Display）就是利用 了液晶的特性（当加热时为液态，冷却时就结晶为固态），一般液晶有三种形态： （ 1）类似粘土的层列（ Smectic）液晶 （ 2）类似细火柴棒的丝状（ Nematic）液晶 （ 3）类似胆固醇状的（ Cholestic）液晶 液晶显示器使用的是丝状，当外界环境变化它的分子结构也会变化，从而具有不同的物理特性 就能够达到让光线通过或者阻挡光线的目的 也就是刚才比方的百叶窗。下面我就图 A、 B 来讲解一下 TFT 的基本原理。一个成品 TFT 显示屏，一般由一个夹层组成，组成这个夹层的每一层大致是偏光板、彩色滤光片组成，这两 层之间就是液晶层。偏光板、彩色滤光片决定了多少光可以通过以及生成何种颜色的光。这个夹层位于两层玻璃基板之间。在上层玻璃基板上有 FED晶体管，而下层是共同电极，他们共同作用可以生成能精确控制的电场，电场决定了液晶的排列方式。 大家知道三原色，所以构成显示屏上的每个象素需上面介绍的三个类似的基本组件来构成，分别控制红、绿、蓝三种颜色。 目前使用的最普遍的是扭曲向列 TFT液晶显示器（ Twisted Nematic TFT LCD），下图就是解释的此类 TFT 显示器的工作原理。 nts 6 图 A 扭曲向列 TFT显示器自然状态时工作示意图 在上、下两层上都有沟槽，其中上层的沟槽是纵向排列，而下层是横向排列的。当不加电压时液晶处于自然状态，从图 A扭曲向列 TFT显示器工作原理图示意图可以看到，从左面层发散过来的光线通过夹层之后，会发生 90度的扭曲，从而能在下层顺利透过。 图 B 扭曲向列 TFT 显示器加电压后工作示意图 当两层之间加上电压之后，就会生成一个电场，这时液晶都会垂直排列 ，所以光线不会发生扭转，结果就是光线无法通过下层。 TFT 象素架构如图 C 示，彩色滤光镜依据颜色分为红、绿、蓝三种，依次排列在玻璃基板上组成一组（ dot pitch）对应一个象素，而每一个单色滤光镜称之为子象素（ sub-pixel）。也就是说，如果一个 TFT 显示器最大支持 1280 1024 分辨率的话，那么至少需要 1280 3 1024个子象素和晶体管。对于一个 15英寸的 TFT 显示器（ 1024 768）那么一个象素大约是 0.0188英寸（相当于 0.30mm），对于 18.1英寸的 TFT显示器而言（ 1280 1024），就是 0.011 英寸（相当于 0.28mm）。 nts 7 图 C TFT 象素架构示意图 大家知道，象素对于显示器是有决定意义的，每个象素越小显示器可能达到的最大分辨率就会越大。不过由于晶体管物理特性的限制，目前 TFT每个象素的大小基本就是 0.0117英寸（ 0.297mm），所以对于 15英寸的显示器来说，分辨率最大只有 1280 1024。 TFT-LCD的驱动方式为有源矩阵驱动方式。它的原理如下图所示： 图 D 有源矩阵驱动方式 示意图 在扫描电极和信号电极，即矩阵交点处安装透明的场效应晶体管（ TFT） 与液晶像素串联，使液晶电极之间的交叉效应减少，提高对比度和响应性等显示性能。其中每个像素配置一个开关晶体管，晶体管的导通、截止状态接近理想开关。因此，各个像素之间的寻址完全独立，担当防止“串像”的功能。电容器元件有积累电荷的功能，用来存储模拟信号的一个像素。其中， Xi为第 i个扫描电极， Yj为第 j个信号电极， BK为背电极， Tij 为 Xi和 Yj交叉处的开关晶体管。 C为液晶像素电容，用来存储模拟信号的一个像素。 R为液晶像素的绝缘电阻，其阻值很大，可视为开路。 综上所述， A-Si TFT 有源矩阵液晶屏的彩色液晶 电视机的组成框图如下 : nts 8 它不同于黑白液晶电视机的是：在视频检波器之后，增加了色度信号解码电路和 R、 G、B 信号处理电路，以及采用 A-Si TFT 有源矩阵的彩色液晶显示屏 (180 列 *210 行 )。 视频检波器输出的彩色全电视信号 ,一路送到伴音信号处理电路 ,产生伴音；另一路送到同步分离，产生行、帧同步脉冲；还有一路经伽玛校正后，送色度解码电路和 R、 G、 B信号处理电路，输出 R、 G、 B 三基色视频信号。 R、 G、 B信号分别经采样 -保持和 Y电极信号驱动器后，送出 3*180列 Y 电极信号。行、帧同步脉冲触发扫描驱动器，产生每 帧 210个行扫描电压，送到彩色液晶显示屏的 210 个 X 扫描电极，进行行扫描。采样时钟频率 fs 是由行频 fh 锁相的压控振荡器产生的， fs 对一行基色信号采样 180 样点，对 R、 G、 B 三基色共采样 3*180样点。随着逐行扫描的进行，彩色液晶屏上显示出一幅 210*180 彩色像素的彩色液晶电视图像。 2.2 解码电路原理介绍 信号从合成彩色全电视信号中取出，经过解调和矩阵变换还原成 R、 G、 B三基色，完成这一任务的电路叫做色信号再生电路。也把这个变换过程包括亮度通道一起叫做“解码”，而这一部分电路就叫做“解码电路”或“解码 器”。 2.2.1 色信号的产生 描述日常生活中的一幅 图像 ，可由两个物理参数来描述 ： a、是代表 图像 的轮廓，细节及其明暗变化的物理参数 。 b、是代表 图像 色彩及其鲜明度变化的物理参数 。 前者称亮度参数 (即亮度信号 )后者称色度参数 (色度信号 )。 在彩色电视机中，图象的色彩是由红(R)、绿 (G)、蓝 (B)三种基色通过不同比例来表示的，并且色度信号和亮度信号有如下关nts 9 系 ： Y=30%R+59%G+11%B，据此要传送一个完整图象信息，我们只要传送 R-Y、 B-Y 及 Y 三个图象信息分量就足够了，在接收端可通过一个解码电路就能将三基色 准确还原，我们称R-Y、 B-Y为色 差 信号 。 （ 1） 色度信号的调制 ： 在电视信号的发送端是将两个色差信号调制在一个 4.43(或 3.58)MHz的副载波上形成色度信号，调制方式是采用正交平衡调幅调制方式。平行调幅方式能将无用的载频成分抑制掉，这有利于提高信号的信噪比，减小副载波对 色 度信号的干扰，正交调幅是将两个色差信号 R-Y 和 B-Y 分别调制在频率相同，相位相差 90 度的两个色副载波上再合成输出，如下图所示： 色度信号形成原理示意图 这样在接收机中，可根据相位不同， 从合成的已调副载波信号中，根据副载波相位的不 同分别取出两个色度信号，所以正交调幅可在一个副载波上互不干扰地传送两个色差信号，而且在接收机中又易于将它们分开，所以色度信号是一个既调幅又调相的波形，它的幅度变化反映了色饱和度，相角 的变化反映了色调的变化。将色度信号 C 和亮度信号 Y以及同步、消隐等信号混合就形成了彩色全电视信号。 （ 2） PAL色度信号： 上面说过色度信号中的相位是反映了 图像 的色调，实际上在信号的传输过程中，传输系统的相位失真总是不可避免的，为了克服正交平行调幅对相位失真的敏感性，采用了逐行倒相的措施。这样就可以使相位失真和干扰相互抵消。 PAL 是逐行倒相的缩写， PAL 制就是在正交平衡调幅制的基础上加一个逐行倒相的措施。所谓逐行倒相就是将色度信号中的 R-Y 分量的副载波进行逐行倒相，那么 PAL色度信号表达式是： C=(B-Y)sint(R -Y)cost ，式中 sint 和 cost 是色副载波，由于 B-Y的副载波和 R-Y的副载波相位相差 90度 (正交 )所以 R-Y的副载波用 cost 表示，式中的 表示：第 N行取正， N+1行取负 (逐行倒相 )。 （ 3） 逐行倒相的办法： nts 10 在将色度进行调制的过程中，我们用一个频率为行频一半的方波来控制一个倒相开关对色度信 号中的 R-Y 分量的载波进行逐行倒相处理，我们称这个开关为 PAL开关。半行频方波就是开关控制信号。为了在接收端能产生与发送端相位同步的副载波，在发送端还会产生一个很重要的信号就是色同步信号，其实色同步信号是一段色副载波信号，其相位是按半行频周期作 180 变化 (受 PAL 开关控制 )，我们称已调 B-Y 信号 (B-Y*sint) 为 U 信号，已调 R-Y信号 (R-Y*cost) 为 V信号。 在这里顺便提一提 NTSC 色度信号的处理和 PAL 的过程是一模一样的，只不过 NTSC 信号少了逐行倒相这一环。 2.2.2 色信号的 解码 PAL-D解码器： PAL-D 型色解码电路它又称为延时线型 PAL 制色解码电路， 下图 是它的方框图，彩色电视机的色解码实际上是一个逆编码过程，现在我们按图走一圈看一看 PAL色码器是怎样完成色解码任务的。 先 将彩色全电视机信号送入亮色分离电路，将色度信号 C和亮度信号 Y分离出来。亮度信号通过一个亮度延时线最后再送到矩阵电路，延时线的作用是为了使亮度信号和色度信号在时间上取得一致，因为色度信号在通过色通导处理后必然会引起附加延时。色度信号经过两路，一路是通过一个 “ 色同步消隐 ” 电路将色同步信号去掉后加到延 时解调器中分离出两个已调色差信号 V 和 U，然后双双送到各自的 “ 同步解调器 ” 中解调出 B-Y 和R-Y 信号，然后再送到矩阵电路中，另一路经过一个 “ 色同步选通 ” 电路将色同步信号取出来， 送到 “ 鉴相器 ” 中和色副载波产生送来的信号进行鉴相比较，取出误差电压加至色副载波发生器从而保证副载波和发送端同步 。 另外，利用同步信号的摇摆性 (相位按半行频周期作 180 变化 )在鉴相器中产生一个半行频识别信号加到 PAL开关对送入 PAL开关的副载波相位进行翻转 (相对于收送端而言 )。再送到 R-Y同步解调器，解调出 R-Y信号，另外色副载发生器 输出另一路到 B-Y同步解调器解调出 B-Y信号。最后 Y信号， B-Y信号，R-Y 信号均送入矩阵电路进行一系列的加减运算使之解调出三基色信号。矩阵电路作如下运算： (R-Y)+Y=R (B-Y)+Y=B -0.51(R-Y)-0.19(B-Y)+Y=G nts 11 2.3 解码芯片 IR3Y31M 介绍 随着电子技术的迅速发展，集成电路从小规模发展到近年来的中、大规模，外接元件数量大大减少，电路的稳定性和可靠性大为提高。解码芯片 IR3Y31M 性价比较高，是液晶显示屏广泛使用的解码芯片。它有 48个 引脚，解码效果较好。我用 MATLAB软件仿真分析解码电路，这有利于解码芯片的设计与改进。 引脚功能： 1 TRAP：当输入复合视频信号时，有陷波作用，输出亮度信号 2 H FILTER OUT：输出视频信号到同步分离电路 3 VIDEO IN：当亮色信号同时传输时输入复合视频信号，当亮色信号（ Y/C）分 开传输时输入亮度信号 4 IDENT FILTER：识别检波，内接识别检波电路，外接滤波电容 5 C IN：当亮色信号分开传输时输入色度信号，当此端口接地 时 VIDEO IN 端口传输复合视频信号 6 COLOR：色度调节端口，外接色度调节电位器来改变此端口的直流输入压，来调节色度增益 7 SW：电源选择信号输入端，当视频信号输入时为低点平，当外部类似 RGB信号输入时为高电平 8 KILLER FILTER：消色功能 nts 12 9 PEAK LIMITER：此引脚上的电压调节白限电平 10 RGB AMPLITUDE：在转换电平和非转换电平之间调节 R、 G、 B输出电压的幅度 11 ACC FILTER： ACC检波滤波端，外接滤波电容 12 R-Y/B-Y PHASE：在 PAL 制式下调节 R-Y/B-Y 的相位，在 NTSC 制式下此端口应接 VCC1 13 TINT：色调微调，内接色副载波相位调整电路，外接色副载波调整电位器 14 VCO IN：振荡电路输入端，外接晶振，内接 VCO振荡器 15 APC FILTER：色 APC滤波，内接色 APC检波电路，外接双时间常数积分电路 16 VCO OUT：振荡电路输出端 17 GND：接地 18 VEE：提供 负电压 19 R DC DET：调整 R的直流输出偏差 20 R OUT： B 信号输出端 21 G DC DET：调整 G的直流输出偏差 22 G OUT： G 信号输出端 23 B DC DET：调整 B的直流输出偏差 24 B OUT： B 信号输出端 25 VCC2：提供 RGB输出所需的电压 26 BLK：消隐单脉冲输入端 27 SUB BRIGHT R：加在此端口的电压微调 R信号的亮度 28 SUB BRIGHT B：加在此端口的电压微调 B信号的亮度 29 FRP：转换信 号电平输入端，有转换信号时为低点平，无转换信号时应为高电平 30 GAMMA1：调节伽码矫正曲线上的拐点 1的位置 31 GAMMA2：调节伽码矫正曲线上的拐点 2的位置 32 BRIGHT：加在此端口的直流电压调整 RGB输出信号的亮度 33 S/H PULSE R：为 R信号的输出延迟电路提供抽样脉冲，低电平时有抽样脉冲，高电平时无抽样脉冲，当 S/H PULSE R、 S/H PULSE G、 S/H PULSE B 全为低电平时没有延迟 34 S/H PULSE G：为 G信号的 输出延迟电路提供抽样脉冲，低电平时有抽样脉冲，高电平时无抽样脉冲，当 S/H PULSE R、 S/H PULSE G、 S/H PULSE B 全为低电平时没有延迟 35 S/H PULSE B：为 B信号的输出延迟电路提供抽样脉冲，低电平时有抽样脉冲，高电平时无抽样脉冲，当 S/H PULSE R、 S/H PULSE G、 S/H PULSE B 全为低电平时没有nts 13 延迟 36 SYNC IN：同步信号输入 端，同步信号输入脉冲的上升沿必须出现在同步信号输出脉冲的下降沿之前，在 PAL制式下内部触发器在输入脉冲的上升沿转换 37 SYNC OUT：经过同步分离电路输出同步信号，同步时输出高电平，不同步时输出低电平 38 SYNC SEP：同步分离电路入口端，输入视频信号 39 EXT B IN：外部类似 B信号输入端，外接钳位电容 40 EXT G IN：外部类似 G信号输入 端，外接钳位电容 41 EXT R IN：外部类似 R信号输入端，外接钳位电容 42 CONTRAST：加在此端口的直流电压调整 R、 G、 B输出信号的对比度 43 VCC1：提供电源 44 F ADJ：在地和此端口之间接一电阻来调节滤波器的频率特性，在 NTSC 和 PAL制式下用 18K的电阻 45 CLAMP：钳位功能，外接电容来钳位亮度线的最底电平 AGC FILTER：外接亮度线的自动增益控制检波滤波电路，当此端口接 VCC1 时 AGC增益被固定 46 AGC OUT：检出 AGC检波 电路的电压并输出此电压来控制亮度线，增益越大输出的电压越高 47 PICTURE：加在这个端口的直流电压调节亮度线的频率特性 3 MATLAB 软件介绍 MATLAB自 1984 年由美国 MathWorks1公司推向市场以来，历经十几年的发展，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。 MATLAB 既是一种直观、高效的计算机语言 ,同时又是一个科学计算平台。它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的 500多个数学和工程函数，工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环 境中交互或编程以完成各自的计算 谈到 MATLAB，就不能不涉及 Simulink。 Simulink 是用来对真实世界的动力学系统建模、模拟和分析的软件。 Simulink 提供了基于 MATLAB 核心的数值、图形、编程功能的一个块状图界面，通过块与块的联线和属性设置，用户很容易构建出符合特定要求的模型，并对模型进行分析和模拟。 MATLAB大家庭有许多成员，包括应用程序开发工具、工具箱、数据存取工具、学生产品、状态流图、模块集、代码生成工具等。 其中，应用程序开发工具包括了 MATLAB 编译器、 C/C数学库、 MATLAB Web服务器、nts 14 MATLAB 运行服务器，这些工具可以建立和发布独立于 MATLAB 环境的应用程序；工具箱实际上是一些高度优化并且是面向专门应用领域的函数的集合。仅随软件提供的工具箱可支持的领域就有信号和图像处理、控制系统设计、最优化、金融工程、符号数学、神经网络等等。工具箱的最大的特点是它的开放性，几乎所有函数都是用 MATLAB 语言写成的（只有少数工具箱的某些函数是使用 C 语言写成的动态库函数），因而可以直接阅读和加以改写，用户也可以自行开发适合特定领域的工具箱；数据存取工具提供了从外部数据源获取数据的简 易途径，这些数据源包括外部硬件和外部数据库（与 JDBC、 ODBC兼容）。 状态流图是一个专门针对事件驱动系统建模和设计的图形化的模拟环境；模块集是面向应用领域的模块（ Simulink 的基本单位）的集合，这些模块可以直接用于 Simulink 模型中；代码生成工具可以从 Simulink 模型或状态流图中产生可定制的 C 和 Ada 代码，以便实现快速原型和硬件在线模拟。 总的来说，该软件有三大特点。一是功能强大。具有数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能；二是界面友善、语言自然。MATLAB以复数处理作为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近；三是开放性强。该公司本身就推出了 30 多个应用工具箱，而世界上超过 200 家公司开发出与 MATLAB兼容的第三方产品，这些产品向用户提供更多的工具箱、模块集、与其他商业产品的接口等。下面仅对第二个特点作一些解释。 语言自然是 MATLAB 深受用户喜爱的重要原因之一。在 MATLAB中，基本的计算单元是矩阵，复数或实数则可以理解为 1 1 的矩阵。 MATLAB 的很多运算都是直接针对矩阵的，所以表示起来也就特别方便。例如，复数“ A=3 2i”，在 MATLAB中表示就是“ A=3 2i”。又如，要计算两个矩阵 C、 D的乘积，可以表示为“ C D”，而不像大多数计算机语言那样需要用户编写循环语句来实现。 MATLAB的这些特点使它获得了对应用学科（特别是边缘学科和交叉学科）的极强适应力，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、教学，乃至科技文字处理不可缺少的基础软件。 MATLAB的图像处理工具包是由一系列支持图像处理操作的函数组成的，所支持的图像处理操作有：几何操作、区域操作和块操作；线性滤波和滤波器设计；变换（ DCT变换）；图像分析和增强；二值图像操作等。 和其他工具包一样，用户还可以根据需要书写自己的函数，以满足特定的需要。也可以将这个工具包和信号处理工具包或小波工具包等其他工具包联合起来使用。 在图像处理中，经常要对噪声污染的图像进行去噪操作。图像处理工具包提供了多种消除或降低噪声的方法。不同的方法应用于不同种类的噪声。这些方法是：线性滤波、中值滤波和自适应滤波等。此外为了模拟各种噪声的作用，工具包还提供了 imnoise()函数，nts 15 通过这个函数，可以向图像加入各种不同的噪声。 当然，图像降质的原因是多种多样的，可以根据不同的降质原因建立相应的数学模型，由于 MATLAB强大的数学功能，无论使用连续或是离散方法，都是可能的。 综上所述，与其它计算机语言相比， MATLAB 语言诸多优点中，脱离概念而转向应用是其得以广受青睐的最显著的优点，许多 MATLAB 命令都是以应用为目的而设计开发出来的，Simulink、句柄绘图以及符号运算等，处处体现了 MATLAB语言的实用性与开放性。 MATLAB语言本身就是一种对线性系统进行分析和仿真的方便工具，它特别适用于对电子系统进行计算机仿真，由于 MATLAB 语言的种种特点，美国和欧洲的若干著名大学在 1990年前后就把 MATAB 语言正式 列入了电子工程专业研究生和本科生的教学计划，在工业界内 MATLAB也已经成为工程师们应该掌握的一种工具。 4 基于 MATLAB的 TFT-LCD解码电路的仿真设计 4.1 产生彩色全电视信号 自定义 M 函数 videos.m 本身相当于一个电视的行信号发生器，它调用若干 M 函数来对 PAL制式的彩色电视信号进行仿真。其主要功能是生成各种标准测试信号，显示信号的波形和频谱。对电视信号进行解码后，分别显示三基色信号，同时显示该信号的电视图像。 彩色全电视信号由亮度信号、色差信号（色度信号）、色同步信号、行同步信号、行消隐信号组成。由于 PAL 制的场频为 50HZ，扫描一场的时间为 20ms，因此要仿真一场的电视信号所需的数据量太大，故难实现，所幸的是大多数的测试信号均为行信号。即在一场中各行的信号是完全相同的，因此我只需对行信号进行仿真就可以了。常用的行测试信号有： 2 T 正弦平方波信号 B1 和条脉冲信号 B3，多波群信号 C，阶梯波信号 D1，阶梯波叠加副载波信号 D2， 250kHz方波信号 E，副载波填充的 10T信号 F和副载波填充的条脉冲信号 G， 10T 调制的副载波信号 F1 和条脉冲调制的副载波信号 G1，三电平色度信号 G2 等等，这些在 videos.m 函数中均有体现。 在 PAL制中，行频为 15625Hz，扫描一行的时间为 64s，其中行正程为 52s，行同步信号宽度为 4.7s，行同步电平为 -0.3V，行消隐电平为 0V，白电平为 0.7V 。 实现与黑白电视机的兼容，彩色电视广播并不是直接传送红绿蓝三基色信号，而是传送所谓的传输三基色：一个亮度信号和两个色差信号。彩色摄像机输出三基色信号 ER ， EG ， EB它们都是电压，为了补充光电转换过程中的非线性，要进行 校正，校正后就成为 E R ， ER ， EB 信号。 亮度信号 Y可由亮度方程来表示， 表示成电压后为： EY =0.299 ER +0.587EG+0.114EB nts 16 色差信号就是基色信号与亮度信号之差，这样一共有三个色差信号： R-Y， B-Y， G-Y。彩色电视广播中需要传输两个色差信号 R-Y 和 B-Y。 ER-Y=0.7 E R -0.59 EG -0.11 EB EB-Y = -0.3 E R -0.59 EG+0.89EB 而 G-Y信号可以从另外两个色差信号求出， EG-Y= -0.51ER-Y -0.19EG-Y PAL制传送的两个色差信号称为 U信号 和 V信号，它们的带宽均为 1.3MHz。 EU=0.493 ER -Y EV=0.877 ER -Y 两个色差信号采用正交平衡调幅的方式调制在彩色副载波上，为了近可能减少对亮度信号的干扰，彩色副载波的频率选择在视频带宽的高端，同时彩色副载波是与行频锁定的。在 PAL 制式中，彩色副载波的频率为： fsc=(283*3/4+1/625)*fh=4.43361875MHz 色差信号对彩色副载波调制之后形成的色度信号为： ec(t)= EU*sinwsc t+ EV*coswsct (N) ec(t)= EU*sinwsct - EV*coswsct (P) 从上式可以看出逐行倒相的过程。一行不倒相，称为 N行， N行与 NTSC制非常相近；另一行倒相，称为 P 行。 PAL制色同步信号的表达式为： e b(t)=0.3sin(wsct+135) (N) e b (t)=0.3sin(wsc+225) (P) 色同步信号位于行同步信号的后面，持续时间为 2.26s。亮度信号、色度信号、色同步信号、同步信号和消隐信号加在一起就构成了完整的 PAL制彩色全电视信号。 我用 MATLAB 语言自定义 M 函数 videos.m 来产生 PAL 制彩色全电视信号。在运行中videos.m函数直接调用 videos1.m函数， videos1.m 函数用来建立一个用户控制窗并生成各种行测试信号。 videos1.m 函数在运行过程中还要调用 vdpal.m函数、 cdemod.m函数、和 ydemod.m函数。 vdpal.m函数的功能是根据 RGB三基色来生成亮度和色度信号， cdemod.m函数用来完成 彩色信号的解调，而 ydemod.函数则用来完成黑白信号的解调。 它们的程序清单见附录 A的程序一： 4.2 亮色分离电路 彩色全电视信号要先经过色度信号陷波电路和带通滤波电路分离出亮度信号和色度nts 17 信号，此电路是一种频率分离电路。这两个电路的幅频特性如图 (E)和图 (F)所示，图 (E)为陷波电路幅频特性，陷波带宽为 4.43MHz+1.3MHz，主要是从全电视信号中滤去色度信号；图 (F)是带通电路幅频特性，频带宽度为 4.43MHz+1.3MHz，用来从全电视信号中选出色度信号。 图 (E)陷波电路幅频 特性 图 (F) 带通电路幅频特性 这一部分电路可用 Simulink 中的滤波器模块直接仿真。仿真分离出的亮度和色度信号输出波形为下图所示： 亮度和色度信号输出波形示意图 4.3 恢复同频同相的副载波信号 锁相环是电视解码电路的重要组成部分 ,1947 年锁相环第一次应用于电视接收机水平和垂直扫描的同步。从此，锁相环路开始得到了应用。由于技术上的复杂性以及较高的成本，应用锁相环路的领域主要在航天方面，包括轨道卫星的测速定轨和深空探测等。性能要求较 高的精密测量仪器和通信设备也用到它。到 70 年代，随着集成电路技术的发展，逐渐出现了集成的环路部件、通用单片集成锁相环路以及多种专用集成锁相环路，锁相环路逐渐变成了一个成本低、使用简便的多功能组件，这就为锁相技术在更广泛的领域应用nts 18 提供了条件。至今，普遍应用锁相技术的主要有调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、 FM立体声解码等等。随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环路，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。锁相环路所以能得到如此广泛的应用，是由其独特的优良性能所决定的 。它具有载波跟踪特性，作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没噪声之中的信号；用高稳定的参考振荡器锁定，可作为提供一系列频率高稳定的频率源；可进行高精度的相位与频率测量等等。它具有调制跟踪特性，可制成高性能的调制器和解调器。它具有低门限特性，可大大改善模拟信号和数字信号的解调质量。由于锁相环具有窄带、跟踪和稳定等性能，因此锁相技术在电子系统中得到了广泛的使用，如在卫星接受机和电视接收机就普遍地采用了锁相环（ PLL）。而在彩色电视接收机中，色处理电路中需要恢复一个与电视台发射端同频、同相位的彩色副载波信号。所以必须 用到锁相环路来恢复此副载波。 具体方框图如下： fsc(cb) fsc(vco) 鉴相器用模拟乘法器来完成。它接收到的色同步副载波和本机振荡器产生的副载波进行相位比较，产生误差电压，经低通滤波器去控制 VCO 电路。通过锁相环路自动改变 fs（ vco），最终把本机副载波相位锁定在色同步信号的基准相上。 从整体上讲，锁相环由三个基本单元组成，它们是：鉴相器、低通滤波器（ LPF）和压控振荡器（ VCO），从原理上来说，锁相环本身是一个相位反馈系统或频率反馈系统。我自定义 M函数 pll.m 采用求解微分方程的方法对模拟的锁相环进行仿真，其中使用的滤波器为一阶的 RC 低通滤波器，仿真过程结束之后，屏幕上显示出压控振荡器的输入电压、压控振荡器输出信号的波形和相位、压控振荡器输出的瞬时频率及频谱、锁相环的输入信号等参数，从中可以看出锁相环大致的工作过程。输入信号 vi(t)和输出信号 vo(t)同时输入鉴相器，在鉴相器中对两路信号的相位进行比较，然后生成相位误差电压 vc(t)，鉴相器比较简单的模型就是乘法器。锁相环路内的低通滤波器用于滤除相位误差电压的高频成分和噪声。压控振荡器的振荡频率受相位误 差电压的控制，当输入的电压为零时，其振荡频率为压控振荡器的固有频率 fo， 当输入的电压为正电压时，压控振荡器的振荡频率高于其固有频率，而输入的电压为负电压时，压控振荡器的振荡频率则低于其固有频率；另外，振荡频率的变化是正比于误差电压的。再使用宽带滤波器的情况下，当压控振荡器的输出频率能够跟踪上输入信号的平均频率时，也称为锁定状态。 鉴相电路 低通滤波 压控振荡器 副载波放大 90 度移相 nts 19 为了对锁相环进行仿真，设输入信号为： vi(t)=sinwit，其中 wi 为输入信号的角频率，并且设输入信号的初相角为零； Kd为鉴相器的增益常数；设压控振荡器的输出为vo(t)=coswot+ (t)，其中 wo为压控振荡器的固有振荡角频率，而压控振荡器输出信号的瞬时相位与其输入电压 vc(t)之间的关系为： t cv dvKt 其中 Kv称为压控振荡器的增益常数。设滤波器的脉冲响应为 h(t)， 于是锁相环满足以下方程： thtttKtv idc *c o s s in 0 为了便于仿真，不妨采用一阶的 RC低通滤波器，于是锁相环满足以下的二阶微分方程： c o s s in1 022 tttRC KKdtdRCdtd idv 用 MATLAB对常微分方程进行数值解是很容易的。求出压控振荡
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号